C51單片機及應用系統(tǒng)設計

前言

單片機的誕生標志著計算機正式形成了兩大系統(tǒng)，即通用計算機系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)。進入21世紀后，隨著計算機科學和微電子集成技術的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)得到了迅猛的發(fā)展，單片機不斷地向更高層次和更大規(guī)模發(fā)展。單片機應用系統(tǒng)的高可靠性，軟、硬件的高利用系數(shù)，優(yōu)異的性能價格比，使它的應用范圍由開始傳統(tǒng)的過程控制，逐步進入數(shù)值處理、數(shù)字信號處理及圖像處理等高技術領域。同時，世界各大半導體廠商紛至沓來爭先擠入這一市場，激烈的市場競爭也促進了單片機迅速更新?lián)Q代，帶來了它們更為廣泛的應用，開辟了計算機應用的一個新時代。學習單片機不但要學習單片機的原理和編程語言，掌握單片機的接口技術和編程方法，還要熟悉單片機的編程器、仿真器等工具。由于單片機種類較多，往往令初學者感到頭痛。在眾多單片機中，由 51 架構(gòu)的單片機芯片市場流行已久，技術資料也相對較多，是初學者較好的選擇。51單片機編程語言常用的有兩種：匯編語言和 C 語言。匯編語言的機器代碼生成效率很高，但可移植性和可讀性差；而 C 語言在大多數(shù)情況下其機器代碼生成效率和匯編語言相當，但可讀性和可移植性卻遠遠勝于匯編語言，而且C 語言還可以嵌入?yún)R編，開發(fā)周期短。編者是多年從事單片機應用系統(tǒng)技術研發(fā)和教學的教師，選用51單片機編寫了本教材，試圖向讀者較好地解答“什么是單片機？怎樣學好單片機？如何應用單片機？”這三個問題，使讀者既能掌握單片機的一般原理，又能掌握單片機應用系統(tǒng)的軟硬件設計技巧，從而能很快從事嵌入系統(tǒng)開發(fā)的工作。為了便于組織教學，在本教材的編排順序上采用了循序漸進的策略。本書共11章，第1章簡要介紹了單片機的特點、發(fā)展概況和應用領域；第2章介紹了MCS-51單片機的內(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)及匯編語言程序的設計方法；第4章介紹了單片機C51程序設計方法；第5章介紹了MCS-51中斷系統(tǒng)及中斷服務程序的設計方法；第6章介紹了MCS-51定時器/計數(shù)器的原理及其應用；第7章介紹了串行通信的基本概念及RS-232、RS-422、RS-485串行總線接口標準，通過實例介紹了MCS-51串行通信接口應用及編程方法；第8章從單片機并行和串行總線兩個方面，介紹了常用存儲器、并行接口芯片8255和串行接口芯片8251的擴展方法，特別介紹了I2C、SPI、1-Wire串行總線的特性及虛擬接口的設計和編程方法；第9章介紹了鍵盤、LED段碼點陣顯示、液晶顯示、IC卡、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換等與單片機系統(tǒng)的接口及編程方法；第10章介紹了單片機應用系統(tǒng)設計流程和步驟，常用的軟硬件抗干擾技術；第11章介紹了Keil C51集成開發(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語言編寫，使程序的可讀性和可移植性較好，讀者在應用這些典型模塊的程序代碼時，只需將程序代碼的全部內(nèi)容作為一個獨立模塊鏈接在應用程序之后，統(tǒng)一編譯。本教材十分適合于應用型高等學校計算機、通信、電子信息、電子技術、自動化及其他相關專業(yè)的教學使用，也是一本工程技術人員的參考用書。本教材由徐煜明編著，韓雁對全文的校對和審核做了大量工作，在編著過程中韓雁、朱宇光、徐強、李春光、王建農(nóng)、王文寧、趙徐成、陸錦軍、黃忠良對全文內(nèi)容及安排提出了許多寶貴的意見，在此一并表示感謝。由于編者學術水平有限，書中不妥之處在所難免，懇請讀者批評指正！

內(nèi)容概要

　　本書以目前國內(nèi)使用最廣泛的MCS-51系列單片機為對象，以單片機應用系統(tǒng)設計為主，首先詳細介紹了單片機系統(tǒng)與外設接口的設計及編程技術，內(nèi)容涉及鍵盤、LED段碼和點陣顯示、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)設計的流程和步驟及常用軟硬件抗干擾技術等內(nèi)容。書中原理性實例采用匯編語言和C51編程，旨在使讀者能夠理解編程思路，掌握兩種語言的編程方法，為學習其他型號的單片機打下良好基礎；應用型、綜合型實例全部采用C51編程，使程序的可讀性和可移植較好。　　本書適用于高校計算機、通信、電子信息、電子技術、自動化等專業(yè)的教學使用，也是一本工程技術人員的參考用書。

書籍目錄

第1章  緒論1.1  單片機基礎知識1.1.1  單片機的結(jié)構(gòu)和特點1.1.2  單片機的發(fā)展1.1.3  單片機芯片技術的發(fā)展趨勢1.2  單片機應用1.2.1  單片機應用方向1.2.2  單片機應用系統(tǒng)的分類1.3  MCS-51單片機系列1.3.1  MCS-51系列單片機分類1.3.2  MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)特點1.4  其他系列單片機介紹1.4.1  Microchip公司系列單片機1.4.2  Motorola公司系列單片機習題1第2章  單片機的結(jié)構(gòu)與組成2.1  MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及信號引腳2.1.1  8051單片機結(jié)構(gòu)2.1.2  中央處理器CPU2.1.3  存儲器2.1.4  I/O口及相應的特殊功能寄存器2.1.5  信號引腳2.2  時鐘電路與CPU時序2.2.1  時鐘電路2.2.2  CPU時序2.3  MCS-51單片機的復位2.4  CHMOS型單片機的節(jié)電方式2.4.1  空閑方式2.4.2  掉電方式2.5  AT89系列單片機的結(jié)構(gòu)2.5.1  AT89系列單片機簡介2.5.2  AT89系列Flash的編程和校驗2.5.3  AT89C51RC單片機習題2第3章  指令與匯編語言程序設計3.1  指令系統(tǒng)概述3.1.1  MCS-51匯編指令的格式3.1.2  指令中的符號標識及注釋符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指令說明3.3.1  數(shù)據(jù)傳送指令3.3.2  算術操作指令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I/O口指令的使用說明3.4  MCS-51偽指令3.5  MCS-51匯編語言程序設計3.5.1  順序結(jié)構(gòu)程序設計3.5.2  分支程序設計3.5.3  循環(huán)程序設計3.5.4  子程序設計習題3第4章  C51程序設計4.1  Keil C51編程語言4.1.1  Keil C51的函數(shù)和程序結(jié)構(gòu)4.1.2  C51和標準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、運算符、表達式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的復雜數(shù)據(jù)類型4.2.4  C51的運算符和表達式4.3  C51的程序流控制語句4.4  編譯預處理命令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庫函數(shù)原型列表4.7  C51編程實例4.7.1  基本的輸入/輸出4.7.2  C51軟件延時4.7.3  定時中斷函數(shù)的編制習題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  中斷響應與中斷處理5.3  中斷程序設計及舉例5.3.1  中斷初始化程序5.3.2  中斷服務程序5.3.3  中斷應用舉例5.4  外部中斷源的擴展5.4.1  用定時器T0、T1作為外部中斷擴展5.4.2  用中斷與查詢相結(jié)合的方法擴展外部中斷習題5第6章  MCS-51定時器/計數(shù)器6.1  定時器的結(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  定時器的工作方式6.2  定時器應用舉例6.2.1  定時控制、脈寬檢測6.2.2  電壓/頻率轉(zhuǎn)換6.3  定時器/計數(shù)器T26.3.1  T2的狀態(tài)控制寄存器T2CON6.3.2  T2的工作方式習題6第7章  MCS-51串行通信及其應用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  波特率設計7.2.5  RS-232標準串行總線接口及應用7.2.6  RS-422、RS-485標準串行總線接口及應用7.3  串行通信應用舉例7.3.1  移位寄存器方式應用7.3.2  雙機、多機通信應用7.3.3  單片機與微機的串行通信習題7第8章  單片機系統(tǒng)擴展技術8.1  并行總線擴展與總線驅(qū)動8.1.1  外部總線擴展8.1.2  總線驅(qū)動8.2  存儲器的并行擴展8.2.1  常用存儲器的介紹8.2.2  MCS-51存儲器的擴展線路設計8.3  I/O口的擴展8.3.1  I/O接口概述8.3.2  簡單的I/O口擴展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總線習題8第9章  單片機與外設接口技術9.1  鍵盤接口技術9.1.1  鍵盤的基本工作原理9.1.2  鍵盤工作方式9.2  顯示器接口技術9.2.1  七段碼LED顯示器9.2.2  LED點陣顯示器9.2.3  LCD點陣液晶顯示器及其接口9.3  D/A轉(zhuǎn)換接口技術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指標9.3.3  D/A轉(zhuǎn)換器的接口技術9.4  A/D轉(zhuǎn)換接口技術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單片機的接口9.4.4  串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC1542的應用9.5  IC卡接口技術9.5.1  SLE4442的存儲區(qū)域分配9.5.2  SLE4442的通信協(xié)議9.5.3  8051單片機和SLE4442卡的接口設計習題9第10章  系統(tǒng)設計及抗干擾技術10.1  單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程10.1.1  技術方案論證10.1.2  硬件系統(tǒng)的設計10.1.3  應用軟件的設計10.1.4  硬件、軟件系統(tǒng)的調(diào)試10.1.5  程序的固化10.2  單片機硬件系統(tǒng)的設計10.2.1  元件的選取10.2.2  硬件電路的設計原則10.2.3  單片機資源的分配10.2.4  印制電路板的設計10.3  單片機軟件系統(tǒng)的設計10.3.1  任務的確定10.3.2  軟件結(jié)構(gòu)的設計10.4  單片機系統(tǒng)抗干擾技術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置11.1.1  工程文件的建立和編譯、連接11.1.2  設置工程文件的屬性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  斷點設置11.3  Keil 程序調(diào)試窗口11.3.1  存儲器窗口11.3.2  觀察窗口11.3.3  工程窗口寄存器頁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 單片機基礎知識1.1.1 單片機的結(jié)構(gòu)和特點根據(jù)美籍匈牙利科學家馮?諾依曼提出的存儲原理，一個完整的計算機包括運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部件。如果把運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)，與隨機存儲器(RAM)、程序存儲器、輸入和輸出接口(I／O)用總線結(jié)構(gòu)相連，就構(gòu)成了微型計算機。若將中央處理器、存儲器、輸入和輸出接口等部件集成在一塊芯片上，就構(gòu)成了單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)，簡稱單片機。目前，計算機系統(tǒng)已明顯地朝巨型化、單片化、網(wǎng)絡化三個方向發(fā)展。巨型機用于解決復雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理，故目前還在朝高速及處理能力的方向努力。單片機在出現(xiàn)時，Intel公司就給單片機取名為嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。單片機的最明顯優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設備中，這一點是巨型機和網(wǎng)絡不可能做到的。（1）由于單片機的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導體工藝，使其具有很多顯著的特點：①有優(yōu)異的性能價格比。②集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機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，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(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。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(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。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。④低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。

編輯推薦

《C51單片機及應用系統(tǒng)設計》由電子工業(yè)出版社出版。

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