了得網研究生_單片微型計算機與接口技術（第5版）

編輯推薦

集知識性、趣味性、實用性於一體

內容簡介

本書從嵌入式繫統概念出發，以應用*廣泛的51單片機為主介紹嵌入式繫統開發技術。主要內容包括：單片機的內部結構、指令繫統、內部各功能部件的工作原理、應用編程及外部擴展技術。本書力圖體現實用性和先進性，采用彙編語言和C語言相對照的編程方式，

對新出現的器件和技術如USB、I2C、SPI、CAN串行總線、觸摸屏、條形碼等進行了論述。本教材安排了實驗章節作為實訓環節，並對仿真調試及設計軟件Proteus進行了介紹，為其使用方便提供了電路圖。本書集知識性、趣味性、實用性於一體，使學生帶著興趣學習和實踐。

本書的知識點安排得當，編排由淺入深、條理清晰，並精心安排了大量應用實例，每章末有小結、思考題與習題，書後附參考答案。

本書可作為計算機類、信息類、機電類等專業本科生的教材，也可作為相關專業高職高專學生的教材或教學參考書，還可供相關工程技術人員參考。

作者簡介

李群芳，華中科技大學，多年來一直從事單片機的教學與科研工作，在電子工業出版社、清華大學出版社等出版了多部單片機方面的教材。

緒論
*第0章計算機的基礎知識
0.1 微型計算機的基本結構和工作原理
0.1.1 微型計算機的繫統結構
0.1.2 微型計算機的基本工作原理
0.1.3 微型計算機的主要技術指標
0.2 計算機中的數制與碼制
0.2.1 計算機中的數
0.2.2 計算機中的有符號數的表示
0.2.3 進位和溢出
0.2.4 BCD碼
0.2.5 BCD碼的運算
0.2.6 ASCII碼
0.3 小結緒論

*第0章計算機的基礎知識

0.1 微型計算機的基本結構和工作原理

0.1.1 微型計算機的繫統結構

0.1.2 微型計算機的基本工作原理

0.1.3 微型計算機的主要技術指標

0.2 計算機中的數制與碼制

0.2.1 計算機中的數

0.2.2 計算機中的有符號數的表示

0.2.3 進位和溢出

0.2.4 BCD碼

0.2.5 BCD碼的運算

0.2.6 ASCII碼

0.3 小結

思考題與習題0

第1章 51單片機結構

1.1 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 外部數據存儲器

1.2.3 內部數據存儲器

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

1.5.1 可總線擴展的單片機引腳

1.5.2 不可總線擴展的單片機引腳

1.6 小結

思考題與習題1

第2章 51單片機的指令繫統

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 相對尋址

2.1.7 位尋址

2.2 數據傳送與交換指令

2.2.1 傳送類指令

2.2.2 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 以A為目的操作數的算術運算和邏輯運算指令

2.3.3 以dir為目的操作數的邏輯運算指令

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 調用程序和返回類指令

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2

第3章 51單片機彙編語言程序設計

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3

*第4章單片機的C語言編程——C51

4.1 C51程序結構

4.2 C51的數據類型

4.3 數據的存儲器類型和存儲器模式

4.3.1 數據的存儲器類型

4.3.2 存儲器模式

4.3.3 變量說明舉例

4.4 指針

4.4.1 指針和指針變量

4.4.2 指針變量的數據類型和存儲類型

4.4.3 指針變量的說明

4.4.4 指向數組的指針變量

4.5 C51對SFR、可尋址位、存儲器和I/O口的定義

4.5.1 特殊功能寄存器SFR定義

4.5.2 對位變量的定義

4.5.3 C51對存儲器和外接I/O口的**地址訪問

4.6 C51的運算符

4.7 函數

4.7.1 函數的分類

4.7.2 函數的定義

4.7.3 函數的調用

4.7.4 對被調函數的說明

4.8 C語言編程實例

4.8.1 C語言程序的反彙編程序（源代碼）

4.8.2 順序程序的設計

4.8.3 循環程序的設計

4.8.4 分支程序的設計

4.9 彙編語言和C語言的混合編程

4.9.1 C語言程序和彙編語言程序參數的傳遞

4.9.2 C 語言程序調用彙編語言程序舉例

4.9.3 C語言和彙編語言混合編程傳遞的參數多於3個的編程方法

4.10 小結

思考題與習題4

第5章輸入、輸出接口P0～P3

5.1 P0～P3並行接口的功能和內部結構

5.1.1 端口功能

5.1.2 端口的內部結構

5.2 編程舉例

5.3 用並行口設計LED數碼顯示器和鍵盤電路

5.3.1 用並行口設計LED顯示電路

5.3.2 用並行口設計鍵盤電路

5.4 小結

思考題與習題5

第6章 51單片機的中斷繫統

6.1 8XX51中斷繫統結構

6.1.1 中斷源

6.1.2 中斷控制的有關寄存器

6.2 中斷響應過程

6.2.1 中斷處理過程

6.2.2 中斷請求的撤除

6.3 中斷的程序設計

6.3.1 彙編語言中斷程序的設計

6.3.2 C51中斷程序的設計

6.4 外部設備中斷的接入

6.5 小結

思考題與習題6

第7章單片機的定時/計數器

7.1 定時/計數器的結構和工作原理

7.2 定時/計數器的寄存器

7.2.1 定時/計數器方式寄存器TMOD

7.2.2 定時/計數器控制寄存器TCON

7.3 定時/計數器的工作方式

7.4 定時/計數器的應用程序設計

7.4.1 定時/計數器的計數初值C的計算和裝入

7.4.2 定時/計數器的初始化編程

7.4.3 應用編程舉例

7.4.4 門控位的應用

7.5 小結

思考題與習題7

第8章單片機的串行接口

8.1 概述

8.1.1 同步和異步方式

8.1.2 通信方向

8.1.3 串行通信接口的任務

8.1.4 串行通信接口

8.1.5 波特率和發送接收時鐘

8.1.6 通信線的連接

8.1.7 關於 RS-232

8.1.8 單片機串行通信電路

8.2 單片機串行口的結構與工作原理

8.2.1 串行口結構

8.2.2 工作原理

8.2.3 波特率的設定

8.3 串行口的控制寄存器

8.3.1 串行口的控制寄存器SCON

8.3.2 電源控制寄存器PCON

8.4 串行口的工作方式

8.5 串行口的應用編程

8.5.1 查詢方式

8.5.2 中斷法

8.5.3 串行通信編程實例

8.6 利用串行口方式0擴展I/O口

*8.7 單片機和PC的串行通信

*8.8 USB 接口

8.8.1 USB協議簡介

8.8.2 USB協議的實現

8.8.3 用USB 連接PC和單片機

8.9 小結

思考題與習題8

第9章單片機總線與繫統擴展

9.1 單片機繫統總線和繫統擴展方法

9.1.1 單片機繫統總線信號

9.1.2 外圍芯片的引腳規律

9.1.3 繫統擴展的方法

9.1.4 地址譯碼器

9.2 存儲器的擴展

9.2.1 存儲器的基本知識

9.2.2 程序存儲器的擴展

9.3 數據存儲器的擴展

*9.4 同時擴展SRAM和大於64KB Flash的例子

9.5 並行I/O接口的擴展

9.5.1 通用鎖存器、緩衝器的擴展

9.5.2 可編程並行接口芯片的擴展

9.6 存儲器和I/O口綜合擴展電路

*9.7 擴展多功能接口芯片8155

9.8 小結

思考題與習題9

第10章單片機應用接口技術

10.1 並行D/A接口技術

10.1.1 D/A概述

10.1.2 DAC0832的擴展接口

*10.1.3 DAC1210的擴展接口

10.2 A/D接口技術

10.2.1 A/D概述

10.2.2 ADC0809的擴展接口

*10.2.3 AD574的擴展接口

*10.3 V/F（電壓/頻率）轉換接口

*10.4 F/V（頻率/電壓）轉換接口

10.5 人機接口技術

10.5.1 鍵盤接口擴展

10.5.2 LED顯示器擴展

*10.5.3 用8279擴展鍵盤與LED顯示器

10.5.4 LCD顯示器擴展

10.6 隔離與驅動接口

*10.7 觸摸屏

10.7.1 電阻式觸摸屏的工作原理

10.7.2 電容式觸摸屏的工作原理

10.7.3 紅外線式觸摸屏的工作原理及特點

10.7.4 表面聲波觸摸屏的工作原理

10.7.5 電阻式觸摸屏與單片機的接口

*10.8 條形碼

10.8.1 條形碼的類型

10.8.2 條形碼的格式

10.8.3 條形碼的生成

10.8.4 條形碼的識別

10.8.5 條形碼示例

10.9 小結

思考題與習題10

*第11章串行總線技術

11.1 I2C總線擴展技術

11.1.1 I2C總線簡介

11.1.2 I2C總線的通信規程

11.1.3 串行I2C E2PROM AT24CXX

11.1.4 I2C總線的編程實現

11.1.5 串行E2PROM和8XX51接口實例

11.1.6 串行鐵電FRAM的擴展

11.2 SPI總線擴展接口及應用

11.2.1 SPI的原理

11.2.2 SPI總線的軟件模擬及擴展技術

11.2.3 串行D/A轉換器TLC5615的擴展

11.2.4 8位串行A/D轉換器TLC549的擴展

11.3 現場總線CAN

11.3.1 CAN總線特點

11.3.2 CAN總線協議

11.3.3 CAN 總線接口

11.4 小結

思考題與習題11

第12章以MCU為核心的嵌入式繫統的設計與調試

12.1 嵌入式繫統開發與開發工具

12.1.1 MCU為核心的嵌入式繫統的構成

12.1.2 嵌入式應用繫統的設計原則

12.1.3 嵌入式繫統的開發工具

12.1.4 嵌入式繫統的調試

*12.2 嵌入式繫統的抗干擾技術

12.2.1 軟件抗干擾

12.2.2 硬件抗干擾

12.2.3 “看門狗”技術

12.3 單片機應用繫統舉例——電子顯示屏

12.4 小結

思考題與習題12

第13章實踐訓練

13.1 概述

13.2 可在線編程（ISP）多功能實驗板

13.3 仿真調試技術

13.3.1 Proteus概述

13.3.2 Proteus中51單片機應用繫統的開發

13.3.3 單片機仿真調試集成軟件包Keil μVision2介紹

13.3.4 Keil和Proteus的聯合使用仿真C51程序

13.4 單片機編程（下載）方法

13.5 實驗指導

實驗1 程序設計

實驗2 並行接口輸入、輸出實驗

實驗3 中斷實驗

實驗4 定時/計數器實驗

實驗5 串行通信實驗

實驗6 矩陣鍵盤和顯示程序設計

實驗7 串行E２PROM實驗

*實驗8 串行D/A實驗

*實驗9 串行A/D實驗

實驗10 電子廣告顯示屏控制實驗

*實驗11 液晶顯示器顯示控制實驗

13.6 課程設計選題

附錄A 51單片機指令表

附錄B C51的庫函數

思考題與習題解答

參考文獻

前言

嵌入式繫統是嵌入式計算機(Embedded Computer) 嵌入到各種設備及應用產品內部的計算機繫統，它體積小，結構緊湊，使設備及應用產品智能化。在數字化產品日益普及的今天，從手機、MP3到飛機的自動導航繫統，軍事、工業、商業、家電、通信、網絡產品無一不充斥著嵌入式繫統，可以說，它無處不有，無所不在。__eol__ 嵌入式繫統一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作繫統及用戶的應用程序等部分組成，因此，嵌入式繫統開發技術、嵌入式芯片設計、嵌入式操作繫統、嵌入式軟件、嵌入式繫統平臺，是當今*熱門的課題。__eol__ 作為嵌入式繫統控制核心的單片機（又稱為微控制器），以體積小、功能全、性價比高等諸多優點而獨具特色。51單片機是國內目前應用*廣泛的單片機之一，隨著嵌入式繫統、片上繫統等概念的提出和普遍接受及應用，51單片機的發展又進入了一個新的階段。許多專用功能芯片的內核集成了51單片機，與51單片機兼容的微控制器以IP核的方式不斷地出現在FPGA的片上繫統中。隨著基於51單片機的嵌入式實時操作繫統的出現與推廣，在很長一段時間內，51單片機仍將占據嵌入式繫統產品的中、低端市場。__eol__ 如果說C語言程序設計課程是軟件設計的基礎課，那麼單片機以其繫統構架完整、價格低廉、學生能自構繫統，而成為工科學生硬件設計基礎課。本書以51單片機為背景，介紹嵌入式繫統應用軟件、硬件設計的基本技術，為以後學習高端的、更復雜的嵌入式繫統打下基礎。本書的主要特點有：__eol__ 1.在內容的編排上注意由淺入深，方便自學，通過大量的典型例題，使學生重點掌握嵌入式繫統的構成、基本工作原理、軟件和硬件的開發方法。全書以表格、示意圖和語言描述相結合的方式，使基本理論的表述一目了然，方便掌握和記憶。__eol__ 2.注意理論聯繫實際，使學生掌握以單片機為核心的嵌入式繫統的開發技術。書中編有項目實訓，並提供一套價格低廉的在繫統可編程（ISP）實驗板作為實踐平臺。該板兼實驗臺功能和編程器功能於一體，使讀者在家中也能開發自己的嵌入式小繫統。實踐訓練中介紹了單片機仿真軟件和在繫統編程軟件等開發軟件的使用方法，實驗指導中的示例程序有較高的參考價值。__eol__ 3.實驗指導中介紹了單片機開發軟件的使用方法，重點介紹了Proteus和Keil仿真調試軟件；電子課件中提供了Proteus的虛擬實驗板電路圖及各章例題的Proteus電路圖，以方便教師上課時演示；還介紹了並口、串口和USB三種下載方法。__eol__ 4.本書力圖反映單片機領域的新技術、新器件，主要體現在： __eol__ (1) 采用彙編語言和C語言對照的編程方法。對於IT行業工程師來說，兩種語言的編程方法都必須熟悉。這是因為彙編語言的代碼效率高，實時性強，從中可以理解單片機的工作機理，而且目前不少資料使用的是彙編語言。而對復雜的運算或大型程序，用彙編語言編程非常耗時，而用C語言編程無須考慮具體的寄存器或存儲器的分配等細節，由C51編譯繫統安排，從而可以加快開發者的編程速度，縮短開發周期。為發揮兩種語言的長處，書中介紹了C語言和彙編語言的混合編程方法。對於學過C語言的讀者，編寫C語言的程序是輕而易舉的事情。為了照顧沒學過C語言的讀者，本書對C語言的基本語法也作了介紹。對於兩種編程語言的教學，教學單位可根據情況進行取舍，另一種語言讓學生參考或自學。__eol__ (2) 隨著非總線擴展芯片的增多，書中專門對串行總線I2C、SPI、CAN作了詳細論述，並介紹了一些新型的串行器件，如串行的EPROM、串行D/A、串行A/D等。書中還以一定的篇幅介紹V/F(電壓/頻率轉換)、 F/V(頻率/電壓轉換)、μP監控器及看門狗等，以使讀者能適應單片機技術的新發展。__eol__ （3）針對目前滿街皆有條形碼，人手一部智能機的形勢，本書在人機接口部分增加了條形碼和觸摸屏的相關知識，同時對串行通信的USB接口進行了介紹;在存儲器部分，增加了新近問世的相變存儲器(PCRAM)，以順應科技的發展。由於這些內容涉及的學科比較廣，限於篇幅，本書隻能做一般介紹，如需設計使用，讀者可查看詳細資料，不影響單片機的基礎教學。__eol__ （4） MCS-51和8051所指的是同一類單片機，為了和各生產廠家的稱呼及人們的習慣稱呼相同，本書將前4版教材中的MCS-51均改稱為8051，或簡稱51單片機。__eol__ 對於基礎性教材，不在於技術水平多高，而在於教材的知識點是否安排得當，是否好教好學。本書自2001年出版以來，隨著單片機技術的發展，不斷改版，其教材結構、知識點的安排，被後面很多新編的單片機教材借鋻，全國有數十所院校采用本書作為教材，並獲得“全國電子信息類優秀教材二等獎”，感謝老師們的支持和厚愛。__eol__ 本次5版保留了新型調試手段Proteus，為照顧某些學校的條件和習慣，第3版的功能實驗板及實驗部分仍及並行口燒錄方法保留在華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）上。__eol__ 在教學中，可根據專業需求、學時、對像安排教材的教學內容，其中*為任選，如果學時緊張，可作為畢業設計或日後應用設計的參考資料。__eol__ 本書由李群芳擔任主編，肖看博士、關新副教授、張士軍教授、黃建博士、郭蔚工程師、丁國榮工程師等參與編寫了其中某些章節和思考題與習題解答工作，黃伯銘、裴培做了實驗驗證工作，姚方、姚園等人完成了書中部分例題和習題的文字編寫及電路繪制等工作。在此，對他們的辛勤勞動表示感謝。__eol__ 感謝本書的主審謝瑞和教授，在百忙之中抽出時間認真地審閱了全書。__eol__ 由於計算機的發展日新月異，本人水平有限，教材不盡如人意之處，敬請讀者批評指正。__eol__ 本書配有多媒體電子課件，對采用本書作為教材的教師提供。教材課件索取、配套ISP實驗板的咨詢及對本教材的意見和建議請發E-mail：call_lqf@163.com。__eol__ 編者__eol__ 2015年8月

在線試讀

第2章51單片機的指令繫統

教學要點

51單片機指令繫統的特點是不同的存儲空間其尋址方式不同。指令是程序設計的基礎。本章重點講授尋址方式、傳送指令、算術運算指令、邏輯運算指令、控制轉移指令和位操作指令，要求掌握指令的功能、操作對像和結果，對標志位的影響要求熟記。

計算機通過執行程序完成人們指定的任務，程序由一條條指令構成。能為CPU識別並執行的指令的集合就是該CPU的指令繫統。

51單片機的指令繫統中有數據傳送交換類、算術運算類、邏輯運算與循環類、子程序調用與轉移類、位操作類和CPU控制類等指令。它有如下3個特點。

①指令執行時間快。大多數指令執行時間為1個機器周期，少數指令（45條）為2個機器周期，僅乘、除指令為4個機器周期。

②指令短。大多數為1～2字節，少數為3字節。

③具有豐富的位操作指令。可對內部數據RAM和特殊功能寄存器中的可尋址位進行多種形式的位操作。

單片機指令的這些特點使之具有極強的實時控制和數據運算功能。

51單片機的指令格式為：

操作符目的操作數，源操作數；注釋

其中，操作符指明該指令完成什麼操作，操作數指明該指令的操作對像。目的操作數和源操作數完成操作符規定的操作後，結果存放在目的操作數中。操作數可以是一個具體的數據，也可以是由寄存器或存儲器提供的數據，這種提供操作數的方式稱為尋址方式。注釋可有可無，用分號“；”與指令隔開，用於編程者的說明。

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