單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)用教程

前言

“單片機(jī)原理及其應(yīng)用”不但是目前各個(gè)大專院校計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)及計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門(mén)重要課程，同時(shí)也是一個(gè)電子類工程師應(yīng)該掌握的三大技術(shù)之一。根據(jù)近年來(lái)編者帶本?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷，發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生沒(méi)有能掌握好單片機(jī)原理，也不清楚該如何應(yīng)用的根本原因是他們很難理解單片機(jī)的一些概念，而這些概念和計(jì)算機(jī)原理有本質(zhì)區(qū)別，如定時(shí)器等單片機(jī)集成的功能電路的使用。同時(shí)，一些學(xué)生又很難建立單片機(jī)原理的系統(tǒng)知識(shí)，很難從微機(jī)原理的知識(shí)引申到單片機(jī)學(xué)習(xí)中。編者按自己的理解和學(xué)生們討論了單片機(jī)設(shè)計(jì)的原理及應(yīng)用，很快學(xué)生們就掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技巧。最讓編者欣慰的是，憑借著熟練的設(shè)計(jì)技巧，學(xué)生們都順利找到了理想的工作。筆者總結(jié)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)編寫(xiě)了《單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》一書(shū)。《單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》一書(shū)出版后，獲得了廣大讀者和教師的廣泛歡迎，被多家高校選擇為教材和參考書(shū)。但該書(shū)主要是針對(duì)自學(xué)者和開(kāi)發(fā)參考書(shū)使用，作為教材，其理論參數(shù)闡述還不夠簡(jiǎn)明、清楚、系統(tǒng)；內(nèi)容組織也不夠合理、規(guī)范；隨著時(shí)間的推移，有些內(nèi)容還需要更新和修改；更為重要的是如何開(kāi)展試驗(yàn)，能使讀者更好地理論聯(lián)系實(shí)際等內(nèi)容也沒(méi)有涉及。為彌補(bǔ)書(shū)中的不足，使內(nèi)容更加完善和實(shí)用，筆者經(jīng)過(guò)慎重考慮和充分準(zhǔn)備，又編寫(xiě)《單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)用教程》一書(shū)。本書(shū)的定位是教材+實(shí)驗(yàn)教程+工具書(shū)，在單片機(jī)及其應(yīng)用多種新技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而編寫(xiě)的。全書(shū)共分17章，全面闡述了MCS51系列單片機(jī)的基本原理及其最新的應(yīng)用技術(shù)。本書(shū)一方面介紹了MCS51系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、組成、中斷系統(tǒng)、存儲(chǔ)器以及匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。通過(guò)這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生對(duì)MCS 51系列單片機(jī)有一個(gè)總體的概念和認(rèn)識(shí)，并在掌握基本硬件的基礎(chǔ)上用軟件實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的一些基本功能。在單片機(jī)的應(yīng)用中詳細(xì)介紹了并行口、串行口、定時(shí)器以及相應(yīng)的擴(kuò)展和應(yīng)用，簡(jiǎn)單介紹了模擬量和數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)換器件與單片機(jī)的接口，同時(shí)綜合前面所學(xué)內(nèi)容，列舉了單片機(jī)典型應(yīng)用實(shí)例。本書(shū)另一方面介紹了對(duì)目前單片機(jī)領(lǐng)域的流行語(yǔ)言C51及其編譯器、常用的AT89C51的改進(jìn)型芯片AT89S51相關(guān)新技術(shù)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)應(yīng)該以C語(yǔ)言為主，以匯編語(yǔ)言為輔。采用C語(yǔ)言也不必對(duì)單片機(jī)和硬件接口的結(jié)構(gòu)有很深入的了解，編譯器可以自動(dòng)完成變量的存儲(chǔ)單元的分配，編程者就可以專注于應(yīng)用軟件部分的設(shè)計(jì)，大大加快軟件的開(kāi)發(fā)速度。采用C語(yǔ)言可以很容易地進(jìn)行單片機(jī)的程序移植工作，有利于產(chǎn)品中單片機(jī)的重新選型。匯編語(yǔ)言主要在時(shí)間要求比較嚴(yán)格的模塊中使用。本書(shū)同時(shí)采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言進(jìn)行講解，這樣不但容易理解單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)，也有助理解C語(yǔ)言在單片機(jī)中的應(yīng)用技巧，這也是本書(shū)的一大特點(diǎn)。當(dāng)然出于教學(xué)課時(shí)的考慮，也可以挑選一種語(yǔ)言來(lái)講解。為了提高開(kāi)發(fā)效率，需要在系統(tǒng)軟件上開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，才能事半功倍。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）就是一個(gè)很好的嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。Small RTOS51是為51系列單片機(jī)而編寫(xiě)的。它是完全免費(fèi)的、源代碼公開(kāi)的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它可在無(wú)任何外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單片80C51系統(tǒng)上運(yùn)行，并且是可移植的。本書(shū)介紹Small RTOS51和一些基本概念，并詳細(xì)分析Small RTOS51的工作原理，給出部分常用硬件在Small RTOS51下驅(qū)動(dòng)程序的源代碼。這些源代碼在DP51單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀上全部調(diào)試通過(guò)，且只要經(jīng)過(guò)很少的改動(dòng)，或是不改動(dòng)，就可以在其他環(huán)境下使用，便于讀者理解和掌握基于RTOS的編程方法。當(dāng)然這一部分內(nèi)容初學(xué)者可以跳過(guò)，也不作為教學(xué)的要求內(nèi)容，僅供提高者參考。本書(shū)堅(jiān)持深入淺出的寫(xiě)作風(fēng)格，在閱讀方法上進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，力求讀者能在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)從入門(mén)到精通。本書(shū)內(nèi)容系統(tǒng)、全面而又前沿。同時(shí)本書(shū)堅(jiān)持實(shí)用性和權(quán)威性，書(shū)中提供大量實(shí)例，且可以仿真驗(yàn)證，并提供大量工程資料，一書(shū)在手，可輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。本書(shū)將匯編指令的操作數(shù)與機(jī)器指令的代碼并列、指令字節(jié)數(shù)與周期數(shù)并列，兩個(gè)并列再集于一圖。學(xué)習(xí)復(fù)習(xí)、編程調(diào)試時(shí)“隨用隨查”。初學(xué)指令，先要跑面，重在識(shí)其全貌。指令不是學(xué)會(huì)而是用會(huì)的。編程時(shí)帶上問(wèn)題進(jìn)入場(chǎng)景，一遍遍地翻查找出最有效的指令，長(zhǎng)期實(shí)踐定會(huì)流出“家珍”。指令部分有意安插的一些范例是為入門(mén)后頓悟用的。本書(shū)可以作為高等院校通信、控制、電工、電子、計(jì)算機(jī)專業(yè)的教材，也可供有關(guān)技術(shù)培訓(xùn)及工程技術(shù)人員自學(xué)參考之用。本書(shū)由胡學(xué)海主編，任代蓉、盧有亮、周文健副主編，粟思科主審；主要編寫(xiě)人員有商洪亮，章磊等；同時(shí)參與本書(shū)編寫(xiě)工作的人員還有王治國(guó)、馮強(qiáng)、曾德惠、許慶華、程亮、周聰、黃志平、胡松、邢永峰、邵軍、邊海龍、劉達(dá)因、趙婷、馬鴻娟、侯桐、趙光明、李勝、李輝、侯杰、王紅研、王磊、閆守紅、康涌泉、蔣杼倩、王小東、張森、張正亮、宋利梅、何群芬、程瑤。由于編者水平有限，時(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中難免會(huì)有不足之處，請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。感謝磁動(dòng)力工作室、單片機(jī)開(kāi)發(fā)聯(lián)盟、老古開(kāi)發(fā)網(wǎng)的大力支持，感謝編寫(xiě)書(shū)中共享軟件的作者和各位參考文獻(xiàn)的作者。胡學(xué)海于電子科技大學(xué)

內(nèi)容概要

　　本書(shū)面向單片機(jī)的學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)人員，按照單片機(jī)的教學(xué)大綱和知識(shí)體系，詳細(xì)介紹了單片機(jī)的設(shè)計(jì)原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例。本書(shū)分為基礎(chǔ)篇和應(yīng)用提高篇，其中基礎(chǔ)篇介紹了單片機(jī)原理的基礎(chǔ)知識(shí)，講述單片機(jī)的基本知識(shí)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理，擴(kuò)展方法、編寫(xiě)語(yǔ)言等；應(yīng)用提高篇主要介紹單片機(jī)應(yīng)用的新技術(shù)，如USB總線、CAN總線、液晶、PS/2鍵盤(pán)、I2C總線，IC卡讀寫(xiě)器、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)等，主要是供開(kāi)發(fā)人員使用。書(shū)中還給出了大量的綜合應(yīng)用實(shí)例，希望讀者能從中獲益。隨書(shū)贈(zèng)送的配套教學(xué)資源中含有大量的學(xué)習(xí)資源、程序、電子教案、試題與答案，讀者可到http:∥download?cip?com?cn“配書(shū)資源”一欄中下載。
本書(shū)可作為高等院校通信、控制、電工、電子、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的教材；也可供從事單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)使用。

書(shū)籍目錄

第1篇 基礎(chǔ)篇緒論
　緒論
　　習(xí)題
　第1章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
　　1.2 數(shù)的表示及編碼
　　1.3 二進(jìn)制運(yùn)算
　　1.4 單片機(jī)系統(tǒng)組成原理
　　1.5 AT89S51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
　　1.6 單片機(jī)的時(shí)序
　　1.7 AT89S51最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　習(xí)題
　第2章 匯編語(yǔ)言與程序設(shè)計(jì)
　　2.1 單片機(jī)編程語(yǔ)言概述
　　2.2 51系列單片機(jī)的匯編指令系統(tǒng)
　　2.3 指令系統(tǒng)
　　2.4 偽指令
　　2.6 常見(jiàn)程序的編寫(xiě)
　　習(xí)題
　第3章 51單片機(jī)的C語(yǔ)言設(shè)計(jì)
　　3.1 概述
　　3.2 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)
　　3.3 數(shù)組
　　3.4 函數(shù)
　　3.5 指針
　　3.6 位運(yùn)算
　　3.8 混合編程
　　習(xí)題
　第4章 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)
　　4.1 微機(jī)的輸入/ 輸出方式
　　4.2 中斷的概念
　　4.4 中斷應(yīng)用舉例
　　習(xí)題
　第5章 單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器
　　5.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本概念
　　5.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式和控制字
　　5.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的編程和應(yīng)用實(shí)例
　　習(xí)題
　第6章 并行總線擴(kuò)展
　　6.1 總線的概念
　　6.2 并行RAM擴(kuò)展
　　6.3 并行Flash存儲(chǔ)器擴(kuò)展
　　6.4 并行I/O 擴(kuò)展
　　6.5 系統(tǒng)鍵盤(pán)擴(kuò)展
　　習(xí)題
　第7章 串行通信及接口
　　7.1 串行通信的基本原理
　　7.2 通信協(xié)議
　　7.3 51單片機(jī)串行口的結(jié)構(gòu)
　　7.4 串行I/O擴(kuò)展
　　7.5 單機(jī)通信
　　7.6 通信程序的調(diào)試
　　習(xí)題
　第8章 A/D擴(kuò)展
　　8.1 A/D的分類及工作原理
　　8.2 A/D的選型及指標(biāo)
　　8.3 并行A/D的擴(kuò)展
　　8.4 串行A/D的擴(kuò)展
　　習(xí)題
　第9章 D/A擴(kuò)展
　　9.1 D/A的分類和特性
　　9.2 D/A的選型及實(shí)用技術(shù)
　　9.3 并行D/A擴(kuò)展
　　9.4 串行D/A擴(kuò)展
　　習(xí)題
　第10章 教學(xué)實(shí)驗(yàn)及開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境
　　10.1 單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
　　10.2 Keil 霽ision3編譯器的使用
　　10.3 在線下載
　　10.4 硬件調(diào)試系統(tǒng)
　　10.5 教學(xué)實(shí)驗(yàn)
　　習(xí)題
　　
第2篇 應(yīng)用提高篇
　第11章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)人機(jī)接口技術(shù)
　　11.1 PS/2設(shè)備接口
　　11.2 常用輸入接口
　　11.3 常用顯示器
　　11.4 PS/2鍵盤(pán)與液晶顯示實(shí)例
　第12章 單片機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)新技術(shù)
　　12.1 I/O輸出驅(qū)動(dòng)
　　12.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)
　　12.3 外部存儲(chǔ)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)
　　12.4 設(shè)計(jì)實(shí)例——非接觸IC卡讀/寫(xiě)器設(shè)計(jì)
　　12.5 設(shè)計(jì)實(shí)例——地稅局自動(dòng)蓋章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　第13 章 單片機(jī)串行總線技術(shù)
　　13.1 I2C總線接口
　　13.2 RS?232總線
　　13.3 RS?422、RS?485總線
　　13.4 CAN總線
　　13.5 USB總線
　第14章 單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)技術(shù)
　　14.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
　　14.2 系統(tǒng)硬、軟件的設(shè)計(jì)方法
　　14.3 單元電路的設(shè)計(jì)
　　14.4 單元電路的級(jí)聯(lián)
　　14.5 錄音系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例
　第15 章 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)
　　15.1 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的原則
　　15.2 模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)
　　15.3 監(jiān)控程序
　第16章 嵌入式操作系統(tǒng)
　　16.1 RTOS操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　16.2 RTOS操作系統(tǒng)的工作原理
　　16.3 RTX51函數(shù)
　　16.4 RTOS操作系統(tǒng)的應(yīng)用
　第17章 電源和抗干擾技術(shù)
　　17.1 電源設(shè)計(jì)
　　17.2 抗干擾技術(shù)
　　17.3 系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)
附錄 配套教學(xué)資源說(shuō)明
參考文獻(xiàn)
　　　　

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   首先編寫(xiě)和調(diào)試顯示模塊，正常工作后保存。顯示模塊的成功，會(huì)使初學(xué)者提高對(duì)余下程序的信心，實(shí)際等于成功一半了。然后可以調(diào)試鍵盤(pán)模塊，同時(shí)加上顯示模塊，增加幾句臨時(shí)語(yǔ)句使按下的鍵值能顯示出來(lái)。這兩個(gè)模塊成功后保存起來(lái)。以后就可以編寫(xiě)和調(diào)試其他模塊，一塊一塊地添加起來(lái)，形成一個(gè)完整的程序。 ④程序N9調(diào)試成功的程序，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“filename.hex”的Intel十六進(jìn)制格式文件，把這個(gè)文件送到“編程器／寫(xiě)入器”中就可以將其固化到芯片內(nèi)EPROM、EEPROM、PROM、MCU中。寫(xiě)入成功后，把芯片從“編程器／寫(xiě)入器”上取下，再插到電路板上通電運(yùn)行。設(shè)計(jì)基本結(jié)束。此后的工作是考驗(yàn)電路板及程序在現(xiàn)場(chǎng)工作的情況，找出設(shè)計(jì)弱點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。 10.1.2單片機(jī)系統(tǒng)的軟件調(diào)試工具 單片機(jī)軟件調(diào)試一般要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：編譯、仿真、程序固化。所使用的工具分別是編澤器、仿真器、編程器。 1.編譯器 編譯器主要指能通過(guò)編譯、連接，完成將用戶程序轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言的程序。最早的單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的編譯環(huán)境都是以命令行方式輸人的。程序設(shè)計(jì)后，要通過(guò)編譯、連接和匯編命令來(lái)完成程序向機(jī)器語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換過(guò)程。 近年來(lái)，編譯器功能不斷提高，不但可以完成編譯、連接和匯編工作，還可以完成軟件的仿真調(diào)試。目前，Keil公司推出的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Keil Vision已經(jīng)取代MCS～51編譯器，成為最為廣泛的編譯器。Keil>Vision可以開(kāi)發(fā)單片機(jī)C語(yǔ)言程序，也可以開(kāi)發(fā)匯編語(yǔ)言程序和混合程序，能夠進(jìn)行程序的仿真調(diào)試，還可以和一些硬件仿真器相連接，直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，功能非常強(qiáng)大，集成程度高，應(yīng)用方便。 2.仿真器 仿真器是在單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)中常用的硬件設(shè)備之一。它的作用是在一定的開(kāi)發(fā)環(huán)境下，將普通的微機(jī)仿真成一個(gè)特定的單片機(jī)。將仿真器插入目標(biāo)板中單片機(jī)的位置，開(kāi)發(fā)人員便能夠在普通微機(jī)上進(jìn)行在線編程、在線運(yùn)行以及在線調(diào)試，其運(yùn)行結(jié)果與真實(shí)的單片機(jī)完全一樣。當(dāng)開(kāi)發(fā)人員將程序調(diào)試正確后，再將編譯好的程序通過(guò)編程器寫(xiě)入單片機(jī)中。 仿真器最關(guān)鍵的性能指標(biāo)是可仿真的單片機(jī)種類。早期的仿真器都只能仿真特定系列中特定型號(hào)的單片機(jī)，如80al／32、8051、8751或是PIC的單片機(jī)等，通用性不強(qiáng)，性能較低而且價(jià)格極為昂貴。近幾年新出的仿真器在仿真單片機(jī)的數(shù)量以及種類上已經(jīng)有了極大地增加，甚至仿真多個(gè)系列的單片機(jī)，如51系列、PIC系列等。在采用了CPLD等技術(shù)后，還可以通過(guò)軟件來(lái)增加新的仿真單片機(jī)，動(dòng)態(tài)改變單片機(jī)的外部晶振頻率，實(shí)現(xiàn)邏輯分析儀功能等，價(jià)格也大幅下降。 此外，目前多數(shù)的單片機(jī)都支持在線編程，有的單片機(jī)甚至在內(nèi)部集成了簡(jiǎn)單在線調(diào)試功能，配合相應(yīng)的軟件環(huán)境便能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單在線調(diào)試，使用非常方便。

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《單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)用教程》可作為高等院校通信、控制、電工、電子、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的教材；也可供從事單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)使用。

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