C51單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了兩大系統(tǒng)，即通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和微電子集成技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)得到了迅猛的發(fā)展，單片機(jī)不斷地向更高層次和更大規(guī)模發(fā)展。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的高可靠性，軟、硬件的高利用系數(shù)，優(yōu)異的性能價(jià)格比，使它的應(yīng)用范圍由開(kāi)始傳統(tǒng)的過(guò)程控制，逐步進(jìn)入數(shù)值處理、數(shù)字信號(hào)處理及圖像處理等高技術(shù)領(lǐng)域。同時(shí)，世界各大半導(dǎo)體廠商紛至沓來(lái)爭(zhēng)先擠入這一市場(chǎng)，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也促進(jìn)了單片機(jī)迅速更新?lián)Q代，帶來(lái)了它們更為廣泛的應(yīng)用，開(kāi)辟了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)新時(shí)代。學(xué)習(xí)單片機(jī)不但要學(xué)習(xí)單片機(jī)的原理和編程語(yǔ)言，掌握單片機(jī)的接口技術(shù)和編程方法，還要熟悉單片機(jī)的編程器、仿真器等工具。由于單片機(jī)種類較多，往往令初學(xué)者感到頭痛。在眾多單片機(jī)中，由 51 架構(gòu)的單片機(jī)芯片市場(chǎng)流行已久，技術(shù)資料也相對(duì)較多，是初學(xué)者較好的選擇。51單片機(jī)編程語(yǔ)言常用的有兩種：匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率很高，但可移植性和可讀性差；而 C 語(yǔ)言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語(yǔ)言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于匯編語(yǔ)言，而且C 語(yǔ)言還可以嵌入?yún)R編，開(kāi)發(fā)周期短。編者是多年從事單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)和教學(xué)的教師，選用51單片機(jī)編寫(xiě)了本教材，試圖向讀者較好地解答“什么是單片機(jī)？怎樣學(xué)好單片機(jī)？如何應(yīng)用單片機(jī)？”這三個(gè)問(wèn)題，使讀者既能掌握單片機(jī)的一般原理，又能掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)技巧，從而能很快從事嵌入系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作。為了便于組織教學(xué)，在本教材的編排順序上采用了循序漸進(jìn)的策略。本書(shū)共11章，第1章簡(jiǎn)要介紹了單片機(jī)的特點(diǎn)、發(fā)展概況和應(yīng)用領(lǐng)域；第2章介紹了MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源及特性；第3章介紹了MCS-51的指令系統(tǒng)及匯編語(yǔ)言程序的設(shè)計(jì)方法；第4章介紹了單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)方法；第5章介紹了MCS-51中斷系統(tǒng)及中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)方法；第6章介紹了MCS-51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的原理及其應(yīng)用；第7章介紹了串行通信的基本概念及RS-232、RS-422、RS-485串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)實(shí)例介紹了MCS-51串行通信接口應(yīng)用及編程方法；第8章從單片機(jī)并行和串行總線兩個(gè)方面，介紹了常用存儲(chǔ)器、并行接口芯片8255和串行接口芯片8251的擴(kuò)展方法，特別介紹了I2C、SPI、1-Wire串行總線的特性及虛擬接口的設(shè)計(jì)和編程方法；第9章介紹了鍵盤(pán)、LED段碼點(diǎn)陣顯示、液晶顯示、IC卡、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換等與單片機(jī)系統(tǒng)的接口及編程方法；第10章介紹了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程和步驟，常用的軟硬件抗干擾技術(shù)；第11章介紹了Keil C51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用。本教材內(nèi)容豐富、深入淺出，大部分程序代碼采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，使程序的可讀性和可移植性較好，讀者在應(yīng)用這些典型模塊的程序代碼時(shí)，只需將程序代碼的全部?jī)?nèi)容作為一個(gè)獨(dú)立模塊鏈接在應(yīng)用程序之后，統(tǒng)一編譯。本教材十分適合于應(yīng)用型高等學(xué)校計(jì)算機(jī)、通信、電子信息、電子技術(shù)、自動(dòng)化及其他相關(guān)專業(yè)的教學(xué)使用，也是一本工程技術(shù)人員的參考用書(shū)。本教材由徐煜明編著，韓雁對(duì)全文的校對(duì)和審核做了大量工作，在編著過(guò)程中韓雁、朱宇光、徐強(qiáng)、李春光、王建農(nóng)、王文寧、趙徐成、陸錦軍、黃忠良對(duì)全文內(nèi)容及安排提出了許多寶貴的意見(jiàn)，在此一并表示感謝。由于編者學(xué)術(shù)水平有限，書(shū)中不妥之處在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正！

內(nèi)容概要

　　本書(shū)以目前國(guó)內(nèi)使用最廣泛的MCS-51系列單片機(jī)為對(duì)象，以單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主，首先詳細(xì)介紹了單片機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)接口的設(shè)計(jì)及編程技術(shù)，內(nèi)容涉及鍵盤(pán)、LED段碼和點(diǎn)陣顯示、液晶顯示、IC卡模塊、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換等，然后總結(jié)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程和步驟及常用軟硬件抗干擾技術(shù)等內(nèi)容。書(shū)中原理性實(shí)例采用匯編語(yǔ)言和C51編程，旨在使讀者能夠理解編程思路，掌握兩種語(yǔ)言的編程方法，為學(xué)習(xí)其他型號(hào)的單片機(jī)打下良好基礎(chǔ)；應(yīng)用型、綜合型實(shí)例全部采用C51編程，使程序的可讀性和可移植較好?！　”緯?shū)適用于高校計(jì)算機(jī)、通信、電子信息、電子技術(shù)、自動(dòng)化等專業(yè)的教學(xué)使用，也是一本工程技術(shù)人員的參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章  緒論1.1  單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1  單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)1.1.2  單片機(jī)的發(fā)展1.1.3  單片機(jī)芯片技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2  單片機(jī)應(yīng)用1.2.1  單片機(jī)應(yīng)用方向1.2.2  單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的分類1.3  MCS-51單片機(jī)系列1.3.1  MCS-51系列單片機(jī)分類1.3.2  MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.4  其他系列單片機(jī)介紹1.4.1  Microchip公司系列單片機(jī)1.4.2  Motorola公司系列單片機(jī)習(xí)題1第2章  單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成2.1  MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳2.1.1  8051單片機(jī)結(jié)構(gòu)2.1.2  中央處理器CPU2.1.3  存儲(chǔ)器2.1.4  I/O口及相應(yīng)的特殊功能寄存器2.1.5  信號(hào)引腳2.2  時(shí)鐘電路與CPU時(shí)序2.2.1  時(shí)鐘電路2.2.2  CPU時(shí)序2.3  MCS-51單片機(jī)的復(fù)位2.4  CHMOS型單片機(jī)的節(jié)電方式2.4.1  空閑方式2.4.2  掉電方式2.5  AT89系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)2.5.1  AT89系列單片機(jī)簡(jiǎn)介2.5.2  AT89系列Flash的編程和校驗(yàn)2.5.3  AT89C51RC單片機(jī)習(xí)題2第3章  指令與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)3.1  指令系統(tǒng)概述3.1.1  MCS-51匯編指令的格式3.1.2  指令中的符號(hào)標(biāo)識(shí)及注釋符3.2  尋址方式3.2.1  寄存器尋址3.2.2  直接尋址3.2.3  寄存器間接尋址3.2.4  立即尋址3.2.5  變址尋址3.2.6  相對(duì)尋址3.2.7  位尋址3.2.8  MCS-51尋址方式小結(jié)3.3  MCS-51指令說(shuō)明3.3.1  數(shù)據(jù)傳送指令3.3.2  算術(shù)操作指令3.3.3  邏輯操作及移位類指令3.3.4  控制轉(zhuǎn)移指令3.3.5  位操作類指令3.3.6  訪問(wèn)I/O口指令的使用說(shuō)明3.4  MCS-51偽指令3.5  MCS-51匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)3.5.1  順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)3.5.2  分支程序設(shè)計(jì)3.5.3  循環(huán)程序設(shè)計(jì)3.5.4  子程序設(shè)計(jì)習(xí)題3第4章  C51程序設(shè)計(jì)4.1  Keil C51編程語(yǔ)言4.1.1  Keil C51的函數(shù)和程序結(jié)構(gòu)4.1.2  C51和標(biāo)準(zhǔn)C的函數(shù)差別4.1.3  C51中斷函數(shù)的聲明4.2  C51的數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符、表達(dá)式4.2.1  C51的基本數(shù)據(jù)類型4.2.2  C51常量、變量、指針4.2.3  C51的復(fù)雜數(shù)據(jù)類型4.2.4  C51的運(yùn)算符和表達(dá)式4.3  C51的程序流控制語(yǔ)句4.4  編譯預(yù)處理命令4.4.1  宏定義4.4.2  條件編譯4.4.3  文件包含4.4.4  數(shù)據(jù)類型的重新定義4.5  C51的編程技巧4.6  Keil C51庫(kù)函數(shù)原型列表4.7  C51編程實(shí)例4.7.1  基本的輸入/輸出4.7.2  C51軟件延時(shí)4.7.3  定時(shí)中斷函數(shù)的編制習(xí)題4第5章  MCS-51中斷系統(tǒng)5.1  中斷概述5.1.1  中斷的基本概念5.1.2  中斷的作用與功能5.1.3  常用的中斷源5.2  MCS-51中斷系統(tǒng)5.2.1  MCS-51中斷源5.2.2  中斷控制5.2.3  中斷響應(yīng)與中斷處理5.3  中斷程序設(shè)計(jì)及舉例5.3.1  中斷初始化程序5.3.2  中斷服務(wù)程序5.3.3  中斷應(yīng)用舉例5.4  外部中斷源的擴(kuò)展5.4.1  用定時(shí)器T0、T1作為外部中斷擴(kuò)展5.4.2  用中斷與查詢相結(jié)合的方法擴(kuò)展外部中斷習(xí)題5第6章  MCS-51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器6.1  定時(shí)器的結(jié)構(gòu)及工作原理6.1.1  工作方式寄存器TMOD6.1.2  控制寄存器TCON6.1.3  定時(shí)器的工作方式6.2  定時(shí)器應(yīng)用舉例6.2.1  定時(shí)控制、脈寬檢測(cè)6.2.2  電壓/頻率轉(zhuǎn)換6.3  定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T26.3.1  T2的狀態(tài)控制寄存器T2CON6.3.2  T2的工作方式習(xí)題6第7章  MCS-51串行通信及其應(yīng)用7.1  概述7.1.1  串行通信的字符格式7.1.2  串行通信的數(shù)據(jù)通路形式7.1.3  串行通信的傳輸速率7.2  MCS-51的串行通信接口7.2.1  通用的異步接收/發(fā)送器UART7.2.2  串行口的控制寄存器7.2.3  串行接口的工作方式7.2.4  波特率設(shè)計(jì)7.2.5  RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行總線接口及應(yīng)用7.2.6  RS-422、RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行總線接口及應(yīng)用7.3  串行通信應(yīng)用舉例7.3.1  移位寄存器方式應(yīng)用7.3.2  雙機(jī)、多機(jī)通信應(yīng)用7.3.3  單片機(jī)與微機(jī)的串行通信習(xí)題7第8章  單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)8.1  并行總線擴(kuò)展與總線驅(qū)動(dòng)8.1.1  外部總線擴(kuò)展8.1.2  總線驅(qū)動(dòng)8.2  存儲(chǔ)器的并行擴(kuò)展8.2.1  常用存儲(chǔ)器的介紹8.2.2  MCS-51存儲(chǔ)器的擴(kuò)展線路設(shè)計(jì)8.3  I/O口的擴(kuò)展8.3.1  I/O接口概述8.3.2  簡(jiǎn)單的I/O口擴(kuò)展8.3.3  可編程并行接口82558.3.4  可編程串行接口8251A8.4  串行總線接口技術(shù)8.4.1  I2C串行總線8.4.2  SPI總線8.4.3  1-Wire 單總線8.4.4  Microwire總線習(xí)題8第9章  單片機(jī)與外設(shè)接口技術(shù)9.1  鍵盤(pán)接口技術(shù)9.1.1  鍵盤(pán)的基本工作原理9.1.2  鍵盤(pán)工作方式9.2  顯示器接口技術(shù)9.2.1  七段碼LED顯示器9.2.2  LED點(diǎn)陣顯示器9.2.3  LCD點(diǎn)陣液晶顯示器及其接口9.3  D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)9.3.1  后向通道概述9.3.2  D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理及技術(shù)指標(biāo)9.3.3  D/A轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)9.4  A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)9.4.1  前向通道概述9.4.2  A/D轉(zhuǎn)換器工作原理及分類9.4.3  ADC0809與MCS-51單片機(jī)的接口9.4.4  串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC1542的應(yīng)用9.5  IC卡接口技術(shù)9.5.1  SLE4442的存儲(chǔ)區(qū)域分配9.5.2  SLE4442的通信協(xié)議9.5.3  8051單片機(jī)和SLE4442卡的接口設(shè)計(jì)習(xí)題9第10章  系統(tǒng)設(shè)計(jì)及抗干擾技術(shù)10.1  單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程10.1.1  技術(shù)方案論證10.1.2  硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)10.1.3  應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)10.1.4  硬件、軟件系統(tǒng)的調(diào)試10.1.5  程序的固化10.2  單片機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)10.2.1  元件的選取10.2.2  硬件電路的設(shè)計(jì)原則10.2.3  單片機(jī)資源的分配10.2.4  印制電路板的設(shè)計(jì)10.3  單片機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)10.3.1  任務(wù)的確定10.3.2  軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)10.4  單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾技術(shù)10.4.1  硬件抗干擾措施10.4.2  軟件抗干擾措施第11章  Keil C51 軟件的使用11.1  工程文件的建立及設(shè)置11.1.1  工程文件的建立和編譯、連接11.1.2  設(shè)置工程文件的屬性11.2  程序調(diào)試11.2.1  常用調(diào)試命令11.2.2  在線匯編11.2.3  斷點(diǎn)設(shè)置11.3  Keil 程序調(diào)試窗口11.3.1  存儲(chǔ)器窗口11.3.2  觀察窗口11.3.3  工程窗口寄存器頁(yè)11.3.4  外圍接口窗口附錄A  MCS-51指令表附錄B  ASCII 碼表

章節(jié)摘錄

第1章 緒論1.1 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)根據(jù)美籍匈牙利科學(xué)家馮?諾依曼提出的存儲(chǔ)原理，一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件。如果把運(yùn)算器和控制器集成在一塊芯片上，就構(gòu)成了中央處理器(CPU)，與隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、程序存儲(chǔ)器、輸入和輸出接口(I／O)用總線結(jié)構(gòu)相連，就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)。若將中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出接口等部件集成在一塊芯片上，就構(gòu)成了單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。目前，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已明顯地朝巨型化、單片化、網(wǎng)絡(luò)化三個(gè)方向發(fā)展。巨型機(jī)用于解決復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算和高速數(shù)據(jù)處理，故目前還在朝高速及處理能力的方向努力。單片機(jī)在出現(xiàn)時(shí)，Intel公司就給單片機(jī)取名為嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。單片機(jī)的最明顯優(yōu)勢(shì)，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中，這一點(diǎn)是巨型機(jī)和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。（1）由于單片機(jī)的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導(dǎo)體工藝，使其具有很多顯著的特點(diǎn)：①有優(yōu)異的性能價(jià)格比。②集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。⑧控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I／O接口的邏輯操作及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。④低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。

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《C51單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由電子工業(yè)出版社出版。

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