單片機原理及應用

本教材從應用開發的角度出發，以Intel公司的MCS-51系列單片機為背景，介紹其內部結構和資源、彙編語言程序設計、C語言程序設計、內部功能部件、系統擴展、人機界面、I/O通道、開發應用、以及單片機應用實例。

本教材修訂后共10章，前6章為基礎應用內容，后4章為擴展提高應用內容。本教材具有以下特色：每章前有導讀類信息、章末安排有小結和大量可供選作的習題，附錄中還提供了完整的單片機指令表、單片機學習和應用的常用網站等資料，以幫助讀者獲得掌握單片機應用開發的基本能力，使得讀者能夠舉一反三，儘快掌握單片機應用系統的開發技術。並可分別適用於多課時和少課時的教學。

第1章 單片微型計算機基礎知識 1

1.1 單片機的發展概況 1

1.1.1 什麼是單片機 1

1.1.2 單片機發展歷程及產品近況 2

1.1.3 單片機的應用及發展趨勢 3

1.1.4 MCS-51系列單片機的分類 5

1.2 計算機中數的表示方法 6

1.2.1 進位計數制及其轉換 6

1.2.2 機器數 9

1.2.3 常用名詞術語及字元的表示 10

1.3 單片機系統 11

1.3.1 單片機的硬體系統 11

1.3.2 單片機的軟體系統 11

1.3.3 單片機開發時用到的程序設計語言 12

本章小結 12

習題 13

第2章 MCS-51系列單片機的硬體結構 15

2.1 MCS-51單片機的內部結構 15

2.1.1 MCS-51的結構框圖 15

2.1.2 MCS-51的引腳定義及功能 17

2.1.3 CPU結構 18

2.1.4 位（布爾）處理器 20

2.2 MCS-51單片機的存儲器結構 21

2.2.1 程序存儲器 21

2.2.2 數據存儲器 22

2.3 MCS-51單片機的并行輸入/輸出（I/O）介面 25

2.3.1 P0口的內部結構與運作 25

2.3.2 P1口的內部結構與運作 26

2.3.3 P2口的內部結構與運作 27

2.3.4 P3口的內部結構與運作 27

2.3.5 并行I/O介面的應用要求 28

2.4 MCS-51單片機應用系統的構成 29

2.4.1 振蕩電路和時鐘電路 29

2.4.2 CPU時序 30

2.4.3 單片機的複位 32

2.4.4 CHMOS型單片機低功耗工作方式 33

2.4.5 MCS-51單片機基本應用系統的構成 33

本章小結 34

習題 35

第3章 MCS-51單片機的指令系統 38

3.1 指令格式和定址方式 38

3.1.1 指令格式 38

3.1.2 彙編語言指令的符號約定 40

3.1.3 定址方式 40

3.2 指令系統 44

3.2.1 數據傳送類指令 45

3.2.2 算術運算類指令 48

3.2.3 邏輯運算類指令 52

3.2.4 控制轉移類指令 54

3.2.5 位操作類指令 58

本章小結 59

習題 60

第4章 彙編語言程序設計 63

4.1 彙編語言程序設計的基本方法 63

4.1.1 程序設計的步驟 63

4.1.2 彙編語言的語句格式 65

4.1.3 偽指令 65

4.2 彙編語言程序設計 67

4.2.1 順序程序設計 67

4.2.2 分支程序設計 69

4.2.3 循環程序設計 72

4.2.4 子程序調用設計 75

4.3 綜合程序設計舉例 76

本章小結 82

習題 82

第5章 MCS-51單片機的內部功能單元 85

5.1 MCS-51單片機的中斷系統 85

5.1.1 中斷的概念 85

5.1.2 MCS-51的中斷系統 87

5.1.3 中斷控制 88

5.1.4 中斷的響應條件及響應過程 90

5.2 MCS-51單片機的定時/計數器 92

5.2.1 定時/計數器的結構 92

5.2.2 定時/計數器的方式寄存器和控制寄存器 93

5.2.3 定時/計數器的工作方式 94

5.2.4 定時/計數器編程和應用舉例 96

5.3 MCS-51單片機的串列通信I/O介面 100

5.3.1 串列通信概述 100

5.3.2 串列通信I/O介面 103

5.3.3 串列通信I/O介面編程和應用舉例 107

本章小結 111

習題 112

第6章 MCS-51單片機介面應用實例 114

6.1 I/O介面應用 114

6.1.1 動態顯示控制LED時鐘的設計 114

6.1.2 BCD編碼撥碼盤輸入電路的設計 116

6.1.3 十字路口交通信號燈的設計 117

6.1.4 水塔水位控制系統的設計 118

6.2 定時/計數器及中斷功能應用 120

6.2.1 音樂門鈴的設計 120

6.2.2 簡易方波發生器的設計 122

6.2.3 時鐘程序的設計 126

6.2.4 無人值守航標燈的設計 128

6.3 串列介面應用 131

本章小結 132

習題 133

第7章 MCS-51單片機系統的擴展 134

7.1 存儲器擴展基礎 134

7.1.1 MCS-51的匯流排擴展 134

7.1.2 存儲器概述 135

7.1.3 存儲器擴展設計要點 136

7.2 程序存儲器擴展 137

7.2.1 常用的程序存儲器晶元 137

7.2.2 程序存儲器的擴展 140

7.3 數據存儲器擴展 142

7.3.1 常用的數據存儲器晶元 142

7.3.2 數據存儲器的擴展 144

7.3.3 多片存儲器的擴展 145

7.4 并行I/O介面的擴展 145

7.4.1 I/O介面的簡單擴展 146

7.4.2 PIO8255A對I/O介面的擴展 147

本章小結 154

習題 154

第8章 輸入/輸出通道及介面技術 156

8.1 輸入/輸出通道概述 156

8.1.1 輸入通道 156

8.1.2 輸出通道 157

8.2 光電隔離介面 158

8.2.1 光電耦合器概述 158

8.2.2 常用的光電耦合器件 159

8.2.3 光電耦合器介面電路 159

8.3 常用人機交互設備介面 161

8.3.1 鍵盤介面電路 161

8.3.2 LED顯示器介面電路 163

8.3.3 LCD顯示器介面電路 171

8.3.4 8279介面電路 173

8.3.5 鍵盤/LED驅動器ZLG7290介面電路 179

8.4 D/A、A/D轉換器及其介面 180

8.4.1 D/A轉換器 180

8.4.2 DAC0832介面技術 181

8.4.3 串列D/A轉換DAC7512介面技術 186

8.4.4 A/D轉換器 189

8.4.5 ADC0809介面技術 190

8.4.6 串列ADC0834介面技術 194

8.5 步進電動機及其介面 197

8.5.1 步進電動機 197

8.5.2 步進電動機與MCS-51的介面技術 198

本章小結 201

習題 201

第9章 單片機應用系統開發技術 203

9.1 單片機的開發系統及開發工具 203

9.1.1 單片機的開發系統 203

9.1.2 單片機應用系統的開發工具 206

9.2 單片機應用系統的設計原則與過程 206

9.2.1 單片機應用系統的設計原則 207

9.2.2 單片機應用系統的設計過程 207

9.3 單片機應用系統的抗干擾設計 212

9.3.1 硬體抗干擾設計 212

9.3.2 軟體抗干擾設計 213

9.4 單片機應用系統實例 215

9.4.1 數碼管時鐘電路的設計 215

9.4.2 工業電爐溫度控制系統應用實例 221

本章小結 226

習題 227

第10章 單片機C51語言程序設計基礎 229

10.1 C51程序的結構 229

10.1.1 C51程序的結構特點 229

10.1.2 C51函數的一般格式 231

10.2 C51數據類型、常量和變數的定義 232

10.2.1 C51數據類型 232

10.2.2 常量的定義 233

10.2.3 變數的定義 233

10.2.4 C51定義SFR位元組和位單元 234

10.3 C51程序的運算符、表達式及其語法規則 235

10.3.1 C51算術運算符及其表達式 235

10.3.2 C51關係運算符、表達式及優先順序 237

10.3.3 C51邏輯運算符、表達式及優先順序 238

10.3.4 C51位操作及其表達式 238

10.3.5 自增減運算符、複合運算符及其表達式 241

10.4 C51程序設計特點 244

10.4.1 C51函數的分類 244

10.4.2 中斷子程序的設計 244

10.4.3 C51與彙編混合編程 246

10.5 C51程序設計舉例 250

本章小結 254

習題 255

附錄A ASCII碼錶 257

附錄B MCS-51單片機指令表 258

附錄C 常用IC引腳圖 263

附錄D 單片機學習、應用的網址 267

參考文獻 268