MCS-51單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的需要，單片微型計(jì)算機(jī)(以后簡(jiǎn)稱單片機(jī))便應(yīng)運(yùn)而生。從上世紀(jì)MCS一51系統(tǒng)到今天廣泛使用的32位嵌入式系統(tǒng)，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)方面。一般而言32位嵌入式系統(tǒng)具有更為強(qiáng)大的CPU和很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，能處理復(fù)雜的多任務(wù)操作。而MCS一51系列單片機(jī)是較早投入嵌入式應(yīng)用的8位機(jī)。由于其功能齊全，物美價(jià)廉，至今在嵌入式應(yīng)用中仍占有一席之地，況且學(xué)好MCS一51單片機(jī)，為后續(xù)32位嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，就可以使讀者較快地進(jìn)入和掌握嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。另外，MCS一51系列單片機(jī)也在不斷地升級(jí)，如SST89X564XX單片機(jī)帶有72／40Kb的內(nèi)FLASI-I EEPROM，8個(gè)中斷源，4個(gè)優(yōu)先級(jí)，3個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)器和測(cè)試接口。有的還集成有A／D和D／A等，使功能更加強(qiáng)大，所以在一般功能要求不復(fù)雜，特別是在智能化儀器儀表中，。MCS一51單片機(jī)應(yīng)用仍很普遍。基于上述兩點(diǎn)，在大學(xué)本科教學(xué)中仍然把MCS一51單片機(jī)原理及應(yīng)用作為一門大面積基礎(chǔ)課程來(lái)講授，可以收到使學(xué)生學(xué)習(xí)掌握微型計(jì)算機(jī)原理和初步具有設(shè)計(jì)嵌入式實(shí)用系統(tǒng)能力的雙重功效。有關(guān)MCS一51單片機(jī)的教材，從上世紀(jì)80年代至今已出版了很多，這些教材對(duì)我國(guó)推廣普及單片機(jī)的應(yīng)用起到了積極的作用。但隨著器件的發(fā)展變化，有關(guān)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)也會(huì)有所改變。例如，在硬件接口設(shè)計(jì)中，如果要擴(kuò)展64K字節(jié)的存儲(chǔ)器，在上個(gè)世紀(jì)，由于常用芯片是6264和8264即8K×8的容量，所以就必須用譯碼器產(chǎn)生片選，用8片才能實(shí)現(xiàn)64K字節(jié)的存儲(chǔ)器。而現(xiàn)在由于64K×8的新產(chǎn)品出現(xiàn)，就可以無(wú)需譯碼而直接與51單片機(jī)相連。再如，許多IC芯片如時(shí)間芯片、電源監(jiān)控、∑一△型A／D等均支持IIC總線接口和SPI總線接口，使得系統(tǒng)擴(kuò)展更加方便。又如，上世紀(jì)開(kāi)發(fā)單片機(jī)產(chǎn)品，用的軟件主要是以匯編語(yǔ)言為主，而目前的開(kāi)發(fā)更多地使用C51語(yǔ)言。所以編一本符合新形勢(shì)要求的單片機(jī)教材仍然是必要的。本書編寫的主導(dǎo)思想有如下幾點(diǎn)。(1)吸收近年來(lái)單片機(jī)教材的優(yōu)點(diǎn)，注重基礎(chǔ)，著眼應(yīng)用，以典型范例教學(xué)。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握“整機(jī)”概念，提高其應(yīng)用計(jì)算機(jī)特別是單片機(jī)的能力。(2)在內(nèi)容選材上，簡(jiǎn)化了繁瑣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理的介紹，以器件外部接口性能為主。強(qiáng)調(diào)硬件接口應(yīng)遵循電平、負(fù)載能力和速度匹配的三要素原則，注重新器件的使用，培養(yǎng)學(xué)生自行設(shè)計(jì)小型應(yīng)用系統(tǒng)的能力。(3)在系統(tǒng)擴(kuò)展中，以三總線AB、CB、DB為主線介紹了常用的接口設(shè)計(jì)，增加了IIC總線、SPI總線接口方法和實(shí)例分析。(4)程序設(shè)計(jì)中，把匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和C51語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)放在同等重要的地位，對(duì)匯編語(yǔ)言的學(xué)習(xí)有利于對(duì)硬件的了解，而引入C51語(yǔ)言更符合當(dāng)今開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的潮流。

內(nèi)容概要

本書首先介紹了MCS-51系列單片機(jī)的基礎(chǔ)內(nèi)容及內(nèi)部資源，在指令系統(tǒng)介紹中采用匯編語(yǔ)言編寫程序。為了適應(yīng)現(xiàn)代單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的潮流，在第4章中專門講述C51程序設(shè)計(jì)。在后續(xù)的四章中，分別介紹了單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展，包括總線擴(kuò)展、人機(jī)對(duì)話接口、輸入/輸出擴(kuò)展和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。書中所附程序以C51編寫為主。    本書可作為大學(xué)本科相關(guān)專業(yè)的教學(xué)用書，也可作為在課程設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中的參考。

書籍目錄

前言第1章  MCS-51單片機(jī)的組成及結(jié)構(gòu)  1.1  微型計(jì)算機(jī)與單片機(jī)    1.1.1  單片機(jī)    1.1.2  單片機(jī)的開(kāi)發(fā)與開(kāi)發(fā)工具    1.1.3  MCS-51的應(yīng)用特性  1.2  MCS-51單片機(jī)的組成和結(jié)構(gòu)    1.2.1  MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖    1.2.2  CPU結(jié)構(gòu)    1.2.3  存儲(chǔ)器    1.2.4  I/O及相應(yīng)的特殊功能寄存器    1.2.5  MCS-51引腳    1.2.6  MCS-51的時(shí)序    1.2.7  單片機(jī)的低功耗操作方式  本章小結(jié)  習(xí)題第2章  MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)  2.1  MCS-51單片機(jī)的助記符語(yǔ)言  2.2  MCS-51單片機(jī)的指令格式及尋址方式    2.2.1  指令一般格式    2.2.2  尋址方式  2.3  數(shù)據(jù)傳送指令    2.3.1  通用傳送指令：MOV    2.3.2  外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(或I/O口)與累加器A傳送指令——MOVX    2.3.3  程序存儲(chǔ)器向累加器A傳送指令——MOVC    2.3.4  數(shù)據(jù)交換指令    2.3.5  棧操作指令    2.3.6  位傳送指令  2.4  控制轉(zhuǎn)移類指令    2.4.1  無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令    2.4.2  條件轉(zhuǎn)移指令    2.4.3  比較轉(zhuǎn)移指令    2.4.4  循環(huán)轉(zhuǎn)移指令    2.4.5  子程序調(diào)用和返回指令  2.5  算術(shù)運(yùn)算指令  2.6  邏輯運(yùn)算操作  2.7  偽指令  2.8  匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)    2.8.1  匯編語(yǔ)言源程序設(shè)計(jì)步驟    2.8.2  匯編語(yǔ)言程序的基本結(jié)構(gòu)    2.8.3  匯編語(yǔ)言程序舉例  本章小結(jié)  習(xí)題第3章  MCS-51的內(nèi)部資源  3.1  定時(shí)/計(jì)數(shù)器    3.1.1  定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理    3.1.2  定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作模式和狀態(tài)控制寄存器    3.1.3  定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作模式    3.1.4  編程舉例  3.2  串行通信及其接口    3.2.1  串行通信的工作方式    3.2.2  MCS-51的串行通信接口    3.2.3  多處理機(jī)通信    3.2.4  串行口程序設(shè)計(jì)舉例  3.3  中斷    3.3.1  中斷的概念    3.3.2  MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)及其管理    3.3.3  單片機(jī)響應(yīng)中斷的條件及響應(yīng)過(guò)程    3.3.4  外部中斷    3.3.5  中斷編程舉例  本章小結(jié)  習(xí)題*第4章  單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)  4.1  C51程序的結(jié)構(gòu)  4.2  預(yù)處理命令    4.2.1  宏定義    4.2.2  文件包含    4.2.3  條件編譯  4.3  數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符與表達(dá)式    4.3.1  數(shù)據(jù)類型、常量與符號(hào)常量    4.3.2  變量及其存儲(chǔ)空間    4.3.4  Keil51能識(shí)別的存儲(chǔ)器類型    4.3.5  8051特殊功能寄存器及其C51定義    4.3.6  C51中對(duì)中斷服務(wù)函數(shù)與寄存器組的定義    4.3.7  運(yùn)算符與表達(dá)式  4.4  函數(shù)    4.4.1  函數(shù)定義的一般形式    4.4.2  函數(shù)的調(diào)用與嵌套    4.4.3  數(shù)據(jù)輸入輸出函數(shù)  4.5  C語(yǔ)句與程序設(shè)計(jì)    4.5.1  表達(dá)式語(yǔ)句    4.5.2  選擇語(yǔ)句    4.5.3  switch語(yǔ)句    4.5.4  循環(huán)語(yǔ)句    4.5.5  goto語(yǔ)句、break語(yǔ)句和continuc語(yǔ)句  4.6  指針變量    4.6.1  指針變量定義和引用    4.6.2  指針變量作為函數(shù)參數(shù)    4.6.3  Kei151的指針類型  4.7  數(shù)組    4.7.1  一維數(shù)組的定義和引用    4.7.2  二維數(shù)組的定義和引用    4.7.3  指向數(shù)組元素的指針    4.7.4  數(shù)組名作為函數(shù)的參數(shù)    4.7.5  字符數(shù)組與字符串  4.8  結(jié)構(gòu)體和共用體    4.8.1  定義結(jié)構(gòu)體類型的一般形式    4.8.2  定義結(jié)構(gòu)體類型變量    4.8.3  結(jié)構(gòu)體變量的初始化    4.8.4  結(jié)構(gòu)體變量的引用    4.8.5  結(jié)構(gòu)體數(shù)組    4.8.6  指向結(jié)構(gòu)體類型的數(shù)據(jù)指針    4.8.7  用結(jié)構(gòu)體變量和指向結(jié)構(gòu)體的指針作為函數(shù)參數(shù)    4.8.8  用typedef定義類型    4.8.9  共用體  4.9  枚舉  4.10  MCS-51內(nèi)部資源的C51編程舉例    4.10.1  定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的編程舉例    4.10.2  串行口程序設(shè)計(jì)舉例    4.10.3  中斷編程舉例    本章小結(jié)第5章  單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展  5.1  基于三總線的系統(tǒng)擴(kuò)展    5.1.1  外部總線的擴(kuò)展    5.1.2  外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展    5.1.3  外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展    5.1.4  采用局部譯碼法產(chǎn)生I/O外設(shè)片選信號(hào)    5.1.5  輸入輸出接口電路的擴(kuò)展  5.2  系統(tǒng)監(jiān)控芯片的接口擴(kuò)展 *5.3  PC機(jī)與MCS-51之間的串行通信    5.3.1  RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口總線    5.3.2  RS-485/422標(biāo)準(zhǔn)串行接口總線    5.3.3  基于RS-485串口主從式通信系統(tǒng) *5.4  IIC總線標(biāo)準(zhǔn)與接口    5.4.1  IIC總線原理    5.4.2  IIC總線協(xié)議與基本時(shí)序    5.4.3  時(shí)鐘芯片PCF8563簡(jiǎn)介    5.4.4  PCF8563基本操作    5.4.5  時(shí)鐘芯片PCF8563與單片機(jī)接口    5.4.6  PCF8563時(shí)鐘芯片實(shí)時(shí)讀寫程序舉例 *5.5  SPI總線簡(jiǎn)介    5.5.1  SPI總線概述及主要特點(diǎn)    5.5.2  12位串行A/D TLC2543介紹    5.5.3  TLC22543與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)    5.5.4  單片機(jī)控制TL(22543進(jìn)行A/D采樣的程序設(shè)計(jì) *5.6  CPLD與單片機(jī)接口設(shè)計(jì)    5.6.1  CPLD簡(jiǎn)介    5.6.2  Altera EPM7128簡(jiǎn)介    5.6.3  EPM7128與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)    5.6.4  對(duì)EPM7128的寫入邏輯程序設(shè)計(jì)    5.6.5  對(duì)EPM7128的在線編程  本章小結(jié)第6章  MCS-51的人機(jī)對(duì)話接口  6.1  LED顯示器    6.1.1  LED顯示原理    6.1.2  LED顯示器與MCS-51的接口實(shí)例    6.1.3  獨(dú)立式鍵盤控制電路及C語(yǔ)言編程  6.2  顯示與鍵盤控制器7289A芯片介紹    6.2.1  7289A芯片簡(jiǎn)介    6.2.2  7289A與AT89C52接口電路    6.2.3  設(shè)計(jì)實(shí)例  *6.3  液晶顯示器與89C52的接口    6.3.1  液晶模塊LCM12864簡(jiǎn)介    6.3.2  LCM12864液晶模塊指令集    6.3.3  液晶模塊LCM12864與單片機(jī)接口    6.3.4  C語(yǔ)言程序舉例  *6.4  89C52與微型打印機(jī)的并行接口    6.4.1  迅普SP系列打印機(jī)    6.4.2  打印機(jī)控制字    6.4.3  接口電路    6.4.4  編程舉例  本章小結(jié)第7章  輸入輸出通道與接口  7.1  模擬輸入量的轉(zhuǎn)換與接口    7.1.1  ADC0809的轉(zhuǎn)換原理與89C52的接口    7.1.2  現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量的輸入  7.2  模擬輸出量通道的接口    7.2.1  DAC0832的轉(zhuǎn)換原理與89C52的接口設(shè)計(jì)    7.2.2  開(kāi)關(guān)量輸出接口  本章小結(jié)*第8章  單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)  8.1  基于單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)  8.2  弱信號(hào)輸入及調(diào)理電路  8.3  采樣保持電路    8.3.1  采樣保持電路原理    8.3.2  典型的采樣保持器集成芯片  8.4  微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)    8.4.1  單通道數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)形式    8.4.2  多通道數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)形式    8.4.3  輸入通道與強(qiáng)電之間的隔離    8.4.4  量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換  8.5  12位A/D數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)    8.5.1  芯片簡(jiǎn)介    8.5.2  12位A/D數(shù)據(jù)采集與單片機(jī)的接口  本章小結(jié)附錄1  MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)附錄2  ASCⅡ碼字符表附錄3  Keil51編譯指南附錄4  C語(yǔ)言中的關(guān)鍵字附錄5  C語(yǔ)言中的運(yùn)算符及其優(yōu)先級(jí)附錄6  常用的庫(kù)函數(shù)

章節(jié)摘錄

1.1.1  單片機(jī)  一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)包括運(yùn)算器、控制器、數(shù)據(jù)(程序)存儲(chǔ)器和輸入／輸出接口四大部分。而微型計(jì)算機(jī)則是把運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片上，稱之為CPtJ(中央處理器或MPU處理器)；將CPU集成在一個(gè)芯片上是“微型”與“大中型”計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)區(qū)別。隨著大規(guī)模集成電路制造工藝的完善，在一個(gè)晶體芯片上集成了計(jì)算機(jī)的四大基本單元使之變成為一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)，稱之為單片機(jī)。MCS一51系列單片機(jī)由于其功能較完善、價(jià)格低廉、應(yīng)用軟件齊全、開(kāi)發(fā)工具成熟易學(xué)和機(jī)型不斷升級(jí)，目前是簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常使用的一種機(jī)型。另外，一個(gè)簡(jiǎn)單的8031系統(tǒng)與復(fù)雜的32位嵌入式系統(tǒng)在本質(zhì)上沒(méi)有差別，在整體掌握MCS一51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用后，很容易擴(kuò)展到其他系列的單片機(jī)的學(xué)習(xí)和使用。1.1.2 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)與開(kāi)發(fā)工具  只有在單片機(jī)上加上外設(shè)和軟件配合，調(diào)試成為一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)并形成產(chǎn)品才具有實(shí)際意義。 1.開(kāi)發(fā)的定義  從提出任務(wù)到定型生產(chǎn)、投入使用的過(guò)程稱為開(kāi)發(fā)。這包括對(duì)總體方案的論證、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、軟件系統(tǒng)的編程與調(diào)試，最后直到目標(biāo)樣機(jī)的調(diào)試成功和現(xiàn)場(chǎng)投入使用等。  2.開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)  軟件和硬件不可分割，即在應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)生成軟件設(shè)計(jì)框圖和實(shí)現(xiàn)方法；或者考慮到編程的組態(tài)、易維護(hù)等原因反過(guò)來(lái)修改硬件設(shè)計(jì)。但總的原則是盡量多使用軟件的功能，簡(jiǎn)化硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性。外設(shè)系統(tǒng)采用可編程器件，盡量使用功能強(qiáng)的新器件，可使系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化。3.開(kāi)發(fā)手段硬件調(diào)試比較容易，只需編制出簡(jiǎn)單的單元調(diào)試程序使系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)用示波器、萬(wàn)用表測(cè)試即可，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜時(shí)也可使用邏輯分析儀。軟件調(diào)試目前多用KEIL 51軟件，它集編輯、編譯、仿真為一體，支持匯編、PLM語(yǔ)言和C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用，是目前對(duì)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試最好的軟件之一。

編輯推薦

《21世紀(jì)應(yīng)用型本科系列教材?MCS-51單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》可作為大學(xué)本科相關(guān)專業(yè)的教學(xué)用書，也可作為在課程設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中的參考。

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