单片机原理与应用 -中南大学出版社

单片机原理与应用

【作者】：曾屹
【出版时间】：2009-06
【字数】：561（千字）
【定价】：￥38.00（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-81105-832-1
【页码】：356（页）
【开本】：32开

本书是作者多年教学经验和科研成果的结晶。全书内容以培养21世纪复合型、应用型人才为目标,为有利于更新教学内容和教学方法,反映当前单片机应用的新技术、新进展而编写。根据高等教育对单片机原理与应用技术课程教学的基本要求,本书以51单片机为主要对象,系统地介绍了单片机的基本硬件结构和工作原理、指令系统与汇编语言程序设计、计数/定时器、串行接口和中断系统等片内功能部件、基本接口应用技术、功能扩展、应用系统设计基础、C语言程序设计和仿真设计技术。

本书注重将理论讲授和实践训练相结合,强调应用性和实践性,结合应用实例对单片机应用系统的汇编语言和C语言程序设计方法进行了讨论;并特别介绍了方便实用的单片机仿真设计技术。

每章安排了较丰富的例题、思考题和练习题,便于学生的复习、巩固和训练提高。

本书前面部分主要介绍了微型计算机的基本知识,因此,也可作为微机原理课程的教材。

本书可作为电子类、机电类和计算机类各专业的本科学生和高职专科学生的教材,也可供相关工程技术人员参考。

第1章单片微型计算机概论……………………………………………………… (1)
1.1 微型计算机与单片微型计算机………………………………………………… (1)
1.1.1 微型计算机的基本硬件结构…………………………………………… (1)
1.1.2 微型计算机的软件……………………………………………………… (2)
1.1.3 微型计算机的基本工作过程…………………………………………… (4)
1.1.4 微型计算机与单片机…………………………………………………… (4)
1.2 单片微型计算机概述…………………………………………………………… (5)
1.2.1 单片机的应用领域……………………………………………………… (5)
1.2.2 单片机的分类…………………………………………………………… (6)
1.2.3 单片机的发展趋势……………………………………………………… (7)
1.3 计算机中的数和编码…………………………………………………………… (9)
1.3.1 常用的数制……………………………………………………………… (9)
1.3.2 常用数制的转换……………………………………………………… (10)
1.3.3 有符号数的表示……………………………………………………… (12)
1.3.4 二-十进制数(BCD码) ……………………………………………… (14)
1.3.5 ASCII码………………………………………………………………… (15)
本章小结……………………………………………………………………………… (16)
思考与练习题………………………………………………………………………… (17)
第2章 51单片机的基本结构和工作原理……………………………………… (18)
2.1 51单片机的外形、内部结构及功能………………………………………… (18)
2.1.1 51单片机的外形和引脚功能………………………………………… (18)
2.1.2 51单片机内部的逻辑结构…………………………………………… (19)
2.2 51单片机的存储器…………………………………………………………… (22)
2.2.1 计算机存储器………………………………………………………… (22)
2.2.2 存储器的逻辑结构和操作…………………………………………… (24)
2.2.3 51单片机的程序存储器ROM………………………………………… (25)
2.2.4 51单片机的数据存储器……………………………………………… (26)
2.3 并行输入输出接口的结构和功能…………………………………………… (31)
2.3.1 P1口,准双向通用I/O口…………………………………………… (31)
2.3.2 P3口,具备第二功能的准双向通用I/O口………………………… (33)
2.3.3 P0口,地址数据分时复用总线和通用I/O口……………………… (33)
2.3.4 P2口,通用I/O口或高8位地址口………………………………… (34)
2.3.5 并行端口的负载能力………………………………………………… (35)
2.4 51单片机的最小系统………………………………………………………… (35)
2.4.1 51单片机的时钟电路………………………………………………… (35)
2.4.2 51单片机的复位……………………………………………………… (38)
本章小结……………………………………………………………………………… (39)
思考与练习题………………………………………………………………………… (41)
第3章 51单片机的指令系统……………………………………………………… (43)
3.1 概述…………………………………………………………………………… (43)
3.1.1 汇编语言指令………………………………………………………… (43)
3.1.2 51单片机汇编语言指令系统的特点………………………………… (44)
3.1.3 指令及其注释中的符号的用法说明………………………………… (44)
3.2 51单片机的寻址方式………………………………………………………… (45)
3.2.1 立即寻址……………………………………………………………… (45)
3.2.2 直接寻址……………………………………………………………… (45)
3.2.3 寄存器寻址…………………………………………………………… (45)
3.2.4 寄存器间接寻址……………………………………………………… (46)
3.2.5 变址寻址……………………………………………………………… (46)
3.2.6 相对寻址……………………………………………………………… (47)
3.2.7 位寻址………………………………………………………………… (48)
3.2.8 寻址方式与寻址空间………………………………………………… (48)
3.3 数据传送指令………………………………………………………………… (49)
3.3.1 普通传送指令………………………………………………………… (49)
3.3.2 特殊传送指令………………………………………………………… (50)
3.4 算术运算指令………………………………………………………………… (53)
3.4.1 普通四则运算指令…………………………………………………… (54)
3.4.2 特殊运算指令………………………………………………………… (56)
3.4.3 传送指令和算术运算指令的综合应用……………………………… (57)
3.5 逻辑运算和循环类指令……………………………………………………… (58)
3.5.1 基本逻辑运算指令(18条)…………………………………………… (58)
3.5.2 累加器的操作指令(6条) …………………………………………… (59)
3.6 程序转移类指令……………………………………………………………… (60)
3.6.1 程序流程图…………………………………………………………… (60)
3.6.2 无条件转移指令(4条) ……………………………………………… (63)
3.6.3 条件转移指令(8条) ………………………………………………… (65)
3.7 子程序及其调用和返回指令………………………………………………… (67)
3.7.1 子程序的概念………………………………………………………… (67)
3.7.2 调子指令和返回指令(5条) ………………………………………… (68)
3.7.3 空操作指令…………………………………………………………… (70)
3.8 位操作指令…………………………………………………………………… (70)
3.8.1 简单的位操作指令(12条)…………………………………………… (70)
3.8.2 位条件转移指令(5条) ……………………………………………… (71)
本章小结……………………………………………………………………………… (73)
思考与练习题………………………………………………………………………… (74)
第4章 51单片机的汇编语言程序设计基础…………………………………… (78)
4.1 程序设计语言与汇编………………………………………………………… (78)
4.1.1 程序设计语言………………………………………………………… (78)
4.1.2 汇编…………………………………………………………………… (80)
4.1.3 51单片机的伪指令…………………………………………………… (80)
4.2 源程序的组成形式与目标程序……………………………………………… (83)
4.2.1 51单片机的汇编语言格式…………………………………………… (83)
4.2.2 一个完整的汇编语言源程序及其目标程序示例…………………… (83)
4.2.3 汇编环境中的程序结构……………………………………………… (84)
4.3 常用的程序…………………………………………………………………… (85)
4.3.1 数制转换程序………………………………………………………… (86)
4.3.2 算术运算程序………………………………………………………… (88)
4.3.3 软件模拟硬件功能的程序…………………………………………… (91)
本章小结……………………………………………………………………………… (95)
思考与练习题………………………………………………………………………… (96)
第5章 51单片机中断系统、定时/计数器和串行接口……………………… (99)
5.1 中断系统……………………………………………………………………… (99)
5.1.1 中断系统的结构……………………………………………………… (99)
5.1.2 中断系统的结构及其工作原理……………………………………… (100)
5.1.3 中断的允许和优先级控制…………………………………………… (102)
5.2 中断处理过程………………………………………………………………… (103)
5.2.1 中断处理……………………………………………………………… (103)
5.2.2 中断响应时间………………………………………………………… (105)
5.2.3 中断系统的应用……………………………………………………… (105)
5.3 定时/计数器………………………………………………………………… (107)
5.3.1 定时/计数器的结构及其工作原理………………………………… (107)
5.3.2 定时/计数器的控制………………………………………………… (108)
5.3.3 定时/计数器的工作方式及其应用………………………………… (109)
5.3.4 综合应用举例………………………………………………………… (115)
5.3.5 借用定时器溢出中断扩展外部中断源……………………………… (118)
4 单片机原理与应用
5.4 51单片机的串行接口………………………………………………………… (119)
5.4.1 串行口通信概念……………………………………………………… (119)
5.4.2 51单片机串行接口的结构与控制…………………………………… (121)
5.4.3 串行接口的工作方式………………………………………………… (122)
5.4.4 串行接口的初始化…………………………………………………… (124)
5.4.5 串行接口异步通信的应用…………………………………………… (125)
本章小结…………………………………………………………………………… (137)
思考与练习题……………………………………………………………………… (138)
第6章 51单片机的基本接口应用技术………………………………………… (140)
6.1 51单片机的并行接口………………………………………………………… (141)
6.1.1 51单片机的三总线结构……………………………………………… (141)
6.1.2 I/O接口电路………………………………………………………… (141)
6.1.3 存储器的扩展及接口………………………………………………… (143)
6.2 开关量接口…………………………………………………………………… (146)
6.2.1 开关量输入接口……………………………………………………… (147)
6.2.2 键盘接口……………………………………………………………… (149)
6.2.3 开关量输出接口……………………………………………………… (154)
6.3 显示接口……………………………………………………………………… (159)
6.3.1 LED显示接口………………………………………………………… (159)
6.3.2 LCD液晶显示接口…………………………………………………… (164)
6.4 模拟量接口…………………………………………………………………… (171)
6.4.1 A/D转换器及接口…………………………………………………… (171)
6.4.2 D/A转换器及接口…………………………………………………… (177)
6.4.3 A/D和D/A的应用问题…………………………………………… (182)
本章小结…………………………………………………………………………… (184)
思考与练习题……………………………………………………………………… (185)
第7章 51单片机的功能扩展…………………………………………………… (187)
7.1 AT89系列单片机…………………………………………………………… (187)
7.1.1 AT89系列单片机的品种和类型…………………………………… (187)
7.1.2 AT89S52单片机的定时/计数器2 ………………………………… (189)
7.1.3 AT89S52单片机的WDT …………………………………………… (194)
7.1.4 AT89S52的节电运行方式…………………………………………… (195)
7.2 串行总线接口技术…………………………………………………………… (196)
7.2.1 I2C串行总线………………………………………………………… (196)
7.2.2 SPI串行总线………………………………………………………… (208)
7.3 SOC型单片机………………………………………………………………… (222)
7.3.1 C8051F系列单片机………………………………………………… (222)
7.3.2 ADuC841单片机……………………………………………………… (228)
本章小结…………………………………………………………………………… (232)
思考与练习题……………………………………………………………………… (234)
第8章单片机应用系统的设计………………………………………………… (235)
8.1 单片机应用系统的设计原则与过程………………………………………… (235)
8.1.1 单片机应用系统的设计原则………………………………………… (235)
8.1.2 单片机应用系统的设计过程………………………………………… (236)
8.2 单片机应用系统的抗干扰设计……………………………………………… (240)
8.2.1 硬件抗干扰设计……………………………………………………… (240)
8.2.2 软件抗干扰设计……………………………………………………… (242)
8.3 DS18B20数字温度计的设计………………………………………………… (244)
8.3.1 功能要求……………………………………………………………… (244)
8.3.2 设计方案选择………………………………………………………… (244)
8.3.3 DS18B20的性能特点和内部结构…………………………………… (245)
8.3.4 DS18B20的测温原理………………………………………………… (247)
8.3.5 DS18B20的各条ROM命令和接口程序设计……………………… (248)
8.3.6 系统硬件电路的设计………………………………………………… (249)
8.3.7 系统软件的设计……………………………………………………… (250)
8.3.8 调试及性能分析……………………………………………………… (252)
8.3.9 源程序清单…………………………………………………………… (253)
8.4 超声波测距仪的设计………………………………………………………… (263)
8.4.1 超声波测距的工作原理……………………………………………… (263)
8.4.2 功能要求……………………………………………………………… (264)
8.4.3 设计方案选择………………………………………………………… (264)
8.4.4 系统硬件的设计……………………………………………………… (264)
8.4.5 系统程序的设计……………………………………………………… (266)
8.4.6 调试与分析…………………………………………………………… (267)
8.4.7 源程序清单…………………………………………………………… (268)
本章小结…………………………………………………………………………… (274)
思考与练习题……………………………………………………………………… (274)
第9章 51单片机的C语言程序设计………………………………………… (275)
9.1 单片机C语言与汇编语言…………………………………………………… (275)
9.2 单片机C语言程序的编译与开发调试……………………………………… (276)
9.2.1 单片机C语言编译器………………………………………………… (276)
9.2.2 单片机C语言程序开发流程………………………………………… (276)
9.3 C51数据与运算……………………………………………………………… (277)
9.3.1 数据类型、常量与变量……………………………………………… (277)
6 单片机原理与应用
9.3.2 数据的存储类型及存储区…………………………………………… (279)
9.3.3 存储器模式…………………………………………………………… (280)
9.3.4 8051结构的C51定义………………………………………………… (281)
9.3.5 运算符、表达式及其规则…………………………………………… (282)
9.4 单片机C语言程序的基本结构……………………………………………… (285)
9.4.1 主函数………………………………………………………………… (285)
9.4.2 函数…………………………………………………………………… (285)
9.4.3 头文件………………………………………………………………… (285)
9.5 C51流程控制语句…………………………………………………………… (286)
9.5.1 顺序结构……………………………………………………………… (286)
9.5.2 分支结构……………………………………………………………… (286)
9.5.3 循环结构……………………………………………………………… (288)
9.6 C51函数……………………………………………………………………… (289)
9.6.1 函数定义的一般形式………………………………………………… (289)
9.6.2 库函数………………………………………………………………… (289)
9.6.3 中断函数……………………………………………………………… (290)
9.7 单片机C语言编程实例……………………………………………………… (290)
9.7.1 单片机内部资源的C语言编程……………………………………… (290)
9.7.2 8051控制步进电机的C编程……………………………………… (294)
9.7.3 D/A转换接口及驱动程序…………………………………………… (295)
9.8 C51的使用技巧和规范……………………………………………………… (296)
9.8.1 使用C51的技巧……………………………………………………… (296)
9.8.2 C51使用规范………………………………………………………… (299)
本章小结…………………………………………………………………………… (300)
思考与练习题……………………………………………………………………… (301)
第10章单片机仿真设计技术…………………………………………………… (302)
10.1 ISIS编辑界面……………………………………………………………… (303)
10.1.1 编辑窗口的基本设置……………………………………………… (303)
10.1.2 编辑窗口的基本操作……………………………………………… (304)
10.1.3 ProteusISIS的系统设置…………………………………………… (304)
10.2 设计电路原理图…………………………………………………………… (305)
10.2.1 建立设计文件……………………………………………………… (305)
10.2.2 电路原理图设计…………………………………………………… (307)
10.2.3 电路测试和材料清单……………………………………………… (311)
10.3 ISIS的单片机系统仿真…………………………………………………… (311)
10.3.1 ISIS的单片机仿真功能…………………………………………… (312)
10.3.2 单片机仿真的基本方法…………………………………………… (312)
10.4 Keil与Proteus的综合应用………………………………………………… (321)
10.4.1 μVision2的基本使用方法………………………………………… (321)
10.4.2 μVision2的调试工具和功能……………………………………… (326)
10.4.3 Keil与Proteus的联合仿真调试…………………………………… (327)
本章小结…………………………………………………………………………… (329)
思考与练习题……………………………………………………………………… (330)
附录…………………………………………………………………………………… (332)
附录A MCS-51单片机分类指令表…………………………………………… (332)
附录B ASCII码表………………………………………………………………… (335)
参考文献………………………………………………………………………………… (337)

随着经济社会发展对智能化和信息化要求的不断提高,单片机作为智能控制的核心,逐渐渗透到社会生产和生活的各个方面。单片机芯片的使用量每年以数百亿片计,广泛应用于仪器仪表、信息处理和通信设备、家用电器和汽车,以及精密制导武器等方方面面,似乎已经找不到不使用单片机的领域了。因此,社会上需要大量的学习和掌握了单片机应用技术的专门人才。单片机原理及应用技术课程可以作为专业课程来学习,现在却越来越呈现出专业基础课的特征了。

单片机及其接口应用技术的综合性很强,涉及模拟和数字电子技术、集成电路芯片、传感器、程序设计和电路设计,需要使用多种EDA软件。学习单片机原理及应用技术课程,能够促使我们将这些知识融会贯通,自然而然会提高我们解决实际工程技术问题的能力。

本书内容以培养21世纪复合型、应用型人才为目标,为有利于更新教学内容和教学方法,反映当前单片机应用的新技术、新进展而编写。内容层次结构组织新颖、合理,概念条理清晰,应用举例实用;在叙述上力求深入浅出、通俗易懂,便于学生的学习和掌握。

本书的结构特点和使用指南:

1.全书分成:①基本知识及其应用;②拓展的知识及其应用;③系统综合应用与实用设计方法三个层次。这样,可以适应不同层次的教学和应用要求,方便不同课时安排的专业选择教学内容,也为有较高要求的专业和学生提供了学习的内容和研究的方向。

2.第一部分阐述了:单片机的基本硬件结构、汇编语言指令系统、汇编语言程序设计基本知识和方法、单片机的定时/计数器以及串行接口和中断系统、单片机的基本接口(包括开关量接口、显示接口、键盘接口和AD/DA接口)应用技术。学完这部分内容后的学生可以对51单片机系统有一个基本的了解,可以从事较简单的应用。

3.第二部分包括:51单片机的功能扩展和接口设计,单片机应用系统设计基础。学完这部分内容后的学生,对51单片机系统应有一个比较全面的认识,能够进行单片机应用系统设计。

4.第三部分的内容:单片机的C语言程序设计,单片机应用系统的仿真设计技术。学完这部分内容后,学生能够初步掌握用高级语言和新颖的EDA技术设计单片机应用系统的方法,具有较高的设计应用水平。

本书由曾屹策划和统稿并担任主编,参加编写的人员有:张玲玲,第1章;曾屹,第2、7、10章;王莉,第3、4章;刘理云,第5章;陈日新,第6章;刘辉,第8、9章。此外,李日辉提供了第10章的部分实例。

本书的编写参阅了许多文献资料,编者在此谨向各位作者表示诚挚的感谢。彭楚武教授在百忙之中也挤出时间,认真仔细地审阅了全部书稿,谨致谢意。

由于笔者学识和水平所限,虽经努力,但书中仍难免有疏漏和不妥,甚至错误之处。恳请读者指出,帮助改正。

编者
2009年2月
E-mail:zqcsu@yahoo.com.cn

随着我国科学技术不断地发展、完善,以及教育体系不断地更新,社会用人单位对高校人才培养模式提出了更高更新的要求。复合型、创新型、实用型人才日益受到用人单位的青睐。这种发展趋势必将会使高校的人才培养模式面临着新的挑战,这就意味着如何提高高等学校毕业生的实际工作能力尤为重要。诚然,除了努力加强实践教学之外,还应着力加强和推进理论教学及其教材的建设与更新,显然,它是提高高等学校教学质量的一个必不可少的重要环节。根据教育部、财政部《关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》的文件精神,启动“万种新教材建设项目,加强新教材和立体化教材建设”工程,积极组织好教师编写新教材。

鉴于此,中南大学出版社特邀请湖南省及外省部分高等学校从事电工电子技术教学、实验和应用研究的教授、专家和教学第一线的骨干教师、高级实验师组成了教材编委会,编写了电工电子技术等系列教材。

本系列教材的主要特点为:

1.充分吸取了教学改革、课程设置与教材建设等方面的经验成果,在内容的选材上(如例题和习题)力求理论紧密联系实际、注重实用技术的讲解和实用技能的训练。同时也能较好地反映出电子电气信息领域的最新研究成果,体现了电子电气应用领域的新知识、新技术、新工艺与新方法。

2.根据专业特点,对传统教材的内容进行了精选、整合、优化,以满足理论教学与实验教学的要求。同时,注意到与相关课程内容之间的衔接,从而保证了教学的系统性,有利于理论教学。

3.编写与电子技术类课程设计相配套的指导性教材,有利于实践性教学。

4.该系列教材中,基本概念的阐述较清晰,层次分明,语言表述做到了通俗易懂,有利于学生自学。

目前,我国高等教育的模式还有赖于日趋完善,教材体系尚未完全建立,教材编写还处于不断探索的阶段,仍需要我国高等学校的广大教师持之以恒、不懈地努力、辛勤地耕耘,编写出更多更好的满足新形式下教学需要的实用教材。

我相信并殷切地期望该系列教材的出版,它不仅会受到广大教师的欢迎,满足教学的需要,而且还将会对我国高等学校的教材建设起到积极的促进作用。最后,预祝《高等院校培养应用型人才电子技术类课程系列规划教材》出版项目取得成功,为我国高等教育事业和信息产业的蓬勃发展与繁荣昌盛培土施肥。同时,也恳切地希望广大读者、同仁,对该系列教材的不足之处提出中肯的意见和有益的建议,以便再版时更正。

甘良才谨识
教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会理事长
武汉大学电子信息学院教授/博士生导师
2009年2月15日