本書是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材和國家精品課程主講教材。本書從應用角度出發，重點介紹單片機應用的各種技術實現，給出較多虛擬仿真設計實例。

掃描前言中的二維碼可獲取實驗和課程設計題目。本書提供電子課件和習題參考答案，登錄華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）注冊後即可免費下載。

《單片機原理與應用設計（C51編程+Proteus仿真 第3版）》是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材和國家精品課程主講教材。
《單片機原理與應用設計（C51編程+Proteus仿真 第3版）》詳細介紹美國Atmel公司的AT89S51單片機的內部硬件資源及工作原理，采用C51語言編程，並以虛擬仿真平臺Proteus作為設計與開發工具，同時還簡要介紹了KeilμVision的使用方法。
《單片機原理與應用設計（C51編程+Proteus仿真 第3版）》從應用角度出發，重點介紹單片機應用的各種技術實現，如信息的顯示與輸入、中斷、定時/計數、串行通信、模數與數模轉換、繫統的並行/串行擴展、應用繫統設計等，並且給出較多虛擬仿真設計實例。掃描前言中的二維碼可獲取實驗和課程設計題目。
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《單片機原理與應用設計（C51編程+Proteus仿真 第3版）》可作為各類工科高等學校和職業技術學院電氣工程、電子電氣信息技術、智能儀器儀表、機電一體化、計算機、自動化等專業單片機原理與應用課程的教材，也可供從事單片機應用設計的工程技術人員參考。

張毅剛，教授，哈爾濱工業大學電氣工程及自動化學院教學帶頭人，省教學名師。中國高等教育學會儀器科學及測控技術專業委員會委員、中國儀器儀表學會高級會員、中國電子學會高級會員。國家精品課程《單片機原理》課程負責人，黑龍江省普通高等學校教學名師獎，寶鋼優秀教師獎。省部級科技進步一等獎1項，二等獎3項，三等獎2項。

第1章 單片機概述 1
1．1 單片機簡介 1
1．2 單片機的發展歷史 1
1．3 單片機的特點 2
1．4 單片機的應用領域 3
1．5 單片機的發展趨勢 3
1．6 MCS-51繫列與AT89S5x繫列單片機 4
1．6．1 MCS-51繫列單片機 4
1．6．2 AT89S5x繫列單片機 5
1．7 各種衍生的8051單片機 6
1．7．1 STC繫列單片機 6
1．7．2 C8051Fxxx繫列單片機 7
1．7．3 ADμC812繫列單片機 8
1．7．4 華邦W77繫列、W78繫列單片機 8
1．8 PIC繫列單片機與AVR繫列單片機 8
1．8．1 PIC繫列單片機 8
1．8．2 AVR繫列單片機 9
1．9 其他嵌入式處理器簡介 10
1．9．1 DSP 10
1．9．2 嵌入式微處理器 11
思考題及習題1 11
第2章 AT89S51單片機的內部硬件結構 12
2．1 AT89S51單片機的硬件組成 12
2．2 AT89S51單片機的引腳功能 13
2．2．1 電源及時鐘引腳 13
2．2．2 控制引腳 13
2．2．3 並行I/O口引腳 14
2．3 AT89S51單片機的CPU 15
2．3．1 運算器 15
2．3．2 控制器 16
2．4 AT89S51單片機存儲器的結構 17
2．4．1 程序存儲器空間 17
2．4．2 數據存儲器空間 18
2．4．3 特殊功能寄存器 18
2．4．4 位地址空間 21
2．5 AT89S51單片機的並行I/O口 23
2．5．1 P0口 23
2．5．2 P1口 24
2．5．3 P2口 24
2．5．4 P3口 25
2．6 時鐘電路與時序 26
2．6．1 時鐘電路設計 26
2．6．2 機器周期、指令周期與指令時序 27
2．7 復位操作和復位電路 28
2．7．1 復位操作 28
2．7．2 復位電路設計 28
2．8 AT89S51單片機的最小應用繫統 29
2．9 看門狗定時器的使用 29
2．10 低功耗節電模式 30
2．10．1 空閑模式 31
2．10．2 掉電模式 31
思考題及習題2 32
第3章 C51語言編程基礎與Keil μVision 34
3．1 C51語言概述 34
3．1．1 C51語言與8051彙編語言的比較 34
3．1．2 C51語言與標準C語言的比較 34
3．2 C51程序設計基礎 35
3．2．1 C51語言的數據類型與存儲類型 35
3．2．2 C51語言的特殊功能寄存器及位變量定義 39
3．2．3 C51語言的絕對地址訪問 41
3．2．4 C51語言的基本運算 43
3．2．5 C51語言的分支與循環程序結構 45
3．2．6 C51語言的數組 51
3．2．7 C51語言的指針 53
3．3 C51語言的函數 54
3．3．1 函數的分類 54
3．3．2 函數的調用 55
3．3．3 中斷服務函數 56
3．3．4 變量及存儲方式 56
3．3．5 宏定義與文件包含 57
3．3．6 庫函數 57
3．4 使用Keil μVision開發C51程序 58
3．4．1 Keil μVision的基本操作 58
3．4．2 添加用戶源程序文件 60
3．4．3 程序的編譯與調試 61
3．4．4 工程的設置 64
思考題及習題3 66
第4章 虛擬仿真平臺Proteus的使用 67
4．1 Proteus的基本功能 67
4．2 Proteus ISIS的虛擬仿真 68
4．3 Proteus ISIS環境簡介 69
4．3．1 原理圖編輯窗口 69
4．3．2 預覽窗口 70
4．3．3 對像選擇窗口 70
4．3．4 主菜單欄 71
4．3．5 主工具欄 73
4．3．6 工具箱 74
4．3．7 仿真工具欄 75
4．3．件列表 75
4．4 Proteus ISIS的編輯環境設置 76
4．5 Proteus ISIS的繫統運行環境設置 77
4．6 單片機繫統的電路設計與虛擬仿真 78
4．6．1 電路設計與虛擬仿真的步驟 78
4．6．2 新建或打開一個設計文件 78
4．6．3 選件列表中 79
4．6．4 件並連接電路 81
4．6．5 加載目標代碼文件、設置時鐘頻率及仿真運行 85
4．7 Proteus的各種虛擬仿真工具 85
4．7．1 虛擬激勵信號源 85
4．7．2 虛擬儀器 90
4．7．3 虛擬儀器的圖表仿真 99
4．7．4 硬件斷點的設置 101
第5章 單片機開關檢測、鍵盤輸入與顯示接口設計 104
5．1 用單片機控制發光二極管顯示 104
5．1．1 單片機與發光二極管的連接 104
5．1．2 I/O口的編程控制 105
5．2 開關狀態檢測 108
5．2．1 開關檢測實例1 108
5．2．2 開關檢測實例2 109
5．3 用單片機控制LED數碼管顯示 110
5．3．1 LED數碼管的顯示原理 110
5．3．2 LED數碼管的靜態顯示與動態顯示 112
5．4 用單片機控制LED點陣顯示屏 顯示 115
5．4．1 LED點陣顯示屏的結構與顯示原理 115
5．4．2 16×16 LED點陣顯示屏設計實例 116
5．5 用單片機控制LCD 1602顯示 119
5．5．1 LCD 1602簡介 119
5．5．2 LCD 1602設計實例 125
5．6 用單片機控制LCD12864顯示 128
5．6．1 引腳功能與顯示原理 129
5．6．2 控制命令 130
5．6．3 LCD12864設計實例 131
5．7 鍵盤接口設計 136
5．7．1 鍵盤接口設計需要解決的問題 136
5．7．2 獨立式鍵盤接口設計實例 137
5．7．3 矩陣式鍵盤接口設計實例 143
5．7．4 非編碼鍵盤掃描方式的選擇 146
5．7．5 單片機與HD7279A的接口設計 147
思考題及習題5 156
第6章 中斷繫統的工作原理及應用 158
6．1 AT89S51單片機中斷技術概述 158
6．2 AT89S51單片機中斷繫統結構 158
6．2．1 中斷源 158
6．2．2 中斷請求標志寄存器 159
6．3 中斷允許控制與中斷優先級控制 160
6．3．1 中斷允許寄存器IE 160
6．3．2 中斷優先級寄存器IP 161
6．4 響應中斷請求的條件 162
6．5 外部中斷請求的響應時間 163
6．6 外部中斷的觸發方式選擇 163
6．7 中斷請求的撤銷 164
6．8 中斷函數 165
6．9 中斷繫統的應用 166
6．9．1 單一外部中斷的應用 166
6．9．2 兩個外部中斷的應用 167
6．9．3 中斷嵌套的應用 169
思考題及習題6 170
第7章 定時/計數器的工作原理及應用 171
7．1 定時/計數器的結構 171
7．1．1 工作方式控制寄存器TMOD 171
7．1．2 定時/計數器控制寄存器TCON 172
7．2 定時/計數器的4種工作方式 172
7．2．1 方式0 172
7．2．2 方式1 173
7．2．3 方式2 174
7．2．4 方式3 174
7．3 定時/計數器對外部輸入信號的要求 176
7．4 定時/計數器的編程和應用 176
7．4．1 用P1口控制8個LED每0．5s閃亮一次 176
7．4．2 計數器的應用 177
7．4．3 控制P1．0引腳產生周期為2ms的方波 179
7．4．4 利用T1控制發出頻率為1kHz的音頻信號 180
7．4．5 制作LED數碼管秒表 182
7．4．6 測量脈衝寬度――門控位的應用 184
7．4．7 LCD時鐘的設計 186
思考題及習題7 188
第8章 串行口的工作原理及應用 190
8．1 串行通信基礎 190
8．1．1 並行通信與串行通信 190
8．1．2 同步通信與異步通信 191
8．1．3 串行通信的傳輸模式 191
8．1．4 串行通信的錯誤校驗 192
8．2 串行口的結構 192
8．2．1 串行口控制寄存器SCON 193
8．2．2 特殊功能寄存器PCON 194
8．3 串行口的4種工作方式 194
8．3．1 方式0 194
8．3．2 方式1 199
8．3．3 方式2 200
8．3．4 方式3 201
8．4 多機通信 201
8．5 波特率的定義方法 202
8．5．1 波特率的定義 203
8．5．2 計算T1產生的波特率 203
8．6 串行口的應用 204
8．6．1 RS-232C、RS-422A與RS-485簡介 204
8．6．2 方式1的應用設計實例 207
8．6．3 方式2和方式3的應用設計實例 213
8．6．4 多機通信的應用設計實例 215
8．6．5 單片機與PC機串行通信的設計實例 222
8．6．6 PC機與單片機或與多個單片機的串行通信 226
思考題及習題8 227
第9章 單片機繫統的並行擴展 228
9．1 繫統並行擴展技術 228
9．1．1 繫統並行擴展結構 228
9．1．2 地址空間分配 229
9．1．3 外部地址鎖存器 231
9．2 外部RAM的並行擴展 233
9．2．1 常用的靜態RAM芯片 233
9．2．2 讀/寫外部RAM的操作時序 234
9．2．3 並行擴展外部RAM設計實例 235
9．2．4 單片機擴展RAM 6264設計實例 237
9．3 內部Flash存儲器的編程 238
9．3．1 使用通用編程器 239
9．3．2 使用ISP下載線 239
9．4 E2PROM的並行擴展 240
9．4．1 並行E2PROM芯片簡介 240
9．4．2 單片機擴展2864A設計實例 241
9．5 利用82C55擴展並行I/O口 242
9．5．1 並行I/O口擴展概述 242
9．5．2 82C55簡介 243
9．5．3 82C55的三種工作方式 246
9．5．4 單片機與82C55的接口電路設計實例 250
9．6 利用74LSTTL電路擴展並行I/O口 252
9．7 利用單片機的串行口擴展並行I/O口 253
9．7．1 利用74LS165擴展並行輸入口設計實例 253
9．7．2 利用74LS164擴展並行輸出口設計實例 254
思考題及習題9 255
第10章 單片機繫統的串行擴展 257
10．1 單總線串行擴展 257
10．1．1 數字溫度傳感器DS18B20簡介 257
10．1．2 單總線串行擴展DS18B20實現溫度測量繫統設計實例 260
10．2 SPI總線串行擴展 263
10．3 I2C總線串行擴展 264
10．3．1 I2C總線繫統的基本結構 264
10．3．2 I2C總線數據傳送的規定 265
10．3．3 單片機的I2C總線擴展繫統 267
10．3．4 I2C總線數據傳送的模擬 268
10．3．5 利用I2C總線擴展AT24C02的IC卡設計實例 271
思考題及習題10 277
第11章 單片機與D/A轉換器、A/D轉換器的接口 278
11．1 單片機擴展D/A轉換器概述 278
11．2 單片機擴展8位並行D/A轉換器 279
11．2．1 DAC0832簡介 279
11．2．2 單片機並行擴展DAC0832
的程控電壓源設計實例 280
11．2．3 波形發生器設計實例 281
11．3 單片機擴展10位串行D/A
轉換器 286
11．3．1 TLC5615簡介 286
11．3．2 單片機擴展TLC5615
設計實例 287
11．4 單片機擴展A/D轉換器概述 290
11．5 單片機擴展8位並行A/D轉換器 291
11．5．1 單片機擴展ADC0809
設計實例 292
11．5．2 兩路輸入的數字電壓表
設計實例 294
11．6 單片機擴展8位串行A/D轉換器 297
11．6．1 TLC549簡介 297
11．6．2 單片機擴展TLC549設計
實例 298
11．7 單片機擴展12位串行A/D轉換器 300
11．7．1 TLC2543簡介 300
11．7．2 單片機擴展TLC2543
設計實例 302
思考題及習題11 305
第12章 單片機應用繫統的設計 306
12．1 單片機應用繫統的設計步驟 306
12．2 單片機應用繫統設計應當考慮的問題 307
12．2．1 硬件設計應當考慮的問題 307
12．2．2 典型的單片機應用繫統組成 308
12．2．3 繫統設計中的總線驅動 309
12．3 單片機應用繫統的仿真開發與調試 310
12．4 單片機應用繫統設計實例 314
12．4．1 單片機控制步進電機設計實例 314

12．4．2 單片機控制直流電機設計實例 316
12．4．3 頻率計設計實例 318
12．4．4 模擬電話撥號設計實例 321
12．4．5 8位競賽搶答器設計實例 326
12．4．6 基於時鐘/日歷芯片DS1302
的電子鐘設計實例 331
思考題及習題12 337
參考文獻 338

本書是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材的第3版，同時也是哈爾濱工業大學“單片機原理”國家精品課程主講教材。自2008年本書第1版出版以來，已印刷多次，被全國幾十所院校選為“單片機原理”課程的教材。
由於Intel8051內核單片機獲得的巨大成功，使其成為國內外公認的8位單片機的標準體繫結構，被許多廠家作為基核，推出了各種高集成化的兼容機型，且在世界範圍得到了廣泛應用。由於8051單片機結構簡單、清晰、易學，是目前單片機初學者最容易掌握的機型，因此以8051內核技術為主導的單片機仍是目前我國多所高校講授的機型。
美國Atmel公司的AT89S51單片機是目前各種8051內核單片機中最具代表性的機型，本書基於AT89S51單片機，詳細介紹其工作原理及應用設計。
本書采用C51語言編程，並融入了先進的虛擬仿真工具Proteus，給出較多的經過驗證的Proteus仿真案例。本次修訂，反映了由作者負責的“單片機原理”國家精品課程的熬學模式與教學方法改革的部分成果及對課程體繫結構的改進也體現在本教材的修訂之中。
本書在編寫時重點考慮了如下問題：
（1）將虛擬仿真工具Proteus應用在單片機課程教學中.使課程的教學模式及傳統的設計開發模式發生了革命性的變化，Proteus平臺為學習者提供了一個功能強大的、流動的單片機繫統設計虛擬實驗室。
（2）傳統教學模式存在的弊病是，學生聽完課堂講授，往往得不到軟、硬件設計的訓練，使得教學與實際設計脫節。本書采用Proteus與KeilμVision作為工具，將軟、硬件設計與案例設計有機地結合為一體，使學生真正從概念出發，設計出一個能夠虛擬運行的應用繫統，真正得到軟、硬件設計與調試的完整訓練，從而達到課程教學的最終目的。把Proteus融入課程教學各環節中，是課程教學深入改革的必然趨勢。
（3）本書的編程語言采用C51。為提高讀者的編程調試能力，本書對C51的開發調試工具KeilμVision及Proteus的使用從實際使用角度進行了介紹，使讀者盡快掌握這兩種軟件平臺的使用方法。
本書共分為12章，涵蓋了單片機應用技術的基本內容。
第1章介紹有關單片機的基本概念，以及目前流行的各類單片機與嵌入式處理器。
第2章介紹AT89S51單片機的內部基本硬件結構及硬件資源。
第3章介紹C51語言編程基礎及KeilμVision開發平臺的使用。
第4章介紹Proteus虛擬仿真平臺的基本功能與使用方法。
第5章介紹單片機繫統的顯示及開關與鍵盤檢測的實現，為後續各章的案例仿真、觀察繫統運行的結果、設定運行條件打下基礎。
第6章至第8章分別介紹單片機的內部硬件資源，即中斷繫統、定時／計數器、串行口的工作原理及應用案例。
第9章為單片機繫統的並行擴展介紹。
第10章對目前流行的單片機繫統串行擴展技術，如I2C總線、單總線、SPI總線，進行了詳細介紹，並給出應用案例。