第1章緒論1
1.1單片機的基本概念1
1.2單片機的體繫結構2
1.3單片機的發展及應用3
1.3.1單片機的發展歷程與趨勢3
1.3.2單片機的應用領域5
1.4常見的單片機型號、存儲器及封裝5
1.4.151繫列單片機簡介5
1.4.2其他繫列的單片機7
1.4.3不同程序存儲器簡介9
1.4.4單片機的封裝形式簡介10
1.5單片機的常用數制和編碼基礎知識12
1.5.1數制12
1.5.2常用編碼13
習題1 15
第2章MCS51 單片機的結構與原理16
2.1MCS51單片機的內部結構16
2.1.1MCS51單片機的基本結構16
2.1.2MCS51單片機的內部結構17
2.2MCS51單片機的引腳功能19
2.3MCS51單片機的CPU21
2.3.1運算器21
2.3.2控制器23
2.3.3布爾處理器26
2.3.4振蕩器和時鐘電路26
2.3.5CPU的時序27
2.3.6CPU執行程序的過程30
2.4MCS51單片機的存儲器30
2.4.1程序存儲器31
2.4.2數據存儲器31
2.5MCS51單片機的輸入輸出接口38
2.5.1P0口38
2.5.2P1口40
2.5.3P2口41
2.5.4P3口42
2.5.5接口的負載能力與要求43
2.6MCS51單片機的工作方式43
2.6.1復位工作方式43
2.6.2程序執行工作方式45
2.6.3低功耗工作方式45
2.6.4編程和校驗工作方式47
2.6.5單片機的小繫統47
習題2 48
第3章MCS51單片機的指令繫統50
3.1指令繫統概述50
3.1.1機器語言指令與彙編語言指令50
3.1.2指令格式51
3.1.3指令分類53
3.2尋址方式53
3.2.1立即尋址54
3.2.2寄存器尋址54
3.2.3直接尋址55
3.2.4寄存器間接尋址56
3.2.5變址尋址56
3.2.6相對尋址57
3.2.7位尋址58
3.3MCS51單片機指令集58
3.3.1數據傳送類指令59
3.3.2算術運算類指令66
3.3.3邏輯運算類指令71
3.3.4控制轉移類指令76
3.3.5位操作類指令82
3.4MCS51單片機彙編語言程序設計87
3.4.1概述87
3.4.2彙編語言程序的格式91
3.4.3彙編語言程序的模塊化結構化設計105
習題3  132
第4章基於單片機的應用繫統設計實例入門137
4.1單片機應用繫統設計步驟137
4.2單片機應用繫統開發環境Keil C51 138
4.2.1Keil軟件建立工程的方法138
4.2.2軟件仿真調試過程142
4.3Proteus仿真平臺145
4.3.1使用 Proteus設計仿真電路圖147
4.3.2使用 Proteus設計源程序及調試方法153
4.3.3Proteus與Keil C51的連接及程序調試方法155
習題4 157
第5章MCS51單片機中斷繫統的原理及應用158
5.1中斷的基本概念158
5.2中斷控制159
5.2.1MCS51單片機的中斷源159
5.2.2MCS51單片機的中斷控制寄存器160
5.3中斷服務程序的處理過程164
5.3.1中斷服務程序的響應條件164
5.3.2中斷服務程序的響應過程165
5.4中斷服務程序舉例165
習題5  168
第6章MCS51單片機的定時器/計數器170
6.1定時器/計數器的結構與工作原理170
6.1.1定時方法170
6.1.2定時器/計數器的結構170
6.1.3定時器/計數器的工作原理170
6.2定時器/計數器的工作方式寄存器和控制寄存器171
6.2.1工作方式寄存器TMOD171
6.2.2控制寄存器TCON172
6.3定時器/計數器的工作方式172
6.3.1工作方式0172
6.3.2工作方式1173
6.3.3工作方式2174
6.3.4工作方式3175
6.4定時器/計數器計數模式下對輸入信號的要求176
6.5定時器/計數器的編程和應用176
6.5.1定時器/計數器的編程初始化176
6.5.2定時器/計數器的應用舉例176
6.5.3定時器/計數器門控位的應用180
6.5.4時鐘的設計181
習題6  182
第7章單片機串行通信原理及接口應用183
7.1串行通信的基本概念183
7.1.1通信的基本方式183
7.1.2串行通信的數據傳輸模式184
7.1.3串行通信的類型184
7.1.4波特率的基本概念185
7.1.5串行通信的錯誤校驗185
7.2MCS51單片機串行接口的結構186
7.2.1串行接口的內部硬件結構186
7.2.2與串行接口相關的特殊功能寄存器186
7.3MCS51單片機串行接口的通信工作方式188
7.3.1工作方式0188
7.3.2工作方式1189
7.3.3工作方式2和工作方式3191
7.3.4各個工作方式波特率的設定192
7.4串行接口的多機通信工作原理193
7.5串行數據交換的接口標準195
7.5.1RS232C標準195
7.5.2RS422A標準196
7.5.3RS485標準197
7.6串行接口的應用舉例197
7.6.1方式0的應用——串行接口與並行接口轉換197
7.6.2方式1及方式3的應用——單片機之間的通信201
習題7 205
第8章MCS51單片機存儲器及並行輸入輸出擴展207
8.1單片機繫統擴展概述207
8.1.1總線結構207
8.1.2單片機擴展編碼方法208
8.1.3地址鎖存器211
8.2外部存儲器的擴展212
8.2.1常用的靜態隨機存儲器芯片212
8.2.2外部存儲器的讀寫操作213
8.2.3MCS51單片機與靜態隨機存儲器的接口電路設計214
8.3並行輸入輸出接口擴展217
8.3.1輸入輸出接口的功能218
8.3.2可編程輸入輸出接口芯片8255A218
8.3.38255A的3種工作方式220
8.3.4MCS51和8255A的接口電路設計223
習題8  225
第9章MCS51單片機人機接口電路設計226
9.1鍵盤接口電路及其應用226
9.1.1按鍵的結構和工作原理226
9.1.2獨立按鍵的識別方法227
9.1.3矩陣式按鍵的識別方法229
9.2熒光數碼管及其應用232
9.3液晶顯示器237
習題9  243
第10章單片機數模及模數轉換接口244
10.1數模轉換器的接口技術244
10.1.1數模轉換器概述244
10.1.2數模轉換器的主要性能指標244
10.1.3MCS51單片機與DAC0832的接口245
10.2模數轉換器的接口技術250
10.2.1模數轉換器概述250
10.2.2模數轉換器的主要性能指標250
10.2.3MCS51單片機與ADC0809的接口251
10.2.4MCS51單片機與MC14433的接口255
習題10 256
第11章單片機的串行擴展技術257
11.1SPI總線257
11.1.1SPI總線的數據傳輸258
11.1.2SPI總線的應用258
11.2IIC總線擴展技術264
11.3單總線擴展技術272
11.3.1單總線的基本原理272
11.3.2單總線的應用273
習題11 279
第12章C51語言程序設計280
12.1ANSI C語言與單片機C語言280
12.1.1標準C語言關鍵字280
12.1.2C51語言關鍵字282
12.2Keil C51對ANSI C的擴展283
12.2.1C51語言的存儲器類型283
12.2.2C51語言的存儲模式284
12.2.3C51語言的數據類型擴展285
12.2.4C51語言的函數擴展定義288
12.2.5C51語言的指針291
12.2.6C51語言硬件資源的地址訪問294
12.3Keil C51語言設計基礎296
12.3.1C51語言的程序結構296
12.3.2C51語言的數據類型與運算297
12.3.3C51語言的語句303
12.4Keil C51語言與彙編語言的混合編程304
12.4.1直接嵌入彙編語言程序305
12.4.2調用彙編語言子程序306
12.5Keil C51語言編程舉例308
12.5.1定時器中斷編程示例308
12.5.280C51單片機擴展資源編程示例309
習題12 310
第13章基於Proteus軟件的單片機工程實踐實例311
13.1單片機輸入輸出接口實驗311
13.2單片機外部中斷實驗313
13.3單片機定時器中斷實驗315
13.4單片機與PC串行接口通信實驗316
13.5單片機熒光數碼管顯示實驗320
13.5.1熒光數碼管靜態顯示實驗320
13.5.2熒光數碼管動態顯示實驗321
13.6單片機液晶顯示器顯示實驗323
13.7單片機鍵盤掃描顯示實驗326
13.7.1獨立式鍵盤掃描顯示實驗326
13.7.2矩陣式鍵盤掃描顯示實驗328
13.8單片機擴展外部RAM的實驗332
13.9單片機擴展輸入輸出接口實驗335
13.10單片機IIC總線實驗337
13.11單片機數模轉換器實驗340
習題13  342
參考文獻343

隨著社會的發展，嵌入式繫統的應用越來越廣泛。這些應用改變了人們的生活、學習的方式和信息處理、存儲的方法，因此學習嵌入式繫統的硬件概念與原理對於工科學生尤為重要。
“51單片機原理、接口技術及工程實踐”是電子信息工程、通信工程、工業自動化、電氣工程、自動控制等高等學校工科類專業的必修課。作為一款經典的8位微處理器，51單片機涉及了硬件設計幾乎所有的基本概念，因此掌握51單片機的設計方法有利於學生快速掌握硬件基本原理，為今後學習結構更復雜的微處理器打下基礎。
作為嵌入式繫統學習的入門教材，本書對硬件基本概念、組成原理及設計方法進行了詳細描述。為了進一步幫助讀者提高以51單片機為核心的電路的設計能力，本書基於Proteus仿真軟件進行電路設計及程序仿真。
作為上海市重點課程的配套建材，本書主要從51單片機的原理及結構、接口技術、語言與程序及工程實踐實例4部分進行講解。其中51單片機的原理及結構部分主要介紹了51單片機的輸入輸出接口、RAM和ROM、中斷、定時器、串行接口等內部資源；接口技術部分主要介紹了單片機外擴存儲器、輸入輸出接口的方法，包括與各種虛擬總線接口的設計方法、各種外圍總線設備連接的方法，同時介紹了單片機與外部輸入輸出設備鍵盤及顯示器的連接和程序設計方法；語言與程序部分介紹了單片機彙編語言與C語言編程基礎，給出了大量實例說明程序設計方法；工程實踐實例部分利用豐富的實例由淺入深地介紹了基於Proteus平臺的硬件繫統仿真方法。
本書由上海電力大學劉丹丹主編並完成了全書的統稿工作。第1章、第4章、第7章及第13章由劉丹丹編寫；第2章、第3章及第12章編寫；第6章、第8章及第10章由楊芳編寫；第5章、第9章及第11章由劉洪利編寫。全書源程序由劉丹丹、楊芳及劉洪利共同完成，劉丹丹完成調試工作。
由於作者水平有限，書中難免有疏漏之處，懇請讀者批評指正。

編者2020年9月