單片機原理、接口及應用

前言

單片機（又稱為微控制器）的出現(xiàn)是計算機發(fā)展史上的一個重要里程碑，它以體積小、功能全、性價比高等諸多優(yōu)點而獨具特色，在工業(yè)控制、尖端武器、通信設備、信息處理、家用電器等嵌入式應用領域中獨占鰲頭。51系列單片機是國內目前應用最廣泛的一種8位單片機之一，經(jīng)過二十多年的推廣與發(fā)展，51系列單片機形成了一個規(guī)模龐大、功能齊全、資源豐富的產(chǎn)品群。當前，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出并普遍被人們接受，而且也被應用到實際工作中，51單片機的發(fā)展又進入了一個新的階段。許多專用功能芯片中集成了51核，51兼容的微控制器不斷地以IP核的方式在以FPGA為基礎的片上系統(tǒng)中出現(xiàn)，國內目前眾多高校也大量以51單片機作為單片機原理與接口技術課程的基本內容?？芍^是“眾人拾柴火焰高”，特別是近年來，基于51單片機的嵌入式實時操作系統(tǒng)不斷出現(xiàn)并且被人們加以推廣。這都表明了51系列單片機在今后的許多年中依然會活躍如故，而且在很長一段時間中將占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場。本書選擇51系列單片機作為背景，介紹嵌入式系統(tǒng)應用軟硬件設計的基本技術。其主要特點如下所示。（1）系統(tǒng)性強。本書主要分為基礎篇、接口篇和應用篇三大部分?；A篇重點介紹了51單片機的基本知識；接口篇較全面地介紹了單片機的外圍接口硬件設計，這種設計具有普遍的意義；應用篇則突出了以C51為主的嵌入式單片機系統(tǒng)的開發(fā)設計。本書還在預備篇中補充了計算機的基礎知識，這樣本書既可以作為單片機與嵌入式系統(tǒng)或類似課程的教材，也可以直接作為微機原理課程的學習教材。（2）可讀性強。本書在內容的編排上注意由淺入深，方便讀者自學。以“必須”、“夠用”、“適用”、“會用”為過渡，通過典型例題，使學生重點掌握基本原理、基本分析方法和軟硬件設計方法。全書將表、圖與文字描述相結合，使基本理論的表述一目了然，便于記憶。（3）操作性強。為便于教學，我們將教學大綱中要求的基本內容盡量集中且靠前安排，其中標有“*”的內容為任選或作為畢業(yè)設計、競賽、應用時的參考資料。本書可為任課教師在授課時提供一個操作性很強的組織形式。

內容概要

本書以目前使用最為廣泛的Mcs-51系列單片機為背景，介紹嵌入式系統(tǒng)應用的基本技術。全書分為 4篇共13章，系統(tǒng)地介紹了MCs 51系列單片機的硬件結構、指令系統(tǒng)、功能特點、功能擴展、典型外圍接口技術、c51及其應用、系統(tǒng)開發(fā)設計、單片機實驗等內容。本書覆蓋了單片機與嵌入式系統(tǒng)課程教學的基本內容，同時結合了當前新技術、新器件的發(fā)展，具有很強的實用性。    本書融入了Proteus最新的單片機系統(tǒng)仿真技術，開辟了一條單片機教學的新思路。無需硬件“參與”，為單片機的教與學提供了極好的實踐性與操作性。與此同時，本書每章均帶有思考題與習題，本書結尾給出了實驗指導，附錄還提供了部分習題參考答案。本書內容由淺入深，條理清晰，通俗易懂。    本書可作為高等學校計算機、電氣信息類相關專業(yè)“單片機與嵌入式系統(tǒng)基礎”課程的教材，也可供從事單片機嵌入式系統(tǒng)應用的工程技術人員參考，同時還可以作為全國大學生電子設計競賽的培訓教材。

書籍目錄

預備篇  第0章 計算機的基礎知識    0.1 緒論      O.1.1 計算機的新分類      0.1.2 嵌入式系統(tǒng)      0.1.3 單片機    0.2 微型計算機的基本結構和工作原理      0.2.1 微機的系統(tǒng)結構      0.2.2 微機的基本工作原理      0.2.3 微機的主要技術指標    O.3 計算機中的數(shù)制與碼制      0.3.1 計算機中的數(shù)      0.3.2 計算機中數(shù)的幾個概念      0.3.3 計算機中的有符號數(shù)的表示      0.3.4 進位和溢出      O.3.5 BCD碼      0.3.6 BCD碼的運算      0.3.7 ASCII碼    0.4 小結    思考題與習題基礎篇  第1章 MCS一51單片機結構    1.1 MCS-51單片機內部結構      1.1.1 概述      1.1.2 CPU    1.2 存儲器      1.2.1 程序存儲器      1.2.2 外部數(shù)據(jù)存儲器      1.2.3 內部數(shù)據(jù)存儲器    1.3 特殊功能寄存器    1.4 時鐘電路與復位電路      1.4.1 時鐘電路      1.4.2 單片機的時序單位      1.4.3 復位電路    1.5 引腳功能    1.6 小結    思考題與習題  第2章 MCS-5l單片機的指令系統(tǒng)    2.1 尋址方式      2.1.1 立即尋址      2.1.2 直接尋址      2.1.3 寄存器尋址      2.1.4 寄存器間接尋址      2.1.5 變址尋址      2.1.6 位尋址      2.1.7 相對尋址    2.2 數(shù)據(jù)傳送與交換指令      2.2.1 傳送類指令      2.2.2 字節(jié)交換指令    2.3 算術運算和邏輯運算指令      2.3.1 算術運算和邏輯運算指令對標志位的影響      2.3.2 1以A為目的操作數(shù)的算術運算和邏輯運算指令      2.3.3 Pir為目的操作數(shù)的邏輯運算指令      2.3.4 加1、減1指令      2.3.5 十進制調整指令      2.3.6 專對A的指令      2.3.7 乘、除法指令      2.3.8 指令綜合應用舉例    2.4 控制轉移指令      2.4.1 程序調用和返回類指令      2.4.2 轉移指令      2.4.3 空操作指令      2.4.4 指令應用舉例    2.5 位操作指令    2.6 小結    思考題與習題  第3章 MCS-5l單片機匯編語言程序設計    3.1 概述    3.2 偽指令    3.3 順序程序設計    3.4 分支程序設計    3.5 循環(huán)程序設計    3.6 位操作程序設計    3.7 子程序    3.8 小結    思考題與習題  第4章 并行接口P0～P3和單片機的中斷系統(tǒng)    4.1 單片機的并行接口P0～P3      4.1.1 P0～P3接口的功能和內部結構      4.1.2 編程舉例      4.1.3 用并行口設計LED數(shù)碼顯示器和鍵盤電路      4.1.4 并行接口小結    4.2 MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)      4.2.1 8XX51中斷系統(tǒng)結構      4.2.2 中斷響應過程      4.2.3 中斷的程序設計    4.3 小結    思考題與習題  第5章 單片機的定時／計數(shù)器與串行接口    5.1 定時／計數(shù)器T0和T1      5.1.1 定時／計數(shù)器T0和T1的結構與工作原理      5.1.2 定時／計數(shù)器的寄存器      5.1.3 定時／計數(shù)器的工作方式      5.1.4 定時／計數(shù)器的應用程序設計      5.1.5 門控位的應用    5.2 定時／計數(shù)器T2      5.2.1 定時／計數(shù)器T2的結構和外部引腳      5.2.2 定時／計數(shù)器T2的寄存器      5.2.3 定時／計數(shù)器T2的工作方式      5.2.4 定時／計數(shù)器小結    5.3 串行接口      5.3.1 概述      5.3.2 單片機串行接口的結構與工作原理      5.3.3 串行接口的控制寄存器      5.3.4 串行接口的工作方式      5.3.5 串行接口的應用編程      5.3.6 利用串行接口方式O擴展I／O接口    5.4 小結    思考題與習題接口篇  第6章 單片機總線與存儲器的擴展    6.1 單片機系統(tǒng)總線和系統(tǒng)擴展方法      6.1.1 單片機系統(tǒng)總線信號      6.1.2 系統(tǒng)擴展的方法      6.1.3 地址譯碼器    6.2 程序存儲器的擴展      6.2.1 EPROM的擴展      6.2.2 EEPROM的擴展      6.2.3 F1ash存儲器（閃速存儲器）    6.3 數(shù)據(jù)存儲器的擴展      6.3.1 SRAM的擴展      6.3.2 同時擴展SRAM和Flash存儲器的例子    6.4 新型存儲器擴展（雙口RAM和FIFO）      6.4.1 雙口RAM簡介      6.4.2 雙口RAM與單片機的接口      6.4.3 異步FIFO簡介      6.4.4 異步FIFO與單片機的接口    6.5 小結    思考題與習題  第7章 單片機系統(tǒng)功能擴展    7.1 并行I／O接口的擴展      7.1.1 通用鎖存器、緩沖器的擴展      7.1.2 可編程并行接口芯片的擴展    7.2 中斷擴展    7.3 定時器的擴展      7.3.1 8254的結構和引腳      7.3.2 8254的工作方式控制字和讀回命令字      7.3.3 8254的狀態(tài)字      7.3.4 8254的應用舉例    7.4 小結    思考題與習題    ……應用篇附錄A MCS-51指令集附錄B 部分習題答案參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：3.嵌入式系統(tǒng)軟件的特征嵌入式系統(tǒng)軟件所使用的語言可以是匯編語言，也可以是高級語言。軟件要求固態(tài)化存儲，一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存儲于磁盤等載體中。代碼要求質量高、可靠性高、實時性高，并盡量減少占用存儲器空間，抗干擾能力強。4.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要的開發(fā)工具和環(huán)境通用計算機具有完善的人機接口界面，在上面增加一些開發(fā)應用程序和環(huán)境即可進行對自身的開發(fā)。而嵌入式系統(tǒng)本身不具備開發(fā)能力，系統(tǒng)設計完成以后，用戶必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能對系統(tǒng)進行調試、修改，這些工具和環(huán)境一般是基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種仿真器、編程器、邏輯分析儀、示波器等。

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