單片機(jī)原理及應(yīng)用

前言

　　“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程是工科院校各類(lèi)專(zhuān)業(yè)普遍開(kāi)設(shè)的一門(mén)公共技術(shù)基礎(chǔ)課，它以MCS-51系列單片機(jī)為例介紹其硬件系統(tǒng)原理、軟件編程方法以及系統(tǒng)接口原理及應(yīng)用三大板塊內(nèi)容。長(zhǎng)期以來(lái)，該課程存在原理概念不易理解、軟件編程不易掌握、開(kāi)發(fā)技能不易提高的問(wèn)題，使不少學(xué)習(xí)者頗感困惑。?　　近年來(lái)隨著單片機(jī)仿真軟件的普及，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)單片機(jī)課程教學(xué)水平的提升，單片機(jī)教材內(nèi)容也有待進(jìn)一步跟進(jìn)。著名仿真軟件Proteus有句響亮的商業(yè)口號(hào)“從概念到產(chǎn)品”，宣稱(chēng)其功能的多樣性。我們認(rèn)為，改進(jìn)單片機(jī)教材也需要有“從概念到產(chǎn)品”的思想，即在重視原理教學(xué)的同時(shí)，強(qiáng)化動(dòng)手能力的培養(yǎng)，掌握研發(fā)單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品全過(guò)程的各項(xiàng)技能。為此，我們運(yùn)用新思路、新知識(shí)、新方法編寫(xiě)了這部教材。本教材特色如下：　　1.引入仿真工具內(nèi)容，拓寬課程知識(shí)體系　　將當(dāng)前國(guó)際上兩個(gè)最先進(jìn)的單片機(jī)仿真工具軟件Proteus和Keil C內(nèi)容引入到單片機(jī)教材中來(lái)，形成了硬件、軟件、接口、工具四大板塊有機(jī)結(jié)合的新體系。仿真工具的引入對(duì)理解單片機(jī)系統(tǒng)原理和軟件系統(tǒng)編程都有較大促進(jìn)作用。新技術(shù)與傳統(tǒng)知識(shí)的結(jié)合不僅拓寬了讀者的視野，也使學(xué)習(xí)方法發(fā)生了深刻變化，可收到事半功倍的學(xué)習(xí)效果?！　?.　編程語(yǔ)言重新定位，C51與匯編腳色互換　　重新定位了匯編語(yǔ)言與C51語(yǔ)言的教學(xué)目標(biāo)：C51作為主干編程語(yǔ)言，要求熟練掌握，靈活應(yīng)用；匯編語(yǔ)言作為輔助編程語(yǔ)言，只要求一般了解，能讀懂源程序即可。如此可使讀者在仿真工具軟件的輔助下，一步到位地掌握實(shí)用性強(qiáng)的C51編程語(yǔ)言和適量的匯編語(yǔ)言，為日后解決復(fù)雜應(yīng)用問(wèn)題打下基礎(chǔ)。?　　3.　設(shè)計(jì)全新仿真實(shí)驗(yàn)，注重實(shí)踐能力培養(yǎng)　　針對(duì)單片機(jī)實(shí)物實(shí)驗(yàn)難以提供充足的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)的問(wèn)題，特別設(shè)計(jì)了與重要知識(shí)點(diǎn)銜接、具有設(shè)計(jì)性或綜合性特點(diǎn)、基于仿真軟件的一套全新教學(xué)實(shí)驗(yàn)。為配合課前預(yù)習(xí)，“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”中還附有內(nèi)容豐富的閱讀材料。利用Proteus和Keil C近似真實(shí)的單片機(jī)軟、硬件運(yùn)行環(huán)境，為讀者打造一個(gè)可自由發(fā)揮潛力、循序漸進(jìn)提高應(yīng)用技能的實(shí)踐平臺(tái)?！　?.優(yōu)化教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)、注重知識(shí)自主獲取　　針對(duì)以往教材的應(yīng)用實(shí)例多集中安排在最末章節(jié)的問(wèn)題，調(diào)整了內(nèi)容編排順序，將部分I/O口應(yīng)用內(nèi)容前移至中部章節(jié)，以此縮短理論教學(xué)與應(yīng)用教學(xué)的時(shí)間差；按照認(rèn)知規(guī)律解析疑難概念、精心組織銜接關(guān)系、認(rèn)真篩選應(yīng)用實(shí)例，從而使教材的可讀性與知識(shí)自主獲取性顯著提高?！　”緯?shū)第1版自2009年7月出版后，得到了廣大讀者的好評(píng)和支持，被許多學(xué)校選為教材，并于2010年獲得“全國(guó)電子信息類(lèi)優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)”。不少讀者和教師對(duì)本書(shū)提出過(guò)許多寶貴意見(jiàn)，雖然在第1版期間的5次重印過(guò)程中已陸續(xù)作過(guò)一些補(bǔ)正，但限于版面不能大改，仍有局限?！　”敬卧侔?，仍保持了原教材的體系結(jié)構(gòu)，但對(duì)原第5～8章及附錄A等內(nèi)容進(jìn)行了重新編寫(xiě)，以使全書(shū)內(nèi)容和風(fēng)格更加統(tǒng)一。應(yīng)用實(shí)例也進(jìn)行了調(diào)整，剔除過(guò)長(zhǎng)、過(guò)難、仿真可視性差的實(shí)例，補(bǔ)充了一些與知識(shí)點(diǎn)銜接更好的實(shí)例，并全部進(jìn)行了仿真調(diào)試。為解決課堂仿真演示費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題，在已有PPT課件和仿真實(shí)例的基礎(chǔ)上，新增了配套仿真視頻。我們?cè)附柽@次再版的機(jī)會(huì)，將自己在教學(xué)中積累的心得與廣大讀者真誠(chéng)交流。　　此次再版工作由林立和張俊亮共同完成，馬義來(lái)、王中金、趙旭林、高坡對(duì)本書(shū)的再版做了大量工作。本書(shū)在第1版重印以及再版過(guò)程中得到了電子工業(yè)出版社的大力支持和幫助，尤其是高等教育分社的凌毅編輯，對(duì)本書(shū)的重印和再版做了大量細(xì)致的工作，在此謹(jǐn)致以誠(chéng)摯的謝意。　　再版后的教材一定還有許多不足之處，殷切地期望讀者給予批評(píng)指正?！　∽髡摺　?012年10月

內(nèi)容概要

　　本書(shū)以MCS-51系列單片機(jī)80C51為例介紹單片機(jī)的工作原理、基本應(yīng)用與開(kāi)發(fā)技術(shù)。主要內(nèi)容包括單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、內(nèi)外系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、匯編與C51語(yǔ)言、中斷與定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串口通信、系統(tǒng)接口、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。
本書(shū)在單片機(jī)傳統(tǒng)教學(xué)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大改進(jìn)，以C51編程語(yǔ)言作為貫穿全書(shū)各章節(jié)的主線，并將單片機(jī)仿真軟件Proteus和C51編譯軟件Keil的用法與之緊密銜接，書(shū)末附有與教學(xué)進(jìn)度呼應(yīng)的8個(gè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)及相關(guān)閱讀材料。

書(shū)籍目錄

第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述
1.1 單片機(jī)概述
1.1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況
1.1.2 單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用
1.1.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
1.1.4 MCS-51單片機(jī)的學(xué)習(xí)
1.2 單片機(jī)學(xué)習(xí)的預(yù)備知識(shí)
1.2.1 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換
1.2.2 有符號(hào)數(shù)的表示方法
1.2.3 位、字節(jié)和字
1.2.4 BCD碼
1.2.5 ASCII碼
1.2.6 基本邏輯門(mén)電路
1.3 Proteus應(yīng)用簡(jiǎn)介
1.3.1 ISIS模塊應(yīng)用舉例
1.3.2 ARES模塊應(yīng)用舉例
本章小結(jié)
習(xí)題
第2章 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理
2.1 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)
2.1.1 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
2.1.2 MCS-51外部引腳及功能
2.2 MCS-51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)
2.2.1 存儲(chǔ)器劃分方法
2.2.2 程序存儲(chǔ)器
2.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
2.3 單片機(jī)的復(fù)位、時(shí)鐘與時(shí)序
2.3.1 復(fù)位與復(fù)位電路
2.3.2 時(shí)鐘電路
2.3.3 單片機(jī)時(shí)序
2.4 并行I/O口
2.4.1 P1口
2.4.2 P3口
2.4.3 P0口
2.4.4 P2口
本章小結(jié)
習(xí)題
第3章 單片機(jī)的匯編語(yǔ)言與程序設(shè)計(jì)
3.1 匯編語(yǔ)言概述
3.1.1 匯編語(yǔ)言指令格式
3.1.2 描述操作數(shù)的簡(jiǎn)記符號(hào)
3.1.3 尋址方法
3.2 MCS-51指令系統(tǒng)簡(jiǎn)介
3.2.1 數(shù)據(jù)傳送與交換類(lèi)指令
3.2.2 算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令
3.2.3 邏輯運(yùn)算及移位類(lèi)指令
3.2.4 控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令
3.2.5 偽指令
3.3 匯編語(yǔ)言的編程方法
3.3.1 Proteus仿真開(kāi)發(fā)系統(tǒng)
3.3.2 匯編程序應(yīng)用舉例
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章 單片機(jī)的C51語(yǔ)言
4.1 C51的程序結(jié)構(gòu)
4.1.1 C51語(yǔ)言概述
4.1.2 C51的程序結(jié)構(gòu)
4.2 C51的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
4.2.1 C51的變量
4.2.2 C51的指針
4.3 C51與匯編語(yǔ)言的混合編程
4.3.1 在C51中調(diào)用匯編程序
4.3.2 在C51中嵌入?yún)R編代碼
4.4 C51仿真開(kāi)發(fā)環(huán)境
4.4.1 Keil的編譯環(huán)境μVision3
4.4.2 基于Proteus和Keil C的程序開(kāi)發(fā)過(guò)程
4.5 C51應(yīng)用編程初步
4.5.1 I/O端口的簡(jiǎn)單應(yīng)用
4.5.2 I/O端口的進(jìn)階實(shí)踐
本章小結(jié)
習(xí)題
第5章 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)
5.1 中斷的概念
5.2 中斷控制系統(tǒng)
5.2.1 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
5.2.2 中斷控制
5.3 中斷處理過(guò)程
5.4 中斷的編程和應(yīng)用舉例
5.4.1 中斷程序設(shè)計(jì)舉例
5.4.2 擴(kuò)充外部中斷源
本章小結(jié)
習(xí)題
第6章 單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器
6.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)與工作原理
6.1.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的基本原理
6.1.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)
6.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制
6.2.1 TMOD寄存器
6.2.2 TCON寄存器
6.3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式
6.3.1 方式1
6.3.2 方式2
6.3.3 方式0
6.3.4 方式3
6.4 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的編程和應(yīng)用
本章小結(jié)
習(xí)題
第7章 單片機(jī)的串行口及應(yīng)用
7.1 串行通信概述
7.2 MCS-51的串行口控制器
7.2.1 串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)
7.2.2 串行口控制寄存器
7.3 串行工作方式0及其應(yīng)用
7.4 串行工作方式1及其應(yīng)用
7.5 串行工作方式2及其應(yīng)用
7.6 串行工作方式3及其應(yīng)用
本章小結(jié)
習(xí)題
第8章 單片機(jī)接口技術(shù)
8.1 單片機(jī)的系統(tǒng)總線
8.1.1 三總線結(jié)構(gòu)
8.1.2 地址鎖存原理及實(shí)現(xiàn)
8.2 簡(jiǎn)單并行I/O口擴(kuò)展
8.2.1 訪問(wèn)擴(kuò)展端口的軟件方法
8.2.2 簡(jiǎn)單并行輸出接口的擴(kuò)展
8.2.3 簡(jiǎn)單并行輸入接口的擴(kuò)展
8.3 可編程并行I/O口擴(kuò)展
8.3.1 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳及地址
8.3.2 8255A的控制字
8.4 D/A轉(zhuǎn)換與DAC0832應(yīng)用
8.4.1 DAC0832的工作原理
8.4.2 DAC0832與單片機(jī)的接口及編程
8.5 A/D轉(zhuǎn)換與ADC0809應(yīng)用
8.5.1 逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理
8.5.2 ADC0809與單片機(jī)的接口及編程
8.6 開(kāi)關(guān)量功率接口技術(shù)
8.6.1 開(kāi)關(guān)量功率驅(qū)動(dòng)接口
8.6.2 開(kāi)關(guān)量功率驅(qū)動(dòng)接口應(yīng)用舉例
本章小結(jié)
習(xí)題
第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)
9.1 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程
9.1.1 單片機(jī)典型應(yīng)用系統(tǒng)
9.1.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程
9.2 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性技術(shù)
9.2.1 硬件抗干擾技術(shù)概述
9.2.2 軟件抗干擾技術(shù)概述
9.3 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)應(yīng)用舉例——智能儀器
9.3.1 功能概述
9.3.2 硬件電路設(shè)計(jì)
9.3.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9.3.4 仿真開(kāi)發(fā)過(guò)程
本章小結(jié)
習(xí)題
附錄A 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)
實(shí)驗(yàn)1 計(jì)數(shù)顯示器
【閱讀材料1】 ISIS模塊的電路繪圖與仿真運(yùn)行方法
實(shí)驗(yàn)2 指示燈/開(kāi)關(guān)控制器
【閱讀材料2】 ISIS模塊的匯編程序創(chuàng)建與調(diào)試方法
實(shí)驗(yàn)3 指示燈循環(huán)控制
【閱讀材料3】 在μVision3中創(chuàng)建C51程序的方法
實(shí)驗(yàn)4 指示燈/數(shù)碼管的中斷控制
【閱讀材料4】 C51程序調(diào)試方法
實(shí)驗(yàn)5 電子秒表顯示器
【閱讀材料5】 μVision3與ISIS的聯(lián)合仿真
實(shí)驗(yàn)6 雙機(jī)通信及PCB設(shè)計(jì)
【閱讀材料6】 基于ARES模塊的PCB設(shè)計(jì)方法
實(shí)驗(yàn)7 直流數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)
【閱讀材料7】 ISIS中的虛擬信號(hào)發(fā)生器
實(shí)驗(yàn)8 步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)
【閱讀材料8】 步進(jìn)電機(jī)控制方法
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   去耦電容的選用可以按照C=1／f選用，其中f為電路頻率，即10MHz取0.1uF，IOOMHz取0.01μF。去耦電容應(yīng)直接跨接在芯片的源和地之間，數(shù)字電路每一顆芯片原則上應(yīng)配置一個(gè)去耦電容，以便隨時(shí)充放電。 3.模擬地和數(shù)字地的分離 在單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往既有數(shù)字信號(hào)又有模擬信號(hào)。由于單片機(jī)工作頻率較高，易于產(chǎn)生開(kāi)關(guān)噪聲等高頻干擾信號(hào)，這些干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)地線傳人模擬量輸入電路，會(huì)引起模擬量的輸入采集信息的誤差。為避免模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)間的相互竄擾，在模擬、數(shù)字混合的單片機(jī)系統(tǒng)，將模擬部分和數(shù)字部分的地信號(hào)相分離為模擬地和數(shù)字地，模擬和數(shù)字部分各自構(gòu)成獨(dú)立回路，與此同時(shí)，模擬地和數(shù)字地通過(guò)電感或磁珠相連接，形成“分區(qū)集中并聯(lián)一點(diǎn)接地”，這樣，既可以保證模擬和數(shù)字部分具有相同的地電位參考平面，又使得地線電流不會(huì)流到其他功能單元的回路中，避免各個(gè)單元的相互干擾。另外，在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，地線應(yīng)該盡量加粗，必要時(shí)可以采用“鋪地”技術(shù)，以減少地線的阻抗。 4.“看門(mén)狗”技術(shù) 應(yīng)用系統(tǒng)工作在惡劣環(huán)境或大噪聲的干擾環(huán)境下，由于外界干擾對(duì)CPU的影響，使得程序不能按照正常的設(shè)計(jì)要求運(yùn)行，出現(xiàn)程序跑飛或死循環(huán)的現(xiàn)象。對(duì)此，可以通過(guò)“看門(mén)狗”電路強(qiáng)制CPU復(fù)位，使系統(tǒng)重新進(jìn)入正常運(yùn)行的軌道。 單片機(jī)在正常工作的情況下，通過(guò)定時(shí)器設(shè)置產(chǎn)生脈沖信號(hào)，將該脈沖信號(hào)送入“看門(mén)狗”電路“喂狗”，“看門(mén)狗”在定時(shí)“吃到”脈沖的情況下，不產(chǎn)生復(fù)位的操作。當(dāng)單片機(jī)工作系統(tǒng)出現(xiàn)異常，不能再定時(shí)向“看門(mén)狗”提供定時(shí)脈沖“喂狗”時(shí)，“看門(mén)狗”電路自動(dòng)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，通過(guò)硬件驅(qū)動(dòng)單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位，從而，使“跑飛”或陷入死循環(huán)的CPU重新運(yùn)行程序，擺脫由于干擾而造成系統(tǒng)異常的狀態(tài)。 9.2.2軟件抗干擾技術(shù)概述 在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時(shí)，軟件抗干擾以其設(shè)計(jì)靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好也越來(lái)越受到重視。 1.指令冗余 CPU取指令過(guò)程是先取操作碼，再取操作數(shù)。當(dāng)PC受干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，程序便脫離正常軌道“亂飛”，若亂飛到某雙字節(jié)指令，且取指令時(shí)刻落在操作數(shù)上，誤將操作數(shù)當(dāng)作操作碼，程序?qū)⒊鲥e(cuò)。若“飛”到了三字節(jié)指令，出錯(cuò)概率更大。 在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫(xiě)稱(chēng)為指令冗余。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插人兩字節(jié)以上的NOP。這樣即使程序飛到操作數(shù)上，但由于空操作指令NOP的存在，從而避免了后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行，使程序自動(dòng)納入正軌。 此外，在對(duì)系統(tǒng)流向起重要作用的指令如RET、RETI、LCALL、LJMP、jc等之前插入兩條NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。 2.軟件陷阱 當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無(wú)法起作用。通過(guò)軟件陷阱，可以攔截亂飛程序，將其引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。軟件陷阱是指用來(lái)將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱： 其機(jī)器碼為0000020000。 考慮到程序存儲(chǔ)器的容量，軟件陷阱一般每1KB空間有2～3個(gè)就可以進(jìn)行有效攔截了。

編輯推薦

《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材?電子信息科學(xué)與工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材:單片機(jī)原理及應(yīng)用:基于Proteus和Keil C(第2版)》可作為高等工科院校機(jī)械類(lèi)、電氣與電子信息類(lèi)、計(jì)算機(jī)類(lèi)各專(zhuān)業(yè)48～64學(xué)時(shí)要求的教材，也可作為從事嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)從業(yè)人員的崗位培訓(xùn)教材及自學(xué)參考書(shū)。

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