單片機(jī)原理與接口技術(shù)

前言

隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支——單片微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。單片微型計(jì)算機(jī)是面向現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控的微型機(jī)，以其功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗低、應(yīng)用靈活方便等性能特點(diǎn)日益得到廣泛應(yīng)用，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起到了重要的推動(dòng)作用。我國(guó)工科大專(zhuān)院校普遍開(kāi)設(shè)了單片機(jī)原理與接口技術(shù)及其相關(guān)課程，為了適應(yīng)單片機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的特點(diǎn)，課程的教學(xué)要求與教學(xué)內(nèi)容在不斷更新。新的教學(xué)內(nèi)容更加注重理論與實(shí)踐并重，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。編者結(jié)合多年教學(xué)和科研的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在清華大學(xué)出版社的幫助下完成了本書(shū)的編寫(xiě)。本書(shū)在介紹單片機(jī)原理與接口技術(shù)的過(guò)程中，適當(dāng)增加了一般微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，然后過(guò)渡到對(duì)單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理、系統(tǒng)擴(kuò)展與接口技術(shù)的講解，內(nèi)容安排力求循序漸進(jìn)、深入淺出。本書(shū)設(shè)計(jì)了大量的實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例，以使讀者能夠更加深入地理解相關(guān)的理論知識(shí)，盡快掌握實(shí)用的方法，達(dá)到活學(xué)活用的目的。全書(shū)共分9章。第1、2章介紹一些計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)和MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。第3章分為兩部分，首先詳細(xì)介紹MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)，然后結(jié)合指令的應(yīng)用講解匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。第4章集中剖析MCS-51單片機(jī)片內(nèi)集成的各個(gè)功能單元，并列舉了許多應(yīng)用例子說(shuō)明其實(shí)用的方法。第5～7章講解單片機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器和I/O接口的擴(kuò)展與應(yīng)用、A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的接口以及單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)接口。第8章介紹單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)環(huán)境。第9章通過(guò)多個(gè)實(shí)例講解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試過(guò)程。本書(shū)的第3～8章的最后一節(jié)分別設(shè)計(jì)了針對(duì)各個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)，第9章則綜合不同的功能單元、軟/硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試技術(shù)完成一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使讀者能夠從局部到整體全面把握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)技術(shù)。本書(shū)結(jié)合工科非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)的特點(diǎn)，較為全面地介紹了單片機(jī)的原理與當(dāng)前廣泛采用的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)技術(shù)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，可作為高等院校單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程的教材，也可作為單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)參考書(shū)。本書(shū)由趙嘉蔚、張家棟任主編，第1章由張家棟編寫(xiě)，第2、6、9章由趙嘉蔚編寫(xiě)，第7、8章由霍凱編寫(xiě)，第3、5章由肖燕彩編寫(xiě)，第4章由霍凱和趙嘉蔚編寫(xiě)。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中參閱了大量的資料、文獻(xiàn)，陳志鴻、沈麗珠和田艷云協(xié)助完成了程序的調(diào)試、繪圖和錄入等大量工作，在此一并表示誠(chéng)摯的感謝。由于編者水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中不足之處在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》全面介紹了MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理、系統(tǒng)擴(kuò)展及接口技術(shù)。在軟件基礎(chǔ)方面，《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》講解了指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)及C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；在硬件基礎(chǔ)方面，《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》按MCS-51單片機(jī)內(nèi)部集成的功能單元和片外擴(kuò)展的單元兩大部分分別介紹了單片機(jī)內(nèi)部的I/O接口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口，以及存儲(chǔ)器擴(kuò)展、I/O接口擴(kuò)展的技術(shù)與應(yīng)用；最后，《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》通過(guò)多個(gè)實(shí)例講解了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)。　　單片機(jī)原理與接口技術(shù)是一門(mén)實(shí)用型的課程，《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》在內(nèi)容編寫(xiě)上注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，具體體現(xiàn)在3個(gè)方面：在每章知識(shí)點(diǎn)的介紹中，結(jié)合多個(gè)小實(shí)例進(jìn)行舉例說(shuō)明，形象直觀；部分章節(jié)設(shè)計(jì)了實(shí)踐性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與相應(yīng)的理論知識(shí)密切相關(guān)；最后一章是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合實(shí)例，講解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程與仿真調(diào)試，使讀者能夠把握應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件綜合設(shè)計(jì)的技術(shù)。　　《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》可作為高等院校的單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程的教材，也可作為單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 11.1 微型計(jì)算機(jī)概述 11.1.1 基本概念 11.1.2 計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成 21.1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成 51.1.4 微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理 51.2 微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí) 71.2.1 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 71.2.2 二進(jìn)制算術(shù)與邏輯運(yùn)算 121.2.3 微型計(jì)算機(jī)的碼制與編碼 151.3 單片機(jī)概述 191.3.1 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 201.3.2 單片機(jī)的主要產(chǎn)品系列 211.3.3 單片機(jī)的應(yīng)用 221.3.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 23習(xí)題與思考題 24第2章 MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理 262.1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 262.1.1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖 262.1.2 CPU結(jié)構(gòu) 272.1.3 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 282.1.4 并行I/O接口 282.1.5 中斷系統(tǒng) 292.1.6 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 292.1.7 串行I/O接口 292.2 MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 292.2.1 MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖 292.2.2 MCS-51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的組成 302.2.3 MCS-51單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的組成 302.3 MCS-51單片機(jī)的引腳信號(hào) 362.3.1 MCS-51單片機(jī)引腳圖 362.3.2 MCS-51單片機(jī)引腳的邏輯功能 372.4 MCS-51單片機(jī)的工作方式 382.4.1 復(fù)位電路與復(fù)位方式 382.4.2 程序執(zhí)行方式 392.4.3 節(jié)電方式 392.4.4 EPROM的編程與校驗(yàn)方式 402.5 MCS-51單片機(jī)的時(shí)鐘電路與時(shí)序 422.5.1 時(shí)鐘電路 422.5.2 振蕩周期、機(jī)器周期和指令周期 432.5.3 典型指令的時(shí)序 442.5.4 外部ROM訪問(wèn)時(shí)序 452.5.5 外部RAM訪問(wèn)時(shí)序 462.6 MCS-51單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 462.6.1 MCS-51單片機(jī)外部總線結(jié)構(gòu) 462.6.2 8051/8751/AT89C51最小應(yīng)用系統(tǒng) 472.6.3 8031最小應(yīng)用系統(tǒng) 48習(xí)題與思考題 48第3章 MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 503.1 MCS-51指令系統(tǒng)概述 503.1.1 指令及指令格式 503.1.2 MCS-51單片機(jī)指令分類(lèi) 513.1.3 MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng) 533.2 尋址方式 543.3 數(shù)據(jù)傳送指令 593.3.1 內(nèi)部傳送指令 593.3.2 外部傳送指令 623.4 算術(shù)與邏輯運(yùn)算和移位指令 653.4.1 算術(shù)運(yùn)算指令 653.4.2 邏輯運(yùn)算指令 703.4.3 移位指令 723.5 控制轉(zhuǎn)移指令和位操作指令 743.5.1 控制轉(zhuǎn)移指令 743.5.2 位操作指令 803.6 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 843.6.1 匯編語(yǔ)言的語(yǔ)句種類(lèi)和格式 853.6.2 匯編語(yǔ)言源程序的設(shè)計(jì)與匯編 873.6.3 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu) 903.7 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 1083.7.1 學(xué)習(xí)仿真器的使用及簡(jiǎn)單編程 1083.7.2 運(yùn)算處理程序設(shè)計(jì)與調(diào)試 110習(xí)題與思考題 112第4章 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部接口單元 1164.1 I/O接口電路概述 1164.1.1 I/O接口電路的作用 1164.1.2 端口與接口 1174.1.3 外設(shè)的編址方式 1184.1.4 CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式 1184.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部并行I/O接口及應(yīng)用 1204.2.1 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部并行I/O接口結(jié)構(gòu) 1204.2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部并行I/O接口應(yīng)用 1234.3 MCS-51的中斷系統(tǒng) 1254.3.1 中斷系統(tǒng)概述 1254.3.2 MCS-51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1274.3.3 中斷系統(tǒng)的應(yīng)用 1334.4 MCS-51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1354.4.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的結(jié)構(gòu)及工作原理 1354.4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的工作方式 1374.4.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)的要求 1394.4.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的編程與應(yīng)用 1404.5 MCS-51的串行接口 1434.5.1 串行通信基礎(chǔ) 1434.5.2 MCS-51串行接口結(jié)構(gòu) 1464.5.3 串行接口控制寄存器（SCON）和電源控制寄存器（PCON） 1474.5.4 MCS-51串行接口的工作方式 1484.5.5 MCS-51串行接口的應(yīng)用 1514.6 外部中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和串行接口實(shí)驗(yàn) 1554.6.1 外部中斷實(shí)驗(yàn) 1554.6.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn) 1564.6.3 MCS-51串行通信實(shí)驗(yàn) 157習(xí)題與思考題 158第5章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及并行I/O接口擴(kuò)展 1605.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 1605.1.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器基礎(chǔ) 1605.1.2 只讀存儲(chǔ)器（ROM） 1655.1.3 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM） 1735.1.4 MCS-51存儲(chǔ)器的外部擴(kuò)展 1775.2 MCS-51并行I/O接口的擴(kuò)展 1845.3 LED顯示器的設(shè)計(jì) 1915.3.1 LED數(shù)碼顯示管顯示原理 1915.3.2 MCS-51對(duì)LED的控制 1925.4 按鍵和鍵盤(pán)的設(shè)計(jì) 1975.4.1 獨(dú)立式非編碼鍵盤(pán)的設(shè)計(jì) 1985.4.2 行列式非編碼鍵盤(pán)的設(shè)計(jì) 2005.5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展、動(dòng)態(tài)顯示和鍵盤(pán)的實(shí)驗(yàn) 2045.5.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn) 2045.5.2 動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn) 2055.5.3 按鍵、鍵盤(pán)與顯示實(shí)驗(yàn) 206習(xí)題與思考題 207第6章 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口 2096.1 D/A轉(zhuǎn)換器 2096.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的原理 2096.1.2 D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) 2106.1.3 DAC0832轉(zhuǎn)換器介紹 2116.1.4 DAC0832轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用 2126.2 A/D轉(zhuǎn)換器 2176.2.1 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的原理 2176.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) 2186.2.3 ADC0809轉(zhuǎn)換器介紹 2186.2.4 ADC0809轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用 2216.3 D/A轉(zhuǎn)換器與A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 2246.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 2246.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 225習(xí)題與思考題 226第7章 單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)接口 2287.1 串行數(shù)據(jù)接口RS-232/485 2287.1.1 RS-232/485接口標(biāo)準(zhǔn) 2287.1.2 單片機(jī)的RS-232C接口實(shí)現(xiàn) 2297.1.3 單片機(jī)的RS-485接口實(shí)現(xiàn) 2317.2 I2C總線接口 2327.2.1 I2C總線協(xié)議 2327.2.2 I2C總線接口存儲(chǔ)器 2367.3 SPI串行總線接口 240……第8章 單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 264第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 294附錄A MCS-51系列單片機(jī)指令表 330附錄B ASCII字符表 335附錄C Proteus ISIS簡(jiǎn)介 337參考文獻(xiàn) 340

章節(jié)摘錄

插圖：第1章  微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。單片微型計(jì)算機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，以其體積小、可靠性高、靈活方便等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了重要的推動(dòng)作用，是一種非?；钴S且頗具生命力的機(jī)種。本章主要介紹計(jì)算機(jī)相關(guān)基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。1.1  微型計(jì)算機(jī)概述1.1.1  基本概念1．微處理器（Micro Processor Unit，MPU）微處理器也可稱為中央處理器CPU，主要由控制器和運(yùn)算器組成。將控制器和運(yùn)算器集成在同一塊芯片上，這種具有中央處理器（CPU）功能的大規(guī)模集成電路器件被統(tǒng)稱為“微處理器”。MPU是單一的集成芯片，而通常計(jì)算機(jī)處理器是由多個(gè)芯片（一組芯片）構(gòu)成的，早期時(shí)甚至多達(dá)7、8個(gè)。正是由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展才有了微處理器的產(chǎn)生。MPU是計(jì)算機(jī)計(jì)算、判斷及控制的中心器件，故有人稱它為“計(jì)算機(jī)的心臟”。2．微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer，簡(jiǎn)稱微型機(jī)或微機(jī)）微型計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成，其中，運(yùn)算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片（CPU）上。以CPU為基礎(chǔ)，配以存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）接口電路和相應(yīng)的輔助電路組成的計(jì)算機(jī)稱為微型計(jì)算機(jī)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、靈活性大、價(jià)格便宜、使用方便。3．單片機(jī)（Single Chip Microcomputer） 將微型計(jì)算機(jī)集成在一個(gè)芯片上即構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。盡管它只集成在一塊芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的主要功能電路，包括CPU、內(nèi)存、通信接口、定時(shí)器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等接口電路。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜的輸入/輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)是由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)的，最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量的外圍電路和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)變得更小，更容易集成到復(fù)雜而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備中。4．單板機(jī)（Single Board Computer）與單片機(jī)相比，單板機(jī)是將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口和中斷系統(tǒng)等集中在同一塊電路板上，組成單板微型計(jì)算機(jī)。而單片機(jī)是將微型計(jì)算機(jī)集成在一塊芯片上。5．微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputer System，簡(jiǎn)稱微機(jī)系統(tǒng)）由微型計(jì)算機(jī)配以相應(yīng)的外圍設(shè)備（如打印機(jī)、顯示器、輸入/輸出設(shè)備、磁盤(pán)機(jī)和磁帶機(jī)等）、其他專(zhuān)用的電路、電源、面板、機(jī)架以及足夠的軟件構(gòu)成的系統(tǒng)叫做微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以將其表述為“微型計(jì)算機(jī)+電源+外設(shè)+軟件系統(tǒng)”。

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《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》：特色介紹結(jié)構(gòu)編排合理。由淺入深，既有軟件知識(shí)的介紹，也有硬件知識(shí)的講解。內(nèi)容注重實(shí)用，主要體現(xiàn)在：在每章知識(shí)點(diǎn)的介紹中。結(jié)合多個(gè)小實(shí)例進(jìn)行舉例說(shuō)明。形象直觀；部分章節(jié)設(shè)計(jì)了實(shí)踐性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與相應(yīng)的理論知識(shí)密切相關(guān)； 最后一章是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合實(shí)例。講解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程與仿真調(diào)試。使讀者能夠把握應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件綜合設(shè)計(jì)的技術(shù)。

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