單片機(jī)原理及應(yīng)用

前言

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》自2004年10月再版以來，至今已經(jīng)近4年，在此期間單片機(jī)技術(shù)又有了很大的發(fā)展，此外，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》自出版以來已多次印刷，說明此書有一定的讀者群，因而我們決定對原書內(nèi)容進(jìn)行修訂更新。在重新編寫時(shí)，將對原書內(nèi)容做多處改進(jìn)，特別是增加了“單片機(jī)C51語言程序設(shè)計(jì)”這一章。目前大多數(shù)單片機(jī)教材在介紹單片機(jī)編程語言時(shí)都以匯編語言為主，但隨著單片機(jī)應(yīng)用的深入，在開發(fā)較復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)就需要用到C語言，而目前的單片機(jī)教材多數(shù)都沒有兼顧到C語言的同時(shí)應(yīng)用，而專門講述單片機(jī)c語言的教材多數(shù)又是屬于面向開發(fā)的高級教程，對單片機(jī)的原理講述較少，高等院校多數(shù)都開設(shè)了C語言課程，在這種情況下再專門開設(shè)單片機(jī)的C語言課程也顯得沒有必要了，因而本書采用重點(diǎn)介紹用于單片機(jī)的C51語言與通用C語言的不同之處（擴(kuò)展特點(diǎn)）和應(yīng)用于單片機(jī)編程時(shí)的主要特點(diǎn)。因?yàn)橐?051為內(nèi)核的80C5l系列單片機(jī)目前在世界上生產(chǎn)量最大，派生產(chǎn)品最多，可以滿足大多數(shù)用戶的需要；而且80C51的軟件工具也已形成從低到高的不同檔次、價(jià)格合理的開發(fā)裝置，因而80C51系列單片機(jī)成為單片機(jī)教學(xué)的首選機(jī)型，特別是80C5l系列中的典型型號在基本結(jié)構(gòu)、工作原理和引腳上與MCS－51系列單片機(jī)的8051是完全兼容的。基于這種情況，本書在介紹單片機(jī)時(shí)，是以80C51系列為例進(jìn)行講述的。而在介紹具體型號時(shí)選用了美國ATMEL公司的AT89系列產(chǎn)品。由于其顯著的特點(diǎn)（詳見第1章），使得它很快在單片機(jī)市場脫穎而出，并在市場上占有較大的份額。AT89系列單片機(jī)的成功使得幾個(gè)著名的半導(dǎo)體廠家也相繼生產(chǎn)了類似的產(chǎn)品，例如，Philips的P89系列、美國SST公司的SST89系列等。后來人們簡稱這一類產(chǎn)品為89系列單片機(jī)，它實(shí)際上還是屬于80C5l系列。89系列單片機(jī)雖然并不是功能強(qiáng)，最先進(jìn)的單片機(jī)，但它是源于經(jīng)典的MCS－51系列，考慮到教學(xué)的連續(xù)性及89系列單片機(jī)和所用開發(fā)裝置的普及性（大約占市場50％的份額），因而本書的單片機(jī)芯片實(shí)例將采用ATMEL公司的AT89S51／52單片機(jī)（因?yàn)锳T89C5l／52在2003年已經(jīng)停止生產(chǎn)，AT89S51／52是其替代產(chǎn)品，不過Philips的P89C51／52仍然有產(chǎn)品），在作為一般共性介紹時(shí)還是用80C51代表（此時(shí)表示的是80C51系列而不是具體型號）。本教材在章節(jié)的安排順序和內(nèi)容上都有不同程度的改進(jìn)。第l章增加了單片機(jī)基礎(chǔ)知識的介紹，第2章以AT89S51／52單片機(jī)為例介紹單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理，第3章介紹指令系統(tǒng)，第4章介紹匯編語言程序設(shè)計(jì)，第5章介紹定時(shí)／計(jì)數(shù)器，第6章介紹串行接口，第7章介紹中斷系統(tǒng)，第8章介紹擴(kuò)展方法，第9章介紹接口技術(shù)，第10章是新增加的內(nèi)容，介紹C51語言程序設(shè)計(jì)，第11章介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了能給讀者較多的應(yīng)用實(shí)例和方法，同時(shí)又不至于使篇幅過長，在舉例時(shí)對于關(guān)鍵和核心的內(nèi)容盡量講透，其他內(nèi)容點(diǎn)到為止。本書是作者多年教學(xué)和科研的積累，同時(shí)為了使本書的內(nèi)容更加豐富和完整，書中也引用了部分國內(nèi)外的參考文獻(xiàn)、書籍，主要來源見參考文獻(xiàn)。

內(nèi)容概要

　　《高職高專計(jì)算機(jī)系列教材：單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）》是高職高專系列教材之一。由于以前出版的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》內(nèi)容已經(jīng)不能完全滿足當(dāng)前教學(xué)的需要，《高職高專計(jì)算機(jī)系列教材：單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）》根據(jù)近年來單片機(jī)的發(fā)展，在保持原教材結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，更新了內(nèi)容，同時(shí)增加了串行接口擴(kuò)展方法的應(yīng)用實(shí)例和C51語言的內(nèi)容?！　　陡呗毟邔Ｓ?jì)算機(jī)系列教材：單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）》以80C51系列中的89系列單片機(jī)為例介紹了單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、接口技術(shù)、中斷系統(tǒng)及單片機(jī)應(yīng)用等內(nèi)容，并增加了C51語言的介紹。在各章中對關(guān)鍵性內(nèi)容都結(jié)合實(shí)例予以說明，同時(shí)還安排了大量思考題和習(xí)題，以利于讀者對所述內(nèi)容的理解、掌握、鞏固和應(yīng)用?！　　陡呗毟邔Ｓ?jì)算機(jī)系列教材：單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）》的特點(diǎn)是深入淺出、闡述清晰、編排合理、例題豐富，易于自學(xué)。　　《高職高專計(jì)算機(jī)系列教材：單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）》既可作為大專院校單片機(jī)課程教材，也可作為科技人員學(xué)習(xí)開發(fā)單片機(jī)的參考書。

書籍目錄

第1章 概述1.1 單片機(jī)發(fā)展概況1.1.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史1.1.2 單片機(jī)的組成及特點(diǎn)1.1.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢1.1.4 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)1.2 常用8位單片機(jī)系列1.2.1 80C51系列單片機(jī)的特點(diǎn)及分類1.2.2 其他常用單片機(jī)系列綜述1.3 單片機(jī)基礎(chǔ)知識1.3.1 數(shù)制與編碼1.3.2 計(jì)算機(jī)的基本組成電路第2章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)及原理2.1 單片機(jī)結(jié)構(gòu)2.1.1 單片機(jī)組成及結(jié)構(gòu)2.1.2 引腳定義及功能2.2 單片機(jī)的工作原理2.2.1 指令與程序概述2.2.2 CPU的工作原理2.2.3 單片機(jī)執(zhí)行程序過程2.3 存儲器2.3.1 存儲器的分類2.3.2 存儲單元和存儲單元地址2.3.3 存儲器結(jié)構(gòu)和地址空間2.3.4 程序存儲器2.3.5 數(shù)據(jù)存儲器2.4 特殊功能寄存器SFR2.4.1 80C51系列的SFR2.4.2 SFR地址分布及尋址2.4.3 SFR的功能與作用2.5 CPU時(shí)序及時(shí)鐘電路2.5.1 CPU時(shí)序及有關(guān)概念2.5.2 80C51的指令時(shí)序2.5.3 振蕩器和時(shí)鐘電路2.6 復(fù)位和復(fù)位電路2.6.1 內(nèi)部復(fù)位信號的產(chǎn)生2.6.2 復(fù)位狀態(tài)2.6.3 外部復(fù)位電路設(shè)計(jì)2.7 輸入/輸出端口結(jié)構(gòu)2.7.1 4個(gè)I/O端口的主要異同點(diǎn)2.7.2 P0口2.7.3 P1口2.7.4 P2口2.7.5 P3口2.8 80C51系列單片機(jī)的低功耗方式2.8.1 電源控制寄存器PCON2.8.2 待機(jī)方式2.8.3 掉電方式思考與練習(xí)第3章 指令系統(tǒng)3.1 指令系統(tǒng)簡介3.2 尋址方式3.2.1 符號約定3.2.2 尋址方式說明3.3 指令系統(tǒng)分類介紹3.3.1 數(shù)據(jù)傳送類指令3.3.2 算術(shù)運(yùn)算類指令3.3.3 邏輯操作類指令3.3.4 控制轉(zhuǎn)移類指令3.3.5 位操作類指令思考與練習(xí)第4章 匯編語言程序設(shè)計(jì)4.1 概述4.1.1 程序設(shè)計(jì)語言4.1.2 匯編語言規(guī)范4.1.3 匯編語言程序設(shè)計(jì)步驟4.2 匯編語言程序設(shè)計(jì)舉例4.2.1 順序程序設(shè)計(jì)4.2.2 循環(huán)程序設(shè)計(jì)4.2.3 分支程序設(shè)計(jì)4.2.4 散轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)4.2.5 查表程序設(shè)計(jì)4.2.6 子程序設(shè)計(jì)思考與練習(xí)第5章 定時(shí)/計(jì)數(shù)器5.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1概述5.1.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的結(jié)構(gòu)5.1.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的原理5.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制方法5.2.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器寄存器5.2.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化5.2.3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值的確定方法5.3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1的工作方式5.3.1 方式05.3.2 方式15.3.3 方式25.3.4 方式35.4 定時(shí)器T0、T1應(yīng)用舉例5.4.1 定時(shí)器應(yīng)用舉例5.4.2 計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例5.4.3 門控位應(yīng)用舉例5.5 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T25.5.1 T2的寄存器5.5.2 定時(shí)器T2的工作方式5.5.3 應(yīng)用例題5.6 定時(shí)器T3——WDT監(jiān)視定時(shí)器5.6.1 WDT的功能及應(yīng)用特點(diǎn)5.6.2 輔助寄存器AUXR思考與練習(xí)第6章 80C51的串行接口6.1 串行通信概述6.1.1 同步通信和異步通信方式6.1.2 串行通信的數(shù)據(jù)傳送速率6.1.3 串行通信的方式6.1.4 通信協(xié)議6.2 80C51串行口簡介6.2.1 串行口結(jié)構(gòu)與工作原理6.2.2 串行口控制寄存器SCON6.2.3 80C51的幀格式6.2.4 波特率的設(shè)置6.3 串行通信工作方式6.3.1 方式06.3.2 方式16.3.3 方式2和方式36.3.4 多機(jī)通信6.4 串行口應(yīng)用舉例6.4.1 用串行口擴(kuò)展I/O口6.4.2 用串行口進(jìn)行異步通信思考與練習(xí)第7章 中斷系統(tǒng)7.1 概述7.1.1 中斷的概念7.1.2 引進(jìn)中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)7.1.3 中斷源7.1.4 中斷系統(tǒng)的功能7.2 AT89S51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)7.2.1 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)7.2.2 中斷源及中斷入口7.2.3 中斷控制7.3 中斷處理過程7.3.1 中斷響應(yīng)7.3.2 中斷處理7.3.3 中斷返回7.3.4 中斷請求的撤除7.3.5 中斷響應(yīng)時(shí)間7.3.6 擴(kuò)充外中斷源7.4 中斷程序的設(shè)計(jì)與應(yīng)用7.4.1 中斷程序的一般設(shè)計(jì)方法7.4.2 中斷程序應(yīng)用舉例思考與練習(xí)第8章 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展8.1 并行擴(kuò)展概述8.1.1 外部并行擴(kuò)展總線8.1.2 系統(tǒng)擴(kuò)展常用芯片8.1.3 并行擴(kuò)展的尋址方法8.2 存儲器的并行擴(kuò)展8.2.1 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展概述8.2.2 存儲器擴(kuò)展舉例8.2.3 超大容量存儲器的擴(kuò)展8.3 并行I/O接口的擴(kuò)展8.3.1 簡單的并行I/O擴(kuò)展8.3.2 可編程I/O接口電路的擴(kuò)展8.4 串行擴(kuò)展概述8.4.1 串行擴(kuò)展總線與串行擴(kuò)展接口8.4.2 常用串行總線與串行接口簡介8.4.3 單片機(jī)串行擴(kuò)展的模擬技術(shù)8.5 I2C總線8.5.1 I2C總線的特點(diǎn)8.5.2 I2C總線的組成及基本工作原理8.5.3 I2C總線的傳輸時(shí)序8.5.4 I2C總線應(yīng)用舉例8.6 SPI串行接口8.6.1 SPI接口的特點(diǎn)8.6.2 SPI接口的組成及基本原理8.6.3 SPI串行接口應(yīng)用舉例思考與練習(xí)第9章 接口技術(shù)9.1 鍵盤接口9.1.1 鍵盤工作原理9.1.2 獨(dú)立式按鍵9.1.3 行列式鍵盤9.2 顯示器接口9.2.1 LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理9.2.2 LED靜態(tài)顯示方式9.2.3 LED動態(tài)顯示方式9.2.4 液晶顯示器LCD的應(yīng)用技術(shù)9.2.5 鍵盤、顯示接口電路9.3 功率驅(qū)動器件及接口電路9.3.1 輸出接口的隔離技術(shù)9.3.2 直流負(fù)載驅(qū)動電路9.3.3 晶閘管負(fù)載驅(qū)動電路9.3.4 繼電器接口電路9.3.5 固態(tài)繼電器接口電路9.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換接口9.4.1 DAC電路原理9.4.2 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)9.4.3 并行D/A轉(zhuǎn)換器及接口9.4.4 串行D/A轉(zhuǎn)換器及接口9.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換器9.5.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)9.5.2 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換9.5.3 雙積分ADC電路9.5.4 串行A/D轉(zhuǎn)換器9.6 打印機(jī)接口9.6.1 TP?P-40A主要技術(shù)性能及接口要求9.6.2 字符代碼及打印命令9.6.3 TP?P-40A/16A與單片機(jī)接口思考與練習(xí)第10章 單片機(jī)C51語言程序設(shè)計(jì)10.1 單片機(jī)的C51語言概述10.1.1 C語言的主要優(yōu)點(diǎn)10.1.2 使用C51語言的注意事項(xiàng)10.1.3 C51的運(yùn)算符及表達(dá)式10.1.4 C51語言的程序結(jié)構(gòu)10.1.5 C51的流程控制語句10.2 C51對通用C語言的擴(kuò)展10.2.1 數(shù)據(jù)類型10.2.2 數(shù)據(jù)的存儲類型10.2.3 指針10.2.4 函數(shù)10.2.5 C51語言對單片機(jī)硬件的訪問10.3 內(nèi)部功能模塊的C語言編程10.4 C語言與匯編語言的混合編程10.4.1 C語言與匯編語言混合編程注意事項(xiàng)10.4.2 帶參數(shù)傳遞的函數(shù)調(diào)用10.4.3 無參數(shù)傳遞的函數(shù)調(diào)用10.4.4 混合編程舉例思考與練習(xí)第11章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)11.1 應(yīng)用系統(tǒng)研制過程11.1.1 總體設(shè)計(jì)11.1.2 硬件設(shè)計(jì)11.1.3 軟件設(shè)計(jì)11.2 開發(fā)工具和開發(fā)方法11.2.1 開發(fā)工具11.2.2 開發(fā)方法11.3 KeilC51集成開發(fā)環(huán)境的使用11.3.1 Keil軟件工具簡介11.3.2 項(xiàng)目的建立與設(shè)置11.3.3 運(yùn)行調(diào)試11.4 恒溫箱溫度控制監(jiān)測系統(tǒng)11.4.1 題目分析11.4.2 硬件設(shè)計(jì)11.4.3 軟件設(shè)計(jì)11.5 PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信設(shè)計(jì)11.5.1 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口11.5.2 單片機(jī)與PC機(jī)之間的電平轉(zhuǎn)換芯片11.5.3 PC機(jī)與單片機(jī)串行通信應(yīng)用實(shí)例11.5.4 采用RS-422A標(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)11.6 日歷/時(shí)鐘與單片機(jī)的接口與應(yīng)用11.6.1 串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302簡介11.6.2 DS1302的命令字11.6.3 片內(nèi)寄存器功能定義11.6.4 數(shù)據(jù)讀寫方式及控制操作方法11.6.5 單片機(jī)與DS1302的接口與應(yīng)用思考與練習(xí)附錄A 80C51指令表附錄B 各數(shù)制對照表附錄C ASCII（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）表附錄D 二進(jìn)制邏輯單元圖形符號對照表附錄E 常用芯片引腳圖參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章 概述為適應(yīng)嵌入式應(yīng)用的需要，單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展極為迅速。從1976年開始至今30多年的時(shí)間里，單片機(jī)已發(fā)展成為一個(gè)品種齊全、功能豐富的龐大家族。目前單片機(jī)已成為工控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)，因而對廣大理工科高等院校的學(xué)生和科技人員來說，學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)原理及應(yīng)用已是刻不容緩的事情了。1.1 單片機(jī)發(fā)展概況單片機(jī)一詞最初是源于“SingleChipMicrocomputer”，簡稱SCM。在單片機(jī)誕生時(shí)，因?yàn)樗慕M成與原理都基于計(jì)算機(jī)，所以SCM是一個(gè)準(zhǔn)確的、流行的稱謂。隨著SCM在技術(shù)上、體系結(jié)構(gòu)上的不斷進(jìn)步，使其控制功能不斷擴(kuò)展，它的主要作用已不是計(jì)算，而是控制。國際上也逐漸采用“MCU”（MicroControllerUnit），即微控制器來代替SCM，形成了單片機(jī)界公認(rèn)的、最終統(tǒng)一的名詞。為了與國際接軌，以后應(yīng)將中文“單片機(jī)”一詞和“MCU”作為唯一的對應(yīng)翻譯。在國內(nèi)因?yàn)閱纹瑱C(jī)一詞已約定成俗，所以可繼續(xù)沿用。1.1.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)（1976年），那么，單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可分為4個(gè)階段。1.單片機(jī)的探索階段主要是探索如何把計(jì)算機(jī)的主要部件集成在單芯片上。Intel公司推出的MCS.4 8就是在工控領(lǐng)域探索的代表，參與這一探索的還有Motorola，Zilog等公司，也都取得了滿意的效果。這是單片微型計(jì)算機(jī)的誕生年代，單片機(jī)一詞即由此而來。2.單片機(jī)完善階段Intel公司在MCS.4 8基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的MCS.5 1單片機(jī)系列。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。①設(shè)置了經(jīng)典、完善的8位單片機(jī)的并行總線結(jié)構(gòu)。②外圍功能單元由CPU集中管理的模式。③體現(xiàn)控制特性的位地址空間、位操作方式。④指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。

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《單片機(jī)原理及應(yīng)用(第2版)》的特點(diǎn)是深入淺出、闡述清晰、編排合理、例題豐富，易于自學(xué)?！秵纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用(第2版)》既可作為大專院校單片機(jī)課程教材，也可作為科技人員學(xué)習(xí)開發(fā)單片機(jī)的參考書。

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