单片机技术及工程实践

前言

第1章 51系列单片机的硬件结构

1.1 单片机概述

1.1.1 微型计算机的基本功能构件

1.1.2 单片机的发展概况

1.1.3 51系列8位单片机的基本类型

1.2 51系列单片机芯片结构

1.2.1 51系列单片机基本组成结构

1.2.2 51系列单片机的引脚及其功能

1.3 51系列单片机的中央处理器

1.3.1 运算部件

1.3.2 控制部件1

1.3.3 CPU的工作时序1

1.4 存储器结构及存储空间1

1.4.1 程序存储器1

1.4.2 片内数据存储器1

1.4.3 特殊功能寄存器1

1.4.4 片外数据存储器2

1.5 并行I/O接口2

1.5.1 P0口的结构及功能2

1.5.2 P1口的结构及功能2

1.5.3 P2口的结构及功能2

1.5.4 P3口的结构及功能2

1.5.5 I/O口的带载能力及要求2

1.6 51系列单片机的工作方式2

1.6.1 复位方式2

1.6.2 程序执行方式2

1.6.3 低功耗方式2

1.6.4 编程方式2

1.6.5 加密方法2

练习与思考2

第2章 指令系统3

2.1 指令系统概述3

2.1.1 指令格式3

2.1.2 指令分类3

2.1.3 符号说明3

2.2 寻址方式3

2.2.1 立即寻址3

2.2.2 直接寻址3

2.2.3 寄存器寻址3

2.2.4 寄存器间接寻址3

2.2.5 基址加变址间接寻址3

2.2.6 相对寻址3

2.2.7 位寻址3

2.3 指令系统及应用3

2.3.1 数据传输类指令3

2.3.2 算术运算类指令4

2.3.3 逻辑运算类指令4

2.3.4 控制转移类指令4

2.3.5 位操作类指令4

2.4 伪指令4

2.5 部分指令用法说明5

练习与思考5

第3章 51系列单片机内部功能5

3.1 定时器/计数器功能5

3.1.1 定时器/计数器T0、T1的结构及原理5

3.1.2 定时器/计数器T0、T1的工作模式5

3.1.3 定时器/计数器T26

3.1.4 定时器/计数器的初始化6

3.1.5 利用门控位GATE测量脉冲宽度6

3.2 中断系统功能6

3.2.1 中断源和中断向量6

3.2.2 中断控制6

3.2.3 中断响应7

3.2.4 中断服务程序及其初始化7

3.2.5 运用中断功能的程序单步调试7

3.3 串行口通信功能7

3.3.1 串行通信基本知识7

3.3.2 串行口控制器7

3.3.3 串行口的工作方式7

3.3.4 串行口的多机通信8

3.3.5 串行通信的波特率8

3.3.6 异步通信的奇偶校验8

3.3.7 串行口的通信应用8

练习与思考8

第4章 并行总线扩展技术9

4.1 并行总线扩展9

4.1.1 并行总线扩展方法9

4.1.2 单片机的最小系统9

4.1.3 并行总线的地址译码9

4.2 常用扩展器件9

4.2.1 8位D锁存器9

4.2.2 8位单向总线驱动器9

4.2.3 8位双向总线驱动器9

4.2.4 3-8译码器9

4.2.5 4-16译码器9

4.3 存储器的扩展9

4.3.1 程序存储器的扩展9

4.3.2 数据存储器的扩展9

4.3.3 混合存储器的扩展10

4.4 I/O口扩展10

4.4.1 锁存器扩展输出口10

4.4.2 锁存器扩展输入口10

4.4.3 三态门扩展输入口10

4.4.4 I/O口的混合扩展10

练习与思考10

第5章 外围接口技术10

5.1 键盘接口10

5.1.1 独立式键盘接口10

5.1.2 拨码盘接口10

5.1.3 矩阵键盘扫描法11

5.1.4 矩阵键盘反极法11

5.1.5 矩阵键盘位操作法11

5.1.6 矩阵键盘接口的工作方式11

5.2 LED显示器接口11

5.2.1 LED显示器结构11

5.2.2 LED静态显示方式11

5.2.3 LED动态显示方式12

5.3 A/D转换器接口12

5.3.1 A/D转换器概述12

5.3.2 8位并行A/D转换器ADC080912

5.3.3 8位串行A/D转换器TCL548/54912

5.4 D/A转换器接口13

5.4.1 D/A转换器概述13

5.4.2 8位并行DAC0832转换器13

5.5 隔离、执行机构与单片机接口13

5.5.1 光电耦合器与单片机接口13

5.5.2 继电器与单片机接口13

5.5.3 固态继电器与单片机接口13

5.5.4 集电极开路门接口电路14

5.5.5 达林顿晶体管阵列驱动电路14

练习与思考14

第6章 单片机应用系统设计与调试14

6.1 单片机应用系统的设计环节14

6.2 硬件功能的设计原则14

6.2.1 单片机应用系统的硬件组成14

6.2.2 硬件设计的考虑14

6.3 软件功能的设计原则14

6.4 51系列单片机开发工具与方式14

6.4.1 在线仿真14

6.4.2 软件仿真15

6.4.3 在线编程15

6.5 单片机应用系统的调试15

6.5.1 硬件调试15

6.5.2 软件调试15

练习与思考15

第7章 单片机技术应用实践15

7.1 定时器/计数器在音乐发生器中的应用15

7.1.1 设计思路与依据15

7.1.2 硬件电路设计15

7.1.3 软件设计15

7.1.4 应用说明16

7.2 中断技术的双向识别16

7.2.1 设计思路和依据16

7.2.2 硬件设计17

7.2.3 软件设计17

7.2.4 应用说明17

7.3 串行通信的自发自收17

7.3.1 设计思路和依据18

7.3.2 硬件设计18

7.3.3 软件设计18

7.3.4 应用说明19

7.4 融合定时控制的键盘输入19

7.4.1 设计思路和依据19

7.4.2 硬件设计19

7.4.3 软件设计19

7.4.4 应用说明19

7.5 混合控制技术的红外遥控20

7.5.1 设计思路和依据20

7.5.2 硬件设计20

7.5.3 软件设计20

7.5.4 应用说明21

练习与思考21

第8章 单片机工程技术进阶21

8.1 中断返回与抗干扰21

8.1.1 硬件Watchdog及与单片机的接口21

8.1.2 Watchdog脉冲设置与复位可靠性分析21

8.1.3 中断返回与软件Watchdog机理21

8.1.4 中断返回与软件Watchdog实验验证21

8.1.5 软件Watchdog的热启动改进措施22

8.1.6 防错位干扰的空操作措施22

8.2 待机与键盘唤醒技术22

8.2.1 待机与唤醒方法的考虑22

8.2.2 待机方式的键盘唤醒电路22

8.3 数据冗余恢复技术23

8.3.1 冗余数据的存放区域考虑23

8.3.2 数据冗余恢复的表决策略23

8.4 交流电断电检测与信息保护技术23

8.4.1 交流电断电检测模块的构思与实现23

8.4.2 交流电断电检测的信息保护23

8.5 PC与多单片机通信的工程问题25

8.5.1 PC与单片机的逻辑电平转换接口25

8.5.2 PC与多单片机通信的问题分析25

8.5.3 PC与多单片机通信的处理措施25

8.5.4 PC与多单片机通信的实验验证25

8.6 点阵字符LCM造字与显示技术26

8.6.1 点阵字符LCM的功能结构简介26

8.6.2 点阵字符LCM的用户造字26

8.6.3 点阵字符LCM的时序26

8.6.4 点阵字符LCM的指令系统26

8.6.5 单片机与LCM接口的编程方法26

8.7 实时日历时钟27

8.7.1 DS12C887的引脚及存储器27

8.7.2 DS12C887寄存器A～D的功能27

8.7.3 DS12C887的读数方法与复位27

8.7.4 DS12C887的读/写时序27

8.7.5 DS12C887与单片机的接口电路27

练习与思考28

第9章 串行总线扩展技术28

9.1 SPI总线扩展技术28

9.1.1 SPI总线概述28

9.1.2 SPI总线扩展电路28

9.1.3 SPI总线数据交换原理28

9.1.4 SPI时钟相位和极性28

9.1.5 SPI总线采样的软件实现28

9.1.6 51系列单片机的SPI扩展应用29

9.2 Microwire总线扩展技术29

9.2.1 Microwire总线概述29

9.2.2 Microwire总线扩展电路29

9.2.3 Microwire总线串行E2PROM的数据传输29

9.2.4 51系列单片机与Microwire串行E2PROM的应用29

9.3 I2C总线扩展技术30

9.3.1 I2C总线概述30

9.3.2 I2C总线时序30

9.3.3 I2C总线串行器件的数据传输方法30

9.3.4 51系列单片机与I2C串行E2PROM的扩展应用31

9.4 单总线扩展技术31

9.4.1 单总线概述31

9.4.2 单总线工作原理32

9.4.3 单总线信号传输时序32

9.4.4 单总线的ROM命令32

9.4.5 单总线的功能命令32

9.4.6 51系列单片机与单总线器件的扩展应用32

9.5 几种串行总线技术的比较33

练习与思考33

附录34

附录A 51系列单片机按字母顺序排列的指令表34

附录B 特殊功能寄存器综览表34

附录C 内部RAM空间结构布局图34

附录D IC封装含义汇总34

附录E SPI总线的8位MCU34

附录F SPI总线的外围器件34

附录G I2C总线的8位MCU35

附录H I2C总线的外围器件35

参考文献35

《单片机技术及工程实践》结合工程实践系统地介绍了单片机技术原理及其应用。51系列单片机是应用得最广泛、最适合初学者学习的单片机。全书共9章，内容分为三个层次。第1～6章为基础部分，介绍了单片机硬件结构、指令系统、内部功能、总线扩展、外围接口和调试方法。第7章为单片机技术的应用实践部分，所提供的示例和思考方法都与基础原理紧密结合，通过动手实验验证以加深基础知识的理解和培养实践能力。第8、9章对工程应用中出现的问题开展单片机技术的进阶学习和串行总线扩展技术的系统性学习，以提高对单片机技术的实际运用能力。
《单片机技术及工程实践》融合了作者多年的教学和科研实践以及工程经验，书中内容和技术资料丰富，提供的实例全部通过验证，并附有汇编语言和C语言的程序源代码供对照参考，读者也可根据不同层次的需求来选择学习。
《单片机技术及工程实践》既可作为工科院校本科生单片机课程的教材，也可供研究生学习以及从事单片机技术培训、开发和应用的工程技术人员阅读参考。