内容简介

本书共分3篇，总计12章。第1篇共有7章的内容，主要包含51系列单片机的结构原理、汇编语言程序设计等知识；第2篇共有4章的内容，主要包含51系列单片机的扩展应用方式、常用接口芯片与单片机的连接和应用、单片机应用系统的设计等知识；第3篇尽管只有一章，却包含了C51语言程序设计的基础内容，且列举了较多的编程实例，这些以C51语言编制的实例大多数来自以往汇编语言程序的实例，这样会使读者有机会比较不同语言编制的程序，进入单片机学习的新境界。

  本书可以作为各类高等学校单片机课程的基础教材，也可以作为单片机爱好者的自学教材。

前    言

　　伴随着国民经济的高速发展，人们对高等教育本质的理解不断深入，相关课程更加注重对工程实践场景的构建；同时，近几年对机械电子工程专业学生工程技能水平的要求也在不断提升；这就需要有知识性更系统、实践性更突出的微机原理与应用类教材。

　　针对以上情况，我们组织一线教师，总结和分析了本书第1版的优点和不足，提出了第2版教材的修订计划。本次再版，充分考虑了各使用院校教师和学生的反馈意见和建议，并结合我们课程团队在课程建设、教学实践中的新想法和新思路，对原教材内容做了更新、补充与完善。

　　本书以专业基础知识为背景，以实践教学过程为载体，着眼于学生对理论知识的应用能力和对基本工程问题的解决能力，培养学生良好的工程素养。

　　此次修订中，在秉承原书风格的基础上，对以下几个方面做了修改，特此说明：

* 在第11章中，更改和增加了有关单片机应用系统设计的实例。删除了原来例11-5的内容，增加了两个新的实例作为例11-5和例11-6，使实例与机械电子工程专业的结合更加紧密。

* 在第12章中，加入了"多模块及其C51语言与汇编语言混合编程"一节的内容。其目的是为了提高学生编制C51语言程序的能力。

* 此次修订过程中，还对原书中的十八个实验做了比较大的修订，将实验的内容编写得更接近于实验指导书，使学生更容易自己对实验进行操作、演练。

　　在本书的修订过程中，沈林勇、周涛、刘建平、施群、王梅等教师提出了宝贵的意见，在此表示衷心的感谢。

　　希望此次修订能继续得到同行和学生的认可和支持。但由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，欢迎读者对此教材提供宝贵的意见。

　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 编  者  

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2016.12  

 

第1版前言

　　本书作者从事单片机原理与应用课程教学多年，对象是机械电子工程专业和机械工程与自动化专业的学生，深感本课程对学生的重要性和艰难性。每学期总有数名学生因感困难，而放弃该课程的考试，这始终成为作者多年来的遗憾。这也多次使作者心存编写此书的愿望，希望写出一本学生喜欢看的专业书，一本教师容易讲的专业书。 

　　本书在编写的文字上力求通俗、口语化，每一张电路图都有详细的解释，每一条程序中的指令都有注释。 

　　本书在每章的开头，通常会采用设问的方式来引导学生，使他们了解该章的主题，并增加自学的兴趣。在每章后面都安排了小结，便于学生和教师对该章内容进行梳理。 

　　本书在每章中都插入了实验，全书共有十八个实验，使得教师可以在实验室讲解单片机原理与应用课程，一边讲课，一边做实验，克服以往课堂教学与实验教学分离的缺点。 

　　本书在每章中都安排了一些习题，习题的设计大多数与例题类似，便于学生对该章知识点的复习巩固。 

　　以下内容作为本书的导读。 

　　本书在结构上分为3篇。

　　第1篇是基础篇，共有7章(第1～7章)，内容涉及51系列单片机的核心知识，是本书的重点。本篇内容可作为单片机原理课程的教材。 

　　第1章内容把计算机与单片机之间的关系理清，把单片机中最基础的问题搞懂，自然是学生学习单片机的起点。 

　　第2章的内容是把单片机内部最主要的部件(CPU、存储器和接口)聚在一起，使学生理解单片机的实质。考虑到学习的顺序，2.4节的内容可以暂时搁置一下。 

　　第3章的内容是51系列单片机的指令系统，是单片机的软件设计基础。 

　　第4章的内容是汇编语言的程序设计，使学生一方面可以把指令的知识加以应用，另一方面，可以学会汇编语言编程的知识。第4章的内容学完后，建议把第2章留下的内容(2.4节I/O接口)学习完，然后再学习第5章。 

　　第5章的内容是中断系统，是本书的难点之一，需花心血，反复琢磨。 

　　第6章的内容是定时器/计数器(CTC)，学习CTC的知识可结合中断技术，进一步理解中断系统的知识。 

　　第7章的内容是串行接口，这也是本书的难点之一，但这是计算机通信的基础。 

　　第2篇是扩展、接口和应用篇，共有4章(第8～11章)，内容涉及51单片机的扩展应用模式、常用的接口和单片机应用系统的设计。本篇内容可以作为单片机接口和应用课程的教材。 

　　第8章的内容是存储器在单片机外面的扩展和连接，并行接口的扩展和连接。这是51系列单片机扩展技术的基础。 

　　第9章的内容是显示器/键盘电路和接口的原理及其应用，显示器/键盘电路是单片机应用系统中最常见的配置。 

　　第10章的内容是模拟接口D/A转换器和A/D转换器的原理，以及与单片机的连接和应用。 

　　第11章的内容是单片机应用系统设计的一般方法，主要包含单片机应用系统的硬件结构和软件结构。 

　　第3篇是C51篇，只有1章(第12章)。主要是将学生引领进单片机学习的另一种境界，为进一步学习高级的嵌入式系统做准备。其内容包括C51语言程序设计的一般方法，并用C51语言设计接口控制程序。 

　　为方便教学，本书配套的电子教案可免费提供给采用本书作为教材的大专院校使用。如有需要，可发电子邮件至haoyinghua@cip.com.cn。 

　　在本书编写过程中，沈林勇副研究员提出了一些建设性的意见，在此表示真诚的感谢。

　　借建设上海高等学校教育高地之东风，历时一年，绘制每一张图，打入每一个字，终于完成了此书的编撰。 

　　由于编者水平有限，书中缺点和错误在所难免，欢迎广大师生批评指正。 

　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编  者     

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2009年10月  

目    录

基  础  篇

 

第1章  单片机基础知识 3

1.1  引言 3

1.1.1  计算机 3

1.1.2  微型机 6

1.1.3  单片机与嵌入式计算机 7

1.2  常用的数制和码制 7

1.2.1  常用的数制及其转换 7

1.2.2  常用的码制 11

实验一：认识补码 17

1.3  单片机内部结构概论 18

1.3.1  中央处理器CPU概论 19

1.3.2  存储器概论 23

1.3.3  输入/输出接口概论 26

1.4  单片机产品概述 27

1.4.1  单片机产品的类型 27

1.4.2  单片机产品的应用 28

本章小结 28

思考与练习 29

第2章  MCS-51系列单片机系统的

基本组织 30

2.1  总体结构 30

2.1.1  内部结构 30

2.1.2  外部引脚 31

2.2  CPU的特性 32

2.3  存储器的组织 33

2.3.1  程序存储器 33

2.3.2  数据存储器 35

2.3.3  特殊功能寄存器 37

2.3.4  外部数据存储器和I/O接口 39

2.4  I/O接口 39

2.4.1  P1口 40

2.4.2  P3口 41

2.4.3  P2口 42

2.4.4  P0口 42

实验二：认识P0~P3口 43

2.5  时钟和时钟电路 46

2.5.1  内部方式 46

2.5.2  外部方式 46

2.6  启动和复位电路 46

2.6.1  上电启动电路 47

2.6.2  人工按钮复位电路 47

本章小结 48

思考与练习 48

第3章  MCS-51系列的指令系统 50

3.1  指令格式和寻址方式 50

3.1.1  立即寻址方式 51

3.1.2  直接寻址方式 52

3.1.3  寄存器寻址方式 52

3.1.4  寄存器间接寻址方式 53

3.1.5  变址寻址方式 53

3.1.6  相对寻址方式 54

3.1.7  位寻址方式 55

3.1.8  学习寻址方式的意义 55

3.2  数据传送类指令 56

3.2.1  内部数据传送指令 56

3.2.2  内外数据传送指令 61

3.2.3  查表指令 62

实验三：寻址方式和堆栈的认识 63

3.3  数据处理类指令 66

3.3.1  算术运算指令 67

3.3.2  逻辑运算指令 72

3.3.3  移位指令 74

3.4  位操作类指令 77

3.4.1  位变量传送指令 77

3.4.2  位变量设置指令 78

3.4.3  位变量逻辑运算指令 78

3.5  程序转移类指令 80

3.5.1  无条件转移指令 80

3.5.2  有条件转移指令 82

3.5.3  调用和返回子程序的指令 85

实验四：转移类指令和位操作类

  指令的认识 88

3.6  CPU执行指令的时序 89

本章小结 91

思考与练习 92

第4章  MCS-51系列汇编语言程序

设计 96

4.1  伪指令 96

4.1.1  起始指令 97

4.1.2  结束指令 97

4.1.3  数据定义类指令 97

4.2  汇编语言的语句格式 101

实验五：认识汇编语言程序的

  格式 101

4.3  汇编语言程序设计的方法 102

4.3.1  顺序结构程序的设计 103

4.3.2  分支结构程序的设计 103

4.3.3  循环结构程序的设计 105

4.3.4  子程序设计 107

4.3.5  经典程序设计举例 113

实验六：查表程序设计 123

实验七：排序程序设计 124

本章小结 125

思考与练习 126

第5章  MCS-51单片机系列的中断

系统 129

5.1  中断的概念 129

5.1.1  什么是中断 129

5.1.2  中断源 130

5.1.3  中断的优先级 130

5.1.4  控制中断的特殊功能

寄存器 131

5.2  中断处理过程 134

5.2.1  中断申请 134

5.2.2  中断响应条件 134

5.2.3  中断处理过程 135

5.2.4  中断请求信号的撤消 136

5.3  中断程序的编制 136

5.3.1  中断初始化程序的编制 136

5.3.2  中断服务子程序的编写 137

实验八：认识中断系统和中断服务

  子程序编写 138

本章小结 140

思考与练习 141

第6章  MCS-51单片机的

定时器/计数器 142

6.1  定时器/计数器的结构和工作原理 142

6.1.1  定时器/计数器T0和T1 142

6.1.2  定时器/计数器T2 146

6.1.3  定时器/计数器的使用极限 150

6.2  控制定时器/计数器的特殊功能

寄存器 151

6.3  定时器/计数器的应用及其编程 153

6.3.1  初始化编程 153

6.3.2  定时器/计数器应用编程 154

实验九：定时器/计数器应用 160

本章小结 162

思考与练习 163

第7章  MCS-51单片机的串行接口 167

7.1  串行通信的概念 167

7.2  单片机串行接口的结构原理 170

7.3  单片机串口的工作方式和相关的

特殊功能寄存器 172

7.3.1  串行口控制寄存器SCON

(Serial Control) 172

7.3.2  串行口工作方式0 174

7.3.3  串行口工作方式1 176

7.3.4  串行口工作方式2、3 177

7.3.5  串行口数据传送的波特率 178

7.4  串行口应用举例 179

实验十：串行口双机通信 186

本章小结 189

思考与练习 190

 

　　

扩展、接口和应用篇

 

第8章  MCS-51单片机的扩展技术 193

8.1  单片机扩展原理 193

8.2  程序存储器的扩展 194

8.2.1  EPROM存储器芯片 195

8.2.2  程序存储器芯片与系统的

连接举例 196

8.3  数据存储器的扩展 200

8.3.1  常用静态随机存储器(SRAM)

芯片 201

8.3.2  数据存储器扩展应用举例 202

8.3.3  CPU如何访问外部存储器 206

实验十一：数据存储器的扩展

    和测试 208

8.4  并行接口的扩展 209

8.4.1  基本并行接口及其扩展 210

实验十二：基本并行口及其扩展 214

8.4.2  8255A并行口及其扩展 216

实验十三：8255A并行口及其

    扩展 226

8.5  综合接口芯片8155 228

本章小结 232

思考与练习 233

第9章  键盘/显示器的接口技术 235

9.1  LED数码显示器的结构原理和接口

技术 235

9.1.1  LED数码显示器的结构

原理 235

9.1.2  LED数码显示器的显示码 236

9.1.3  LED显示器的显示方式及其

显示程序 237

9.2  键盘结构的原理与接口技术 242

9.2.1  键盘电路的结构原理 242

9.2.2  键抖动问题 244

9.2.3  键盘接口电路举例 245

9.3  8279显示器/键盘接口电路的原理

和应用 248

9.3.1  8279的内部结构 248

9.3.2  8279的接口工作方式 249

9.3.3  8279的控制命令字、状态字

和数据格式 250

9.3.4  8279芯片的外部引脚 253

9.3.5  8279的应用举例 254

实验十四：8279显示器/键盘接口

    和编程 261

本章小结 261

思考与练习 262

第10章  D/A和A/D转换器的接口

  技术 263

10.1  D/A转换器和接口技术 264

10.1.1  D/A转换器的原理 264

10.1.2  D/A转换器的性能指标 266

10.1.3  DAC0832的结构原理和接口

 技术 267

10.1.4  DAC0832的应用和编程 270

实验十五：D/A转换器应用举例 273

10.2  A/D转换器和接口技术 274

10.2.1  A/D转换器的原理 274

10.2.2  A/D转换器的主要性能

 指标 275

10.2.3  ADC0809的结构原理和接口

 技术 276

10.2.4  A/D转换器的应用举例 278

实验十六：A/D转换器的应用

    和编程 281

本章小结 283

思考与练习 283

第11章  单片机应用系统的研制 285

11.1  单片机应用系统设计概述 285

11.2  单片机应用系统的硬件设计 286

11.3  单片机应用系统的软件设计 290

11.4  单片机应用系统设计举例 291

实验十七：单片机应用系统设计

    举例 311

本章小结 312

思考与练习 312

 

　　

C51  篇

 

第12章  C51程序设计初步 315

12.1  C51概论 315

12.1.1  C51语言与C语言 315

12.1.2  C51语言与51系列汇编

 语言 316

12.2  C51的数据类型 316

12.2.1  数据类型 316

12.2.2  存储器类型 317

12.2.3  访问特殊功能寄存器 319

12.2.4  位变量的定义 320

12.2.5  C51指针 320

12.2.6  绝对地址访问 321

12.2.7  存储器模式 322

12.3  C51位变量逻辑运算符 322

12.4  C51程序设计 323

12.4.1  基本并行接口的输入/输出

 程序的设计 323

12.4.2  8255A并行接口的输入/输出

 程序的设计 324

12.4.3  51串行口发送/接收程序

 的设计 325

12.4.4  D/A转换控制程序的设计 328

12.4.5  A/D转换控制程序的设计 329

12.4.6  步进电机控制单片机应用

 系统的设计 331

12.4.7  直流电机控制单片机应用

 系统的设计 334

12.5  C51的函数库 339

12.6  多模块及其C51语言与汇编语言

 混合编程 340

本章小结 342

实验十八：C51语言程序设计(逻辑

    函数的运算) 342

思考与练习 343

附录  51系列单片机的指令表 345

参考文献 350