单片机原理与接口技术教材

第1章 概论1

1.1 什么是单片机1

1.2 单片机的发展过程及趋势1

1.3 单片机的特点及应用场合4

1.4 单片机与嵌入式系统6

1.5 MCS-51系列单片机6

习题与思考7

第2章 MCS-51单片机的硬件结构及工作原理8

2.1 单片机的内部结构8

2.2 单片机的封装及引脚功能说明10

2.2.1 单片机的封装10

2.2.2 单片机的引脚功能说明10

2.3 单片机的微处理器13

2.3.1 运算器13

2.3.2 控制器14

2.3.3 振荡器、时钟电路及时序15

2.4 单片机的复位19

2.4.1 单片机的复位功能19

2.4.2 常用的复位电路21

2.5 单片机的存储系统22

2.5.1 单片机存储系统结构22

2.5.2 程序存储器24

2.5.3 数据存储器24

2.5.4 特殊功能寄存器26

2.6 MCS-51单片机并行I/O端口结构及其功能28

2.6.1 并行I/O端口的内部结构28◆单片机原理与接口技术教程目 录 2.6.2 并行I/O端口的读-修改-回写操作32

2.7 单片机外部总线扩展33

2.7.1 单片机外部总线扩展的结构33

2.7.2 地址空间的分配及译码34

2.7.3 扩展外部程序存储器的电路设计37

2.7.4 扩展外部数据存储器的电路设计38

2.8 单片机定时器/计数器的结构及功能41

2.8.1 定时器/计数器的结构及工作原理41

2.8.2 定时器/计数器的控制与状态寄存器42

2.8.3 MCS-51定时器/计数器0和1的工作方式44

2.8.4 MCS-51定时器/计数器2的工作方式47

2.9 串行通信51

2.9.1 串行通信概论51

2.9.2 串行通信总线标准及接口54

2.9.3 MCS-51串行接口的组成59

2.9.4 MCS-51串行接口的工作方式61

2.9.5 MCS-51串行接口波特率的设置64

2.10 中断系统67

2.10.1 中断系统的结构67

2.10.2 中断响应72

2.10.3 中断请求的撤销74

习题与思考75

第3章 MCS-51单片机的指令系统78

3.1 指令系统概述78

3.1.1 指令的概念78

3.1.2 指令系统符号标识的说明80

3.2 寻址方式81

3.2.1 立即寻址82

3.2.2 寄存器寻址83

3.2.3 间接寻址83

3.2.4 直接寻址84

3.2.5 变址寻址85

3.2.6 相对寻址85

3.2.7 位寻址86

3.3 指令分类介绍87

3.3.1 数据传送类指令87

3.3.2 算术运算类指令91

3.3.3 逻辑运算类指令95

3.3.4 控制转移类指令97

3.3.5 布尔（位）处理类指令101

习题与思考104

第4章 MCS-51汇编语言程序设计106

4.1 汇编语言程序设计概述106

4.1.1 汇编语言程序设计的基本步骤与方法107

4.1.2 汇编语言设计常用伪指令简介111

4.2 单片机汇编语言基础程序设计举例114

4.2.1 顺序结构程序设计114

4.2.2 分支结构程序设计115

4.2.3 循环结构程序设计117

4.2.4 子程序设计120

4.3 汇编语言程序设计实例124

4.3.1 通过I/O端口驱动LED124

4.3.2 查询方式的定时器应用125

4.3.3 中断方式的定时器应用126

习题与思考127

第5章 单片机C语言程序设计129

5.1 C51的数据类型与基本运算130

5.1.1 C51的数据类型、变量及存储模式130

5.1.2 运算符与表达式133

5.1.3 基本语句139

5.2 函数143

5.2.1 函数的定义143

5.2.2 函数的调用145

5.2.3 中断服务函数与寄存器组选择148

5.2.4 函数中变量的存储方式149

5.3 数组与指针151

5.3.1 数组的定义和引用151

5.3.2 字符数组152

5.3.3 指针的概念152

5.3.4 数组的指针154

5.3.5 指针的地址计算155

5.4 结构与联合156

5.4.1 结构变量的定义与引用156

5.4.2 结构变量的初值159

5.4.3 结构数组159

5.4.4 结构指针160

5.4.5 联合变量的定义与引用160

5.5 预处理器162

5.5.1 宏定义163

5.5.2 文件包含164

5.5.3 条件编译165

5.6 C51程序实例166

5.6.1 数据的分析和处理166

5.6.2 串行口数据收发167

5.6.3 查询方式的定时器应用168

5.6.4 中断方式的定时器应用169

习题与思考170

第6章 输入输出接口及系统扩展设计172

6.1 键盘及其接口设计172

6.1.1 键盘的基本工作原理172

6.1.2 独立式键盘接口设计173

6.1.3 行列式键盘接口设计177

6.2 LED显示器及其接口设计180

6.2.1 数码管显示器的结构与工作原理181

6.2.2 数码管的静态显示与动态显示183

6.3 字符点阵LCD显示模块的控制--模拟总线时序驱动187

6.3.1 1602字符点阵式LCM简介188

6.3.2 1602 字符点阵式LCM与单片机的接口192

6.4 图形点阵LCD显示模块的控制--扩展总线驱动194

6.4.1 128×64图形点阵液晶显示模块简介195

6.4.2 128×64图形点阵式LCM和单片机的接口197

6.5 并行输入输出接口的扩展205

6.5.1 通过串行口扩展并行输入输出接口205

6.5.2 通过系统总线扩展并行I/O端口208

6.6 单片机I/O端口模拟时序操作扩展设备209

6.6.1 I2C串行总线的基本特点209

6.6.2 I2C串行总线通信协议210

6.6.3 单片机系统I2C串行总线应用实例212

习题与思考217

第7章 单片机串行通信接口219

7.1 Hello,World!219

7.2 单片机串行口查询方式通信221

7.2.1 设计思路分析221

7.2.2 串行口查询方式通信程序实例222

7.3 单片机串行口中断方式通信223

7.3.1 设计思路分析223

7.3.2 串行口中断方式通信程序实例227

7.4 通过16C550扩展串行通信接口230

7.4.1 16C550简介230

7.4.2 单片机控制16C550实现扩展串行口240

7.5 扩展串行口在GSM无线通信网络中的应用248

7.5.1 GSM网络概述248

7.5.2 GSM Modem模块简介248

7.5.3 通过GSM Modem收发短消息252

7.5.4 GSM Modem模块与单片机的接口及应用257

7.6 通过RS-485总线实现单片机的多机通信264

7.6.1 单片机和RS-485总线收发器的接口电路设计264

7.6.2 单片机主从式多机通信的原理266

7.6.3 单片机主从式多机通信实例267

习题与思考273

第8章 电话通信接口275

8.1 电话用户线接口简介275

8.1.1 用户线接口的功能275

8.1.2 用户线接口信号分析276

8.2 用户线信号检测及控制电路的设计276

8.2.1 振铃信号检测电路276

8.2.2 双音多频信号译码电路278

8.2.3 电话接口电路281

8.2.4 继电器控制电路281

8.3 电话远程遥控系统的硬件电路设计283

8.3.1 CPU的选择285

8.3.2 各部分电路的工作原理285

8.4 电话远程遥控系统的软件设计288

8.4.1 软件系统分析288

8.4.2 系统软件设计290

习题与思考295

第9章 以太网通信接口297

9.1 TCP/IP协议的分层结构及数据处理297

9.1.1 TCP/IP协议的分层结构297

9.1.2 TCP/IP协议数据的处理299

9.2 相关协议报文的格式300

9.2.1 以太网帧格式300

9.2.2 ARP报文格式301

9.2.3 IP报文格式301

9.2.4 ICMP报文格式303

9.2.5 UDP报文格式303

9.3 嵌入式精简TCP/IP协议栈的结构及现实意义304

9.3.1 嵌入式精简TCP/IP协议栈的总体结构304

9.3.2 嵌入式精简TCP/IP协议栈的现实意义305

9.4 以太网串行口数据转换模块的硬件设计305

9.4.1 以太网接口芯片RTL8019AS305

9.4.2 单片机系统接口电路设计310

9.5 以太网串行口数据转换模块的软件设计314

9.5.1 串行口控制程序的设计314

9.5.2 RTL8019AS控制程序的设计314

9.5.3 精简TCP/IP协议栈系统工作流程及代码分析319

9.5.4 以太网串行口数据转换模块工作实测355

习题与思考356

参考文献357

本书以MCS-51单片机为代表机型，详细讲述8位单片机的硬件结构、工作原理、指令系统和汇编语言程序设计；着重介绍单片机C语言程序设计技术，讨论C语言对单片机硬件资源的操作和控制，并通过一系列简单的实例，分析单片机应用系统中常用的并行输入输出接口、数码管接口、LCD接口、串行接口、存储器接口及外围设备扩展等方面的设计要点。此外，本书重视通信类应用实践技术，详细介绍单片机串行通信接口扩展、通过串行接口控制GSM模块收发短消息、通过RS-485总线实现多机通信、电话用户线通信接口以及精简TCP/IP协议栈的设计和实现。每部分内容均由实际项目总结提炼而来，并给出了完整的电路原理图和测试代码。本书可作为高等院校本科教育中通信、信息、自动化、电气工程、应用电子技术等专业和计算机专业的教材，也可供相关教师及工程技术人员参考。

本书以MCS-51单片机为代表机型，详细讲述了单片机原理及常用的接口技术，并给出了多个综合实例。