單片機(jī)原理與接口技術(shù)教程

前言

20世紀(jì)70年代，單片機(jī)的誕生可視為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正式劃分為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的分水嶺。雖然單片機(jī)誕生至今已有30多年，近年各種新型的嵌入式微處理器也不斷涌現(xiàn)，但單片機(jī)在一塊芯片上集成了一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本部件，采用單片機(jī)開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)的體積、功耗、成本不斷降低，因此單片機(jī)仍具有極強(qiáng)的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力，占據(jù)著微控制器領(lǐng)域的主要市場(chǎng)份額。本書以MCS一51單片機(jī)為代表機(jī)型，詳細(xì)講述了單片機(jī)原理及常用的接口技術(shù)，并給出了多個(gè)綜合實(shí)例。為了便于組織教學(xué)，本書在編排順序上采取了循序漸進(jìn)的策略。全書共分9章，第1章為概述，給出了單片機(jī)的定義并介紹了單片機(jī)的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢(shì)；第2章用較大的篇幅全面地介紹了單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理，包括單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部封裝、CPU的結(jié)構(gòu)和功能、復(fù)位處理、并行端口的結(jié)構(gòu)和功能、存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及外部總線擴(kuò)展時(shí)序、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串行口及中斷系統(tǒng)等內(nèi)容，使讀者能迅速了解MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和內(nèi)部資源；第3章講述了單片機(jī)的指令系統(tǒng)，在介紹基本指令的同時(shí)，結(jié)合第2章單片機(jī)時(shí)序部分的內(nèi)容，進(jìn)一步強(qiáng)化了單片機(jī)通過指令控制硬件系統(tǒng)工作的過程；第4章講述了MCS-51單片機(jī)的匯編語言程序設(shè)計(jì)；第5章用較大篇幅重點(diǎn)介紹單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并說明C語言是目前單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的最好選擇；第6章主要介紹人機(jī)接口及I／O擴(kuò)展技術(shù)，包括鍵盤、數(shù)碼管、字符型LCD和點(diǎn)陣式LCD等基本輸入輸出設(shè)備的控制，以及通過系統(tǒng)總線擴(kuò)展輸入輸出端口的方法；第7章深入介紹了單片機(jī)串行通信接口，并設(shè)計(jì)了擴(kuò)展串行口、控制GSM模塊收發(fā)短消息、多機(jī)通信等數(shù)個(gè)實(shí)例；第8章給出了單片機(jī)控制電話用戶線接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例，并介紹了通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的方法；第9章設(shè)計(jì)了一個(gè)高度精簡(jiǎn)的TCP／IP協(xié)議棧，在介紹TCP／IP協(xié)議的基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以不到1000行的源代碼，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)控制下的UDP——串行口通信轉(zhuǎn)換模塊。

內(nèi)容概要

本書以MCS-51單片機(jī)為代表機(jī)型，詳細(xì)講述8位單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計(jì)；著重介紹單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)技術(shù)，討論C語言對(duì)單片機(jī)硬件資源的操作和控制，并通過一系列簡(jiǎn)單的實(shí)例，分析單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的并行輸入輸出接口、數(shù)碼管接口、LCD接口、串行接口、存儲(chǔ)器接口及外圍設(shè)備擴(kuò)展等方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。此外，本書重視通信類應(yīng)用實(shí)踐技術(shù)，詳細(xì)介紹單片機(jī)串行通信接口擴(kuò)展、通過串行接口控制GSM模塊收發(fā)短消息、通過RS-485總線實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信、電話用戶線通信接口以及精簡(jiǎn)TCP/IP協(xié)議棧的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。每部分內(nèi)容均由實(shí)際項(xiàng)目總結(jié)提煉而來，并給出了完整的電路原理圖和測(cè)試代碼。    本書可作為高等院校本科教育中通信、信息、自動(dòng)化、電氣工程、應(yīng)用電子技術(shù)等專業(yè)和計(jì)算機(jī)專業(yè)的教材，也可供相關(guān)教師及工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 概論　1.1 什么是單片機(jī)　1.2 單片機(jī)的發(fā)展過程及趨勢(shì)　1.3 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合　1.4 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)　1.5 MCS-51系列單片機(jī)　習(xí)題與思考第2章 MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理　2.1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)　2.2 單片機(jī)的封裝及引腳功能說明　　2.2.1 單片機(jī)的封裝　　2.2.2 單片機(jī)的引腳功能說明　2.3 單片機(jī)的微處理器　　2.3.1 運(yùn)算器　　2.3.2 控制器　　2.3.3 振蕩器、時(shí)鐘電路及時(shí)序　2.4 單片機(jī)的復(fù)位　　2.4.1 單片機(jī)的復(fù)位功能　　2.4.2 常用的復(fù)位電路　2.5 單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)　　2.5.1 單片機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　2.5.2 程序存儲(chǔ)器　　2.5.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器　　2.5.4 特殊功能寄存器　2.6 MCS-51單片機(jī)并行I/O端口結(jié)構(gòu)及其功能　　2.6.1 并行I/O端口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)　　2.6.2 并行I/O端口的讀-修改-回寫操作　2.7 單片機(jī)外部總線擴(kuò)展　　2.7.1 單片機(jī)外部總線擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)　　2.7.2 地址空間的分配及譯碼　　2.7.3 擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的電路設(shè)計(jì)　　2.7.4 擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的電路設(shè)計(jì)　2.8 單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及功能　　2.8.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理　　2.8.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制與狀態(tài)寄存器　　2.8.3 MCS-51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和1的工作方式　　2.8.4 MCS-51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的工作方式　2.9 串行通信　　2.9.1 串行通信概論　　2.9.2 串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及接口　　2.9.3 MCS-51串行接口的組成　　2.9.4 MCS-51串行接口的工作方式　　2.9.5 MCS-51串行接口波特率的設(shè)置　2.10 中斷系統(tǒng)　　2.10.1 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)　　2.10.2 中斷響應(yīng)　　2.10.3 中斷請(qǐng)求的撤銷  習(xí)題與思考第3章 MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)　3.1 指令系統(tǒng)概述　　3.1.1 指令的概念　　3.1.2 指令系統(tǒng)符號(hào)標(biāo)識(shí)的說明　3.2 尋址方式　　3.2.1 立即尋址　　3.2.2 寄存器尋址　　3.2.3 間接尋址　　3.2.4 直接尋址　　3.2.5 變址尋址　　3.2.6 相對(duì)尋址　　3.2.7 位尋址　3.3 指令分類介紹　　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 邏輯運(yùn)算類指令　　3.3.4 控制轉(zhuǎn)移類指令　　3.3.5 布爾（位）處理類指令　習(xí)題與思考第4章 MCS-51匯編語言程序設(shè)計(jì)第5章 單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)第6章 輸入輸出接口及系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)第7章 單片機(jī)串行通信接口第8章 電話通信接口第9章 以太網(wǎng)通信接口參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　概論1.1 什么是單片機(jī)根據(jù)美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼的定義，一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備等幾大部件，而將這幾大部件集成到一塊芯片上，就構(gòu)成了一個(gè)單片的微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，大到汽車電器、智能設(shè)備、通信終端、醫(yī)療器械，小到家用電器、玩具，大多實(shí)現(xiàn)一些控制或處理功能，因此微控制器（Micro Controller Unit，MCU）這個(gè)名稱更能反映其本質(zhì)。但是，由于單片機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)是一個(gè)約定俗成的名詞，本書中仍沿用此名稱。單片機(jī)一般分為通用型和專用型。通用型單片機(jī)內(nèi)部功能資源比較豐富，可以適合多種應(yīng)用場(chǎng)合，用戶可根據(jù)需要選擇單片機(jī)內(nèi)部的部分或全部資源，設(shè)計(jì)出各種不向的單片機(jī)系統(tǒng)，即在使用通用型單片機(jī)時(shí)有一個(gè)再設(shè)計(jì)的過程。而專用型單片機(jī)則不同，它們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)已對(duì)內(nèi)部功能資源進(jìn)行了一定的取舍，一般是某種單片機(jī)的一個(gè)子集，通常是針對(duì)某一特定應(yīng)用領(lǐng)域甚至某一產(chǎn)品專門生產(chǎn)的，可靠性高、成本低。本書主要介紹通用型單片機(jī)。1.2 革片譏的炭展過程及趨勢(shì)單片機(jī)的出現(xiàn)最早可以追溯到20世紀(jì)70年代初，早期的單片機(jī)還不是完全意義上的“單片”，例如Zilog公司的Z80單片機(jī)系統(tǒng)，其CPU、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、并行接口、串行通信接口都必須使用不同的芯片，將它們組合起來才能實(shí)現(xiàn)基本的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能。通常都要為這些芯片設(shè)計(jì)一塊專門的電路板才能使用，這就是20世紀(jì)80年代著名的單板機(jī)，在當(dāng)時(shí)為我國不少領(lǐng)域的自動(dòng)控制及機(jī)電一體化改造等立下了汗馬功勞。大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展直接推動(dòng)了微處理器的發(fā)展，世界上幾乎所有著名的半導(dǎo)體公司都生產(chǎn)各自的微處理器。美國Intel公司是最早推出單片機(jī)的大公司之一，它設(shè)計(jì)的MCS系列單片機(jī)曾經(jīng)在微控制器領(lǐng)域占據(jù)了巨大的市場(chǎng)份額。以MCS系列微控制器為例，單片機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了5個(gè)階段。

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