單片機(jī)原理及接口

2007年1月于長(zhǎng)沙岳麓山

全書分10章，主要包括單片機(jī)概述、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)與尋址方式、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行通信、外部系統(tǒng)擴(kuò)展、輸入輸出及接口技術(shù)、單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用實(shí)例。

本書在參考國(guó)內(nèi)外大量資料的基礎(chǔ)上，并結(jié)合編者多年的教學(xué)和科研實(shí)踐編寫而成。在編寫過(guò)程中，既做到內(nèi)容全面、敘述清楚，又注重最新的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，并且在第8章和第9章中介紹當(dāng)前流行的SPI、IIC、1-Wire等串行總線的工作原理、接口技術(shù)及其應(yīng)用。

本書理論體系完整，內(nèi)容翔實(shí)，語(yǔ)言通俗易懂，實(shí)例實(shí)用性和針對(duì)性強(qiáng)，既適合作為高等院校信息工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、自動(dòng)化、電氣工程和機(jī)電等專業(yè)的教材，又可供有關(guān)技術(shù)培訓(xùn)及工程技術(shù)人員自學(xué)參考之用。

隨著科技的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)特別是單片機(jī)的發(fā)展十分迅速，其檔次不斷提高，功能越來(lái)越強(qiáng)。由于單片機(jī)集成度高、體積小、控制功能強(qiáng)、可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控、智能儀器儀表、民用電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中。

單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，使其科技地位日益提高。廣大師生及科技工作者不斷掀起了學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用單片機(jī)的熱潮。

目前，單片機(jī)系列繁多，上百種機(jī)型，有8位、16位、32位的單片機(jī)，但是8位單片機(jī)仍是主流產(chǎn)品。本書以當(dāng)前流行的P89C5x系列單片機(jī)為主線，將傳統(tǒng)技術(shù)與最新前沿技術(shù)結(jié)合起來(lái)，系統(tǒng)介紹了單片機(jī)工作原理、接口技術(shù)及其應(yīng)用。

全書共分10章，第1章為單片機(jī)概述及P89C5x系列簡(jiǎn)介；第2章為P89C5x單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，詳細(xì)介紹了它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、時(shí)序及flash編程與加密；第3章介紹了單片機(jī)匯編指令及7種尋址方式；第4章通過(guò)實(shí)例介紹單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；第5章、第6章、第7章分別介紹單片機(jī)的計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及串行通信等技術(shù)；第8章主要介紹了SPI、IIC、SMBus、1-Wire串行總線的工作原理及擴(kuò)展方法；第9章以串行擴(kuò)展方式為主，介紹了LED、LCD、D/A、A/D、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、語(yǔ)音接口、溫度測(cè)量等串行輸入輸出接口的原理及應(yīng)用方法；第10章列舉了幾個(gè)單片機(jī)實(shí)用開(kāi)發(fā)實(shí)例。前9章均配有大量的習(xí)題，以幫助讀者復(fù)習(xí)鞏固及提高所學(xué)知識(shí)。

本書可作為應(yīng)用型本科、高職高專等高等院校的電子工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、通信工程、自動(dòng)控制及相關(guān)專業(yè)的教材，也可供從事單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工程的技術(shù)人員參考。

參加本書編寫的有陳忠平、曹巧媛、曹琳琳、劉瓊、申曉龍等。全書由李剛民教授主審，趙萬(wàn)毅教授、王景芳教授審校。在本書的編寫過(guò)程中還得到了湖南三一重工王漢其、侯玉寶、劉同法、胡彥倫等眾位高工、老師的大力支持及幫助，在此向他們表示衷心的感謝。同時(shí)對(duì)在編寫過(guò)程中參

考的多部單片機(jī)原理及相關(guān)著作的作者表示深深的謝意！

由于編寫時(shí)間倉(cāng)促、編者水平有限，書中難免有錯(cuò)誤及不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。若有好的建議請(qǐng)與我們聯(lián)系，

第1章 緒論 1

1.1 概述 1

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1.2.1 單片機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史及最新發(fā)展?fàn)顩r 2

1.2.2 單片機(jī)的特點(diǎn)、分類及應(yīng)用 5

1.3 P89系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 7

1.3.1 P89C5x系列單片機(jī)性能 7

1.3.2 P89C5x系列單片機(jī)外形封裝 8

1.3.3 P89C5x單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9

1.4 單片機(jī)的學(xué)習(xí)方法及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)啟示 9

1.4.1 學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)具備的知識(shí)與能力 10

1.4.2 單片機(jī)學(xué)習(xí)的方法引導(dǎo) 10

1.4.3 單片機(jī)的學(xué)習(xí)要點(diǎn) 10

1.4.4 單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟 11

小結(jié) 12

習(xí)題 12

第2章 P89C5x單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 13

2.1 P89C5x單片機(jī)的組成 13

2.1.1 單片機(jī)的引腳及功能 13

2.1.2 P89C5x單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 15

2.2 P89C5x單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 19

2.2.1 程序存儲(chǔ)器 20

2.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 21

2.2.3 特殊功能寄存器 22

2.3 P89C5x單片機(jī)I/O端口 25

2.3.1 P0端口結(jié)構(gòu)及其操作 25

2.3.2 P1端口結(jié)構(gòu)及其操作 26

2.3.3 P2端口結(jié)構(gòu)及其操作 27

2.3.4 P3端口結(jié)構(gòu)及其操作 28

2.3.5 I/O端口的應(yīng)用特性 29

2.4"para" label-module="para">

2.4.1 復(fù)位方式 30

2.4.2 程序執(zhí)行方式 32

2.4.3 低功耗方式 32

2.4.4 在線仿真 35

2.4.5 振蕩器與時(shí)鐘電路 35

2.4.6 可編程時(shí)鐘輸出 36

2.4.7 機(jī)器周期和指令周期 36

2.5 單片機(jī)flash存儲(chǔ)器的編程及加密方法 37

2.5.1 flash存儲(chǔ)器的編程 37

2.5.2 單片機(jī)的加密方法 37

小結(jié) 38

習(xí)題 38

第3章 單片機(jī)指令系統(tǒng)與尋址方式 40

3.1 概述 40

3.2 尋址方式 41

3.2.1 立即尋址方式 42

3.2.2 直接尋址方式 42

3.2.3 寄存器尋址方式 42

3.2.4 寄存器間接尋址方式 42

3.2.5 基址加變址間接尋址方式 43

3.2.6 相對(duì)尋址 44

3.2.7 位尋址方式 44

3.3 指令系統(tǒng) 44

3.3.1 指令分類 44

3.3.2 數(shù)據(jù)傳送類 45

3.3.3 算術(shù)運(yùn)算類指令 51

3.3.4 邏輯運(yùn)算類 57

3.3.5 控制轉(zhuǎn)移類 60

3.3.6 位操作類傳送指令 65

3.4 偽指令 67

小結(jié) 69

習(xí)題 69

第4章 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 72

4.1 概述 72

4.2 順序程序設(shè)計(jì) 73

4.3 分支程序設(shè)計(jì) 74

4.4 循環(huán)程序設(shè)計(jì) 77

4.5 子程序設(shè)計(jì)和參數(shù)傳遞 80

4.6 查表類程序設(shè)計(jì) 82

4.7 軟件延時(shí)程序設(shè)計(jì) 83

4.8 輸入輸出類程序設(shè)計(jì) 84

小結(jié) 88

習(xí)題 88

第5章 P89C5x的計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器 89

5.1 計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 89

5.1.1 計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 89

5.1.2 計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理 89

5.1.3 計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器 90

5.2 T0和T1的工作方式與應(yīng)用 94

5.2.1 方式0及其應(yīng)用 94

5.2.2 方式1及其應(yīng)用 96

5.2.3 方式2及其應(yīng)用 98

5.2.4 方式3及其應(yīng)用 101

5.3 T2計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式與應(yīng)用 103

5.3.1 捕獲方式及其應(yīng)用 103

5.3.2 自動(dòng)重裝方式及其應(yīng)用 106

5.3.3 波特率發(fā)生器方式及其應(yīng)用 108

5.4 計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器的綜合應(yīng)用 110

小結(jié) 112

習(xí)題 112

第6章 中斷系統(tǒng) 113

6.1 中斷技術(shù)概述 113

6.1.1 中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 114

6.1.2 中斷處理流程 114

6.2 中斷系統(tǒng) 117

6.2.1 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 117

6.2.2 中斷源及矢量地址 118

6.2.3 中斷控制 119

6.3 外部中斷源的擴(kuò)展 122

6.3.1 利用計(jì)時(shí)器擴(kuò)充外部中斷源 122

6.3.2 中斷和軟件查詢相結(jié)合擴(kuò)充外部中斷源 123

6.3.3 矢量中斷擴(kuò)充外部中斷源 124

6.4 中斷系統(tǒng)的應(yīng)用 127

小結(jié) 131

習(xí)題 131

第7章 串行數(shù)據(jù)通信 132

7.1 串行數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 132

7.1.1 串行通信的分類 132

7.1.2 串行通信的數(shù)據(jù)通路形式 134

7.1.3 RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn) 135

7.1.4 串行端口芯片 137

7.2 P89C5x的串行端口及控制寄存器 138

7.2.1 串行端口的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 138

7.2.2 通信過(guò)程 139

7.2.3 串行通信控制寄存器 139

7.3 串行通信工作方式及波特率 141

7.3.1 串行通信的工作方式 141

7.3.2 串行端口的通信波特率 142

7.4 串行端口工作方式的應(yīng)用 144

7.4.1 方式0的應(yīng)用 144

7.4.2 方式1的應(yīng)用 147

7.4.3 方式2和方式3的應(yīng)用 152

小結(jié) 163

習(xí)題 163

第8章 外部系統(tǒng)的擴(kuò)展 165

8.1 并行擴(kuò)展總線 165

8.1.1 并行擴(kuò)展總線方法 165

8.1.2 地址譯碼方法 166

8.1.3 總線驅(qū)動(dòng) 166

8.2 串行總線擴(kuò)展 167

8.2.1 SPI總線 167

8.2.2 MICROWIRE總線 171

8.2.3 IIC總線 172

8.2.4 SMBus總線 177

8.2.5 單總線 179

8.3 并行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 183

8.3.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 183

8.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 186

8.4 串行EEPROM的擴(kuò)展 189

8.4.1 二線制IIC EEPROM AT24CXX系列的擴(kuò)展 189

8.4.2 三線制SPI EEPROM AT25010/020/040系列的擴(kuò)展 195

小結(jié) 197

習(xí)題 197

第9章 輸入輸出及接口技術(shù) 199

9.1 鍵盤 199

9.1.1 鍵盤的工作原理 199

9.1.2 獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤 200

9.1.3 串行I/O端口擴(kuò)充鍵盤 200

9.2 LED顯示器 203

9.2.1 LED顯示器的結(jié)構(gòu)及分類 203

9.2.2 LED顯示器的顯示方式 204

9.2.3 MAX7219串行輸入輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器 205

9.2.4 LED點(diǎn)陣顯示器 210

9.3 LCD顯示器 211

9.3.1 LCD液晶顯示器的基本知識(shí) 211

9.3.2 字段式LCD顯示器 214

9.3.3 點(diǎn)陣字符式LCD顯示器 215

9.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換器接口及應(yīng)用 218

9.4.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的原理及分類 218

9.4.2 10位串行D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615 219

9.4.3 TLC5615的應(yīng)用 221

9.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口及應(yīng)用 222

9.5.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分類 222

9.5.2 11路12位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543 223

9.5.3 TLC2543與單片機(jī)的連接及應(yīng)用 225

9.6 PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷 227

9.6.1 PCF8563外部封裝及引腳功能 227

9.6.2 PCF8563芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 228

9.6.3 16個(gè)8位寄存器的功能及其控制 229

9.6.4 PCF8563與單片機(jī)的連接 231

9.7 語(yǔ)音接口 234

9.7.1 ISD4004的外部封裝及引腳功能 235

9.7.2 ISD4004的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 236

9.7.3 ISD4004串行SPI傳輸接口 236

9.7.4 操作指令及工作過(guò)程 237

9.7.5 ISD4004的應(yīng)用 237

9.8 溫度測(cè)量 242

9.8.1 DS18B20封裝形式及引腳功能 242

9.8.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 242

9.8.3 DS18B20測(cè)溫原理 244

9.8.4 DS18B20的ROM命令 245

9.8.5 DS18B20與單片機(jī)的連接及其應(yīng)用 246

小結(jié) 249

習(xí)題 249

第10章 單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用實(shí)例 250

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10.1.1 啟動(dòng)"para" label-module="para">

10.1.2 創(chuàng)建應(yīng)用 250

10.1.3 調(diào)試程序 254

10.2 單片機(jī)演奏音樂(lè)的設(shè)計(jì) 254

10.2.1 單片機(jī)產(chǎn)生音調(diào)的基礎(chǔ)知識(shí) 255

10.2.2 音樂(lè)軟件的設(shè)計(jì) 257

10.2.3 歌曲的設(shè)計(jì) 258

10.3 交通信號(hào)燈模擬控制 261

10.3.1 交通信號(hào)燈模擬控制原理 261

10.3.2 單片機(jī)模擬控制交通燈程序設(shè)計(jì) 262

10.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制 265

10.4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理及分配形式 265

10.4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制 266

10.4.3 鍵盤控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)數(shù)的設(shè)計(jì) 267

10.5 紅外線遙控彩燈的設(shè)計(jì) 271

10.5.1 紅外線遙控原理 271

10.5.2 紅外線遙控彩燈硬件電路設(shè)計(jì) 273

10.5.3 紅外線遙控彩燈軟件設(shè)計(jì) 274

附錄A 單片機(jī)指令表 281

附錄B ASCII碼表 286

附錄C Philips單片機(jī)選型指南 288

附錄D 常用集成電路引腳圖 290

參考文獻(xiàn) 2952100433B