工程背景下的单片机原理及系统设计

第1章 单片机概论1

1.1 单片机是什么1

1.2 单片机的起源与发展现状1

1.3 单片机的基本结构2

1.4 单片机的应用领域2

1.4.1 单片机的特点2

1.4.2 单片机的应用范围3

1.4.3 单片机中几类常用的存储器3

1.4.4 单片机的几个概念4

1.4.5 8位单片机简介5

1.4.6 增强型51系列单片机5

1.5 宏晶STC系列单片机的特点7

1.5.1 STC90C××系列单片机简介7

1.5.2 STC12系列单片机8

1.5.3 STC15系列单片机8

1.6 单片机系统的开发过程9

1.6.1 单片机选型要点9

1.6.2 单片机系统的开发过程9

1.7 本章重点10

习题110

第2章 单片机开发工具12

2.1 必备的基础知识、软硬件条件与能力12

2.2 Keil C集成开发环境14

2.2.1 建立项目文件14

2.2.2 项目设置16

2.2.3 为项目加入源文件17◆工程背景下的单片机原理及系统设计(第2版)目 录 2.2.4 编译、连接18

2.2.5 软件仿真调试19

2.3 ISP工具及应用20

2.3.1 ISP工具的功能20

2.3.2 ISP工具的使用方法22

2.3.3 ISP工具中的串口助手23

2.4 本章重点26

第3章 工程需求下的单片机选型27

3.1 工程及需求分析27

3.1.1 工程项目的定义27

3.1.2 工程项目实例27

3.1.3 系统工作过程分析28

3.1.4 系统工作环境分析28

3.1.5 系统需求分析29

3.2 系统单片机选型29

3.2.1 MCS-51系列单片机硬件资源30

3.2.2 标准51的管脚排列及功能32

3.3 单片机正常工作的硬件条件35

3.4 标准51的特殊功能寄存器35

3.5 系统需求下的单片机选型36

3.6 STC89C5X系列单片机38

3.6.1 STC89C5X系列单片机硬件分析38

3.6.2 STC89C5X系列单片机的特殊功能寄存器40

3.7 51系列单片机的存储器结构40

3.7.1 程序存储器40

3.7.2 内部数据存储器41

3.7.3 外部数据存储器46

3.7.4 非易失性数据存储器46

3.8 针对项目的系统硬件设计47

3.8.1 单片机的选择47

3.8.2 人机交互电路的设计47

3.8.3 检测控制模块设计48

3.8.4 检测控制模块技术规划50

3.9 本章重点54

习题354

第4章 单片机应用系统编程基础56

4.1 从源程序到可执行代码56

4.2 机器码-汇编语言-高级语言56

4.2.1 汇编语言与高级语言的特点及联系57

4.2.2 从C语言过渡到C5157

4.2.3 有关C51的补充说明60

4.3 MCS-51汇编语言指令分析62

4.3.1 MCS-51汇编语言格式62

4.3.2 MCS-51指令系统的分类及一般说明62

4.3.3 MCS-51的寻址方式63

4.3.4 MCS-51指令概述64

4.4 汇编语言程序组成与结构77

4.4.1 程序77

4.4.2 汇编语言程序的组成部分77

4.4.3 汇编语言程序结构与一般格式79

4.5 程序设计举例82

4.5.1 位操作与逻辑类程序设计82

4.5.2 循环程序设计88

4.5.3 数据移动类程序设计91

4.5.4 算术运算类程序设计94

4.5.5 数据拼拆与转换程序设计107

4.6 关于指令用法的补充说明109

4.7 本章重点111

习题4111

第5章 中断114

5.1 中断的基本概念114

5.1.1 中断的定义及中断工作方式114

5.1.2 中断类型116

5.1.3 中断优先级116

5.1.4 中断识别和中断返回118

5.1.5 中断向量及其用法119

5.1.6 中断响应的时间119

5.1.7 事件信号的来源与作用时间120

5.2 标准51的中断系统结构121

5.3 中断控制123

5.3.1 中断允许与禁止123

5.3.2 中断请求标志位124

5.3.3 中断优先级控制124

5.4 外部中断编程举例125

5.5 外部中断源的复用技术126

5.6 本章重点129

习题5130

第6章 定时/计数器131

6.1 定时/计数器131

6.1.1 时间的表达方式及时间测量的分辨率131

6.1.2 标准51定时/计数器结构 131

6.2 定时/计数器工作原理132

6.2.1 T0、T1的工作方式132

6.2.2 定时/计数器的工作方式及工作原理133

6.3 定时/计数器应用举例135

6.3.1 定时/计数器应用--查询方式135

6.3.2 定时/计数器应用--中断方式136

6.4 本章重点144

习题6145

第7章 串行口及异步串行通信146

7.1 通信的基本概念146

7.1.1 通信的意义146

7.1.2 通信的定义及数据的传输147

7.2 串行通信149

7.2.1 串行通信协议149

7.2.2 通信控制器150

7.2.3 串行通信的方式150

7.3 串行口结构及工作原理152

7.3.1 串行口的工作方式153

7.3.2 串行口工作方式154

7.3.3 异步串行口通信的过程156

7.4 串行通信编程举例 157

7.4.1 双机通信157

7.4.2 奇偶校验158

7.4.3 定时器T1溢出率的计算方法162

7.4.4 累加和校验165

7.5 多机通信原理及系统设计172

7.5.1 多机通信的物理基础172

7.5.2 多机通信方式分类173

7.5.3 多机通信编程举例174

7.6 RS-232-C接口标准176

7.7 RS-485接口179

7.7.1 RS-485接口标准179

7.7.2 RS-485收/发器180

7.7.3 51单片机RS-485通信系统设计181

7.8 本章重点182

习题7183

第8章 STC89C5X新增片内资源及应用184

8.1 系统性能方面的改善184

8.1.1 降低单片机对系统的电磁干扰的三大措施184

8.1.2 STC89C5X系列片内扩展DATA_FLASH的用法185

8.1.3 STC89C5X新增加的外部中断源的应用189

8.1.4 STC89C5X新增加其他功能概述190

8.2 定时/计数器T2原理及应用193

8.2.1 概述193

8.2.2 定时/计数器T2的工作方式及应用194

8.3 步进电机的运行控制201

8.4 本章重点203

习题8204

第9章 I/O口结构及应用205

9.1 I/O口结构205

9.1.1 P0口内部结构及使用205

9.1.2 P1口内部结构及使用206

9.1.3 P2口内部结构及使用206

9.1.4 P3口内部结构及使用206

9.2 I/O与发光型LED器件的接口207

9.2.1 I/O与LED灯的接口207

9.2.2 I/O与LED数码管的接口208

9.2.3 多位LED数码管的驱动210

9.2.4 多位LED数码管的驱动电路设计210

9.3 点阵液晶显示器与51机的接口217

9.3.1 128×64点阵液晶显示器217

9.3.2 单片机与液晶显示器接口电路设计222

9.3.3 液晶显示器应用程序举例223

9.4 本章重点230

习题9230

第10章 同步串行总线及其应用231

10.1 同步串行总线简介231

10.2 SPI总线及其应用232

10.2.1 SPI总线时序分析232

10.2.2 具有SPI接口的实时时钟芯片DS1306232

10.3 I2C总线时序分析及器件应用实例243

10.3.1 I2C总线时序分析243

10.3.2 CAT1161与51机的接口及应用程序245

10.4 一总线时序分析及应用253

10.4.1 一总线简介253

10.4.2 DS18B20简介253

10.4.3 DS18B20的应用259

10.5 本章重点271

习题10271

第11章 MCS-51并行总线扩展系统272

11.1 MCS-51系列单片机的控制信号及三总线272

11.1.1 单片机的最小应用系统及扩展系统272

11.1.2 MCS-51系列单片机并行总线扩展方法273

11.2 总线扩展电路常用器件简介275

11.3 27系列EPROM型存储器总线扩展方法277

11.3.1 芯片容量277

11.3.2 芯片的时序及特性参数278

11.3.3 程序存储器扩展举例279

11.4 MCS-51外部数据存储器总线扩展系统283

11.4.1 单片机常用数据存储器283

11.4.2 62系列数据存储器的接口电路设计285

11.5 外部非易失性数据存储器及总线扩展方法286

11.5.1 并行接口EEPROM型非易失性RAM概述286

11.5.2 28系列并行接口EEPROM一般特性286

11.5.3 28系列存储器的数据安全措施287

11.6 MCS-51总线系统的地址译码技术292

11.7 本章重点294

习题11294

第12章 MCS-51接口技术295

12.1 并行接口I/O扩展器件8255A295

12.1.1 8255A的内部结构和外部特性295

12.1.2 8255A的编程命令297

12.1.3 8255A的工作方式299

12.1.4 8255A方式0和方式1应用举例305

12.2 数模转换器308

12.2.1 研究模数、数模转换器的意义308

12.2.2 A/D转换的原理309

12.3 MAX114与51机接口电路设计312

12.3.1 基于MAX114的51机采样程序设计316

12.3.2 发挥MAX114高速转换优势的方法318

12.4 数模转换器的扩展318

12.4.1 D/A转换器接口的技术性能指标318

12.4.2 DAC0832的内部结构与外部特性319

12.4.3 DAC0832与51机的接口电路与程序设计323

12.5 本章重点327

习题12327

第13章 课内实验指导329

实验1 系统开发的基本技能训练329

实验2 外部中断与I/O综合应用331

实验3 定时器与I/O综合应用333

实验4 异步串行通信实验335

实验5 并行总线系统实验336

实验6 串行总线系统实验（选项1) 337

实验7 多机异步串行通信实验（选项2) 338

附录A ASCII码表340

附录B MCS-51系列单片机指令及编码表342

参考文献349

本书以一个实际工程项目的分析、设计、实现的全过程为背景，系统介绍了MCS-51系列及与其兼容的STC系列单片机在检测与控制系统中的应用。本书的特点之一是内容与工程实际相融合，希望通过一个明确的单片机应用实例，达到使读者快速入门的目的。本书的另一个特点是突出基础训练和知识的实用性。书中所提供的电路、例题、习题，都是对作者多年单片机教学和系统开发经验的浓缩，具有较强客观性和实用价值。内容紧跟单片机最技术，对已经入门的单片机应用者也有较好的参考价值。本书可作为高等院校自动化、机电工程等工科专业的单片机原理与应用的教材或参考书，也可作为从事单片机应用工作的工程技术人员的参考用书。

以实际工程项目为背景，以提高解决工程实际问题能力的培养为着力点，突出实用性。注重理论与实际相联系，实例丰富，内容深入浅出，通俗易懂，便于教学，易于读者接受。在各章节中循序渐进地安排了适量的习题和训练题，使读者能及时验证所学知识，并得到及时有效的训练，从而获得良好的学习效果。软件、硬件并重。除大量编程内容外，提供大量接口电路设计实例，将模拟电路、数字电路、自动，控制原理等知识，应用到单片机系统中，便于读者全面提高单片机应用系统设计的综合能力。在突出基础知识学习的同时，保证内容的新颖性和实用性。并将最新STC系列单片机的内容，巧妙地融合于传统51单片机体系中，便于读者顺利从标准51顺利过渡到其他增强型51单片机的应用上去。汇编语言和C语言编程并重，读者能得到两种语言的系统训练。