單片機原理及應用（C51語言）

了“以項目為載體”的編寫思路，以及以項目引導教學的編寫原則。經過與多所高職高專教學一線教師的深入切磋，我們對教學內容進行了整合，將合適的應用實例與具體知識點相融合，盡量做到學以致用，并適當降低了理論難度，豐富了實踐內容。

本書以常用的89C51為典型機型講述單片機原理及接口技術，以提高學生實際應用能力為目的豐富了常用串行口芯片擴展的內容。書中還利用一章的篇幅具體對兩個設計實例進行了詳盡的實施過程描述，可使學生熟悉設計過程中的思路與方法。本書采用C51語言作為設計語言，為學生能夠早日掌握單片機的實際開發(fā)技術做出了較好的鋪墊。

本書共分為9章，第1、2章介紹單片機的認知和初步應用，第3、4章介紹單片機的匯編語言及C51語言程序設計，第5～7章介紹單片機的中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器和串行接口，第8、9章介紹單片機接口技術和單片機應用系統(tǒng)開發(fā)。附錄中的ASCII碼表、51單片機匯編指令速查表、Keil C51常用庫函數(shù)和Keil C51常見錯誤警告提示信息可供查詢。全書參考學時為84學時，第3章可作為選學內容。

本書可作為高職高專、中等職業(yè)學校電類專業(yè)“單片機原理及應用”課程以及實踐的教學用書，同時也非常適合自學單片機的讀者作為參考。

本書由承德石油高等?？茖W校鄧立新?lián)沃骶?，承德石油高等?？茖W校董國增、衡水職業(yè)技術學院曹月真任副主編。具體編寫分工如下：第1章、第5章、第6章和第7章由曹月真編寫，第2章和第3章由錢彬編寫，第4章由鄧志輝編寫，第8章由董國增編寫，第9章和附錄由鄧立新編寫。

由于作者水平及能力有限，加之時間倉促，書中難免出現(xiàn)錯誤和不妥之處，懇請讀者批評指正，并歡迎來函來電探討，一并感謝。

編 者

第1章 單片機的認知 1

1.1 單片機概述 2

1.1.1 單片機的概念 2

1.1.2 主流單片機介紹 2

1.1.3 單片機的應用 3

1.2 數(shù)制與編碼 4

1.2.1 數(shù)制 4

1.2.2 數(shù)制的C語言表述 7

1.2.3 原碼、反碼和補碼 9

1.2.4 常用編碼 11

小結 13

習題 14

第2章 單片機的初步應用 15

2.1 89C51單片機最小系統(tǒng) 16

2.1.1 89C51單片機硬件結構 16

2.1.2 89C51單片機存儲器結構 22

2.2 89C51單片機I/O系統(tǒng) 26

2.2.1 并行端口結構 26

2.2.2 指令系統(tǒng)簡介 31

2.3 Keil C51軟件簡介 33

2.3.1 Keil C51軟件的安裝 33

2.3.2 程序錄入與編輯 34

2.3.3 reg51.h頭文件詳解 42

小結 46

習題 46

第3章 89C51單片機匯編語言簡介 47

3.1 89C51單片機指令系統(tǒng) 48

3.1.1 89C51單片機指令分類 48

3.1.2 匯編指令格式 49

3.1.3 尋址方式 50

3.1.4 數(shù)據(jù)傳送指令 52

3.1.5 算術運算指令 54

3.1.6 邏輯運算指令 56

3.1.7 控制轉移指令 58

3.1.8 位操作指令 60

3.1.9 偽指令 61

3.2 匯編語言程序結構 63

3.2.1 順序結構 63

3.2.2 分支結構 64

3.2.3 循環(huán)結構 65

3.2.4 子程序 67

小結 72

習題 72

第4章 C51程序設計 75

4.1 C51語言概述 76

4.1.1 C語言和C51語言 76

4.1.2 C51的特點 77

4.1.3 簡單C51程序介紹 77

4.2 C51數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)存儲類型 80

4.2.1 常量與變量 80

4.2.2 整型數(shù)據(jù) 81

4.2.3 實型數(shù)據(jù) 82

4.2.4 字符型數(shù)據(jù) 83

4.2.5 數(shù)組類型 84

4.2.6 指針類型 86

4.2.7 Keil C51中特有的數(shù)據(jù)類型 87

4.2.8 數(shù)據(jù)的存儲類型 88

4.3 運算符和表達式 89

4.3.1 算術運算符和算術表達式 89

4.3.2 賦值運算符和賦值表達式 90

4.3.3 逗號運算符和逗號表達式 90

4.3.4 關系運算符和關系表達式 91

4.3.5 邏輯運算符和邏輯表達式 91

4.3.6 位操作運算符和表達式 92

4.4 C51程序結構 93

4.4.1 順序結構 93

4.4.2 選擇結構 94

4.4.3 循環(huán)結構 98

4.5 函數(shù) 102

4.5.1 函數(shù)的定義 102

4.5.2 函數(shù)的調用 103

4.5.3 局部變量和全局變量 105

4.5.4 intrins.h庫函數(shù)介紹 106

4.5.5 中斷程序的編寫 108

4.5.6 寄存器組的切換 109

小結 112

習題 112

第5章 單片機中斷應用 113

5.1 中斷的概念 114

5.2 中斷控制 115

5.3 單片機中斷處理過程 119

5.4 中斷系統(tǒng)C51語言編程要點 121

小結 128

習題 128

第6章 單片機定時/計數(shù)器應用 129

6.1 定時/計數(shù)器的結構及其工作原理 130

6.2 定時/計數(shù)器的工作寄存器 131

6.3 定時/計數(shù)器的工作方式 133

6.4 定時/計數(shù)器C51語言編程要點 136

小結 139

習題 140

第7章 單片機串行口應用 141

7.1 串行通信及其總線標準 142

7.1.1 串行通信的基本概念 142

7.1.2 串行通信總線標準及其

接口 144

7.2 單片機串行口及其控制 147

7.2.1 89C51單片機串行口的結構 147

7.2.2 89C51單片機串行口

控制寄存器 147

7.2.3 89C51單片機串行口

工作方式 148

7.2.4 波特率的設定及串行口

初始化 149

7.2.5 串行口C51語言編程要點 150

小結 156

習題 156

第8章 單片機接口技術 157

8.1 I/O口擴展 158

8.1.1 任務一：簡單I/O口

擴展的實現(xiàn) 158

8.1.2 任務二：可編程I/O口

擴展的實現(xiàn) 161

8.2 人機交互接口 170

8.2.1 任務三：簡單的鍵盤

接口的實現(xiàn) 170

8.2.2 任務四：LED數(shù)碼管顯示

接口的實現(xiàn) 172

8.3 任務五：A/D轉換器及接口技術 186

8.4 任務六：D/A轉換器及接口技術 196

小結 204

習題 204

第9章 單片機綜合應用實例 205

9.1 任務一：簡易四路智力搶答器 206

9.2 任務二：多功能智能溫度測量儀 221

小結 238

習題 238

附錄 239

附錄1 ASCII碼表 240

附錄2 51單片機匯編指令速查表 241

附錄3 Keil C51常用庫函數(shù) 246

附錄4 Keil C51常見錯誤警告

提示信息 250

參考文獻 2552100433B

本書以89C51為典型機型，結合大量實例，并以Keil C51作為主要編程和調試工具，由淺入深地講解了單片機的工作原理及應用技術。全書共分為9章，主要內容包括：單片機基礎知識與數(shù)制編碼、單片機匯編語言程序設計、單片機C51語言程序設計、中斷系統(tǒng)與定時/計數(shù)器、串行接口、單片機接口技術、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)。本書將單片機技術的硬件和軟件、理論和實踐、情境化設計項目等進行了有機的結合，使讀者可以在接近實際開發(fā)的過程中較完整地學習單片機技術及開發(fā)工具的使用，實現(xiàn)了教、學、做的合一。

本書作為《單片機原理及應用——基于Proteus和Keil C》的姊妹篇，在保持原教材結構和風格的基礎上，取消了其中的匯編語言內容，將節(jié)省的空間用于加強C51語言內容。

本書在C51內容編排上做了較大改進：在集中介紹了執(zhí)行語句、變量、指針、數(shù)組和函數(shù)等C51基本內容之后，安排了LED控制、獨立開關檢測、行列式鍵盤掃描、數(shù)碼管靜態(tài)和動態(tài)顯示等與單片機I/O口相關的C51應用內容，以此縮短編程語言與單片機應用的教學時間差。中斷函數(shù)及片外RAM訪問等與單片機硬件相關的C51內容則穿插到后續(xù)原理章節(jié)里介紹。采用這種集中與分散相結合，理論與應用相結合的方案，有望促使讀者更好地掌握C51與單片機內容，為今后的工程應用打下扎實基礎。 為方便讀者學習，本書每章都有小結和習題，書末附有與教學進度相呼應的實驗指導及相關閱讀材料，還配有相關課程網站。

本書可作為高等工科院校機械類、電氣與電子信息類、計算機類各專業(yè)48～64學時要求的教材，也可作為從事嵌入式應用系統(tǒng)設計、生產從業(yè)人員的崗位培訓教材及自學參考書。

《高職高專“十二五”規(guī)劃教材：單片機原理及應用（基于C語言）》以C語言（C51）為主線，同時兼顧匯編語言，詳細介紹了51系列單片機的原理及應用知識?！陡呗毟邔！笆濉币?guī)劃教材：單片機原理及應用（基于C語言）》主要內容包括單片機基礎知識、MCS-51單片機的基本結構、MCS-51單片機的指令系統(tǒng)及匯編程序設計、單片機的C51程序設計、MCS-51的定時和中斷系統(tǒng)、串行接口及串行通信技術、AT89C51單片機系統(tǒng)擴展、AT89C51單片機的接口技術以及單片機應用系統(tǒng)設計等。同時，選用了信號燈、流水燈、數(shù)字鐘、計數(shù)器、數(shù)字電壓表、信號發(fā)生器、單片機雙機通信、球賽記分牌等十個單片機典型應用作為實訓，并且所有實訓均在Keil C51 Vision4和ISIS7 professional環(huán)境下調試通過。

《高職高?！笆濉币?guī)劃教材：單片機原理及應用（基于C語言）》內容簡潔實用，講解通俗易懂，并有大量應用實例，實用性強，既可作為高職高專院校通信類、信息類、應用電子類、控制類、儀器儀表類以及機電類等專業(yè)單片機課程的教材，也可作為從事單片機開發(fā)應用的工程技術人員的參考書。

第1章 單片機基礎知識概述

1.1 單片機概述

1.1.1 單片機及其發(fā)展概況

1.1.2 單片機的特點和應用

1.1.3 單片機的發(fā)展趨勢

1.1.4 MCS-51單片機的學習

1.2 單片機學習的預備知識

1.2.1 數(shù)制及其轉換

1.2.2 有符號數(shù)的表示方法

1.2.3 位、字節(jié)和字

1.2.4 BCD碼

1.2.5 ASCII碼

1.2.6 基本邏輯門電路

1.3 Proteus應用簡介

1.3.1 ISIS模塊應用舉例

1.3.2 ARES模塊應用舉例

本章小結

思考與練習題1

第2章 MCS-51單片機的結構及原理

2.1 MCS-51單片機的結構

2.1.1 MCS-51單片機的內部結構

2.1.2 MCS-51外部引腳及功能

2.2 MCS-51的存儲器結構

2.2.1 存儲器劃分方法

2.2.2 程序存儲器

2.2.3 數(shù)據(jù)存儲器

2.3 單片機的復位、時鐘與時序

2.3.1 復位與復位電路

2.3.2 時鐘電路

2.3.3 單片機時序

2.4 并行I/O口

2.4.1 P1口

2.4.2 P3口

2.4.3 P0口

2.4.4 P2口

本章小結

思考與練習題2

第3章 單片機的C51基礎知識

3.1 C51語言概述

3.2 Keil軟件開發(fā)工具

3.2.1 μVision5的軟件界面

3.2.2 μVision5的使用方法

3.3 C51的基本執(zhí)行語句

3.3.1 表達式語句

3.3.2 選擇語句

3.3.3 循環(huán)語句

3.3.4 注釋語句

3.4 C51的變量

3.4.1 變量概述

3.4.2 變量名

3.4.3 數(shù)據(jù)類型

3.4.4 存儲類型

3.4.5 存儲種類

3.5 C51的指針

3.6 C51的數(shù)組

3.6.1 一維數(shù)組的定義

3.6.2 一維數(shù)組的使用

3.6.3 字符數(shù)組

3.6.4 二維數(shù)組

3.7 C51的函數(shù)

3.7.1 函數(shù)的基本概念

3.7.2 函數(shù)的定義

3.7.3 函數(shù)的調用

本章小結

思考與練習題3

第4章 單片機I/O口方式的應用

4.1 C51聯(lián)合仿真方法

4.2 I/O端口的簡單應用

4.2.1 發(fā)光二極管與應用編程

4.2.2 數(shù)碼管靜態(tài)顯示原理與編程

4.3 I/O端口的進階實踐

4.3.1 數(shù)碼管動態(tài)顯示原理與編程

4.3.2 行列式鍵盤原理與編程

本章小結

思考與練習題4

第5章 單片機的中斷系統(tǒng)

5.1 中斷的概念

5.2 中斷控制系統(tǒng)

5.2.1 中斷系統(tǒng)的結構

5.2.2 中斷控制

5.3 中斷處理過程

5.4 中斷的編程和應用舉例

5.4.1 中斷程序設計舉例

5.4.2 擴充外部中斷源

本章小結

思考與練習題5

第6章 單片機的定時/計數(shù)器

6.1 定時/計數(shù)器的結構與 工作原理

6.1.1 定時/計數(shù)器的基本原理

6.1.2 定時/計數(shù)器的結構

6.2 定時/計數(shù)器的控制

6.2.1 TMOD寄存器

6.2.2 TCON寄存器

6.3 定時/計數(shù)器的工作方式

6.3.1 方式1

6.3.2 方式2

6.3.3 方式0

6.3.4 方式3

6.4 定時/計數(shù)器的編程和應用

本章小結

思考與練習題6

第7章 單片機的串行口及應用

7.1 串行通信概述

7.2 MCS-51的串行口控制器

7.2.1 串行口內部結構

7.2.2 串行口控制寄存器

7.3 串行工作方式0及其應用

7.4 串行工作方式1及其應用

7.5 串行工作方式2及其應用

7.6 串行工作方式3及其應用

本章小結

思考與練習題7

第8章 單片機接口技術

8.1 單片機的系統(tǒng)總線

8.1.1 三總線結構

8.1.2 地址鎖存原理及實現(xiàn)

8.2 簡單并行I/O口擴展

8.2.1 訪問擴展端口的軟件方法

8.2.2 簡單并行輸出接口的擴展

8.2.3 簡單并行輸入接口的擴展

8.3 可編程并行I/O口擴展

8.3.1 8255A的內部結構、引腳及地址

8.3.2 8255A的控制字

8.4 D/A轉換與DAC0832應用

8.4.1 DAC0832的工作原理

8.4.2 DAC0832與單片機的接口及編程

8.5 A/D轉換與ADC0809應用

8.5.1 逐次逼近式模數(shù)轉換器的工作原理

8.5.2 ADC0809與單片機的接口及編程

8.6 開關量功率接口技術

8.6.1 開關量功率驅動接口

8.6.2 開關量功率驅動接口應用舉例

本章小結

思考與練習題8

第9章 單片機應用系統(tǒng)的設計與開發(fā)

9.1 單片機系統(tǒng)的設計開發(fā)過程

9.1.1 單片機典型應用系統(tǒng)

9.1.2 單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程

9.2 單片機系統(tǒng)的可靠性技術

9.2.1 硬件抗干擾技術概述

9.2.2 軟件抗干擾技術概述

9.3 單片機系統(tǒng)設計開發(fā)應用 舉例——智能儀器

9.3.1 功能概述

9.3.2 硬件電路設計

9.3.3 軟件系統(tǒng)設計

9.3.4 仿真開發(fā)過程

9.4 單片機串行擴展單元介紹

9.4.1 串行A/D轉換芯片MAX124及應用

9.4.2 串行D/A轉換芯片LTC145X及應用

9.4.3 串行E2PROM存儲器AT24CXX及應用

9.4.4 字符型液晶顯示模塊LM1602及應用

9.4.5 串行日歷時鐘芯片DS1302及應用

本章小結

思考與練習題9

附錄A 實驗指導

實驗1 計數(shù)顯示器

實驗2 指示燈/開關控制器

實驗3 指示燈循環(huán)控制

實驗4 指示燈/數(shù)碼管的中斷控制

實驗5 電子秒表顯示器

實驗6 雙機通信及PCB設計

實驗7 直流數(shù)字電壓表設計

實驗8 步進電機控制設計

附錄B 閱讀材料 2100433B