内容简介

本书以国内广泛使用的MCS-51系列单片机中的8051为对象，介绍了其主要的内部资源、基本结构、工作原理、学习方法和基本的程序设计方法，包括单片机辅助软件的推荐与应用、常用单片机外围硬件的应用、定时/计数器、中断系统、内部接口、串行通信接口的使用方法，重点介绍了MCS-51单片机的常用接口及控制技术和单片机应用系统开发及应用技术。

针对单片机原理及应用，本着理论够用的原则，突出实用性、可操作性，在编排上由浅入深，循序渐进，精选内容，突出重点，适当增加了一些当今流行的新器件和新技术；对于接口技术和应用系统，提供了详细的原理说明、电路图、完整的程序代码及程序流程图。

本书可作为高职高专院校自动化、电子信息、机电、电力和计算机等专业的教材，也可以作为工程技术人员的参考书。

再 版 前 言

　　本教材第1版在使用中取得了较好的效果。但是，随着单片机及相关技术的飞速发展，第1版教材的内容已略显落后。经过多位一线教师的协商和努力，历经两年的时间，在原版的基础上进行了修订与完善，最终完成了第2版教材的编写。

　　本书仍以MCS-51系列单片机为主，介绍单片机的原理与应用，但是，与第1版相比，本版更加注重介绍单片机的学习方法、单片机开发软件、外围硬件的接口技术和工程实践中关键技术的应用。

　　在学习方法方面，不但介绍了怎样去学，还详细介绍了软件下载安装、仿真电路的构建、应用程序的编辑，以及程序的下载过程，尤其指明了结合串口调试软件程序的方法，为程序的开发提供极大的帮助；在软件方面，新版教材中，为读者推荐并详细讲解了多款配套应用软件，这些软件可以使读者学习起来更直观、容易，降低学习成本，也使单片机的学习更贴近工程实际。如单片机小精灵在教材中的引入，将会颠覆以前教材中对某些基本能力培养的思想，使读者再也不用花大量时间去计算延时、去配置串口通信参数、去计算定时计数器的参数了；还比如字模软件的使用，让读者可以轻松自如地实现大量多样式汉字和图案的显示。在硬件方面，推荐并详细讲解了多种工程实际中常用的硬件应用方法，提供了开发程序，并对使用头文件进行封装以方便工程应用的思想做出指导；在单片机关键技术方面所论述的内容，多是工程实际中的瓶颈技术，但这些内容在其他教材中鲜有提及，在此可引起读者注意，并给予一定的方向性指导。

　　本教材在程序的开发上，采用比汇编语言更高级的C语言，使程序的编辑更加得心应手，也更适合于工程开发应用。

　　本书共分8章，包括绪论、MCS-51单片机的体系结构、MCS-51单片机的C51程序设计、MCS-51中断系统及定时/计数器、MCS-51单片机的串口通信、单片机的系统扩展、单片机的关键技术、MCS-51单片机应用系统的设计。

　　本书由河南农业职业学院的姚国林副教授任主编，朱卫国和苏闯任副主编，樊留锁、张剑锋、姬素云、王海娜、郑传琴、杨灿、程海洲参加了编写。

　　本书由河南农业职业学院陈慕君副教授主审。

　　本书在编写过程中得到了许多专家和同行的大力支持和热情帮助，同时，我们也参考了有关教材、论文和著作，在此一并表示衷心的感谢。

　　由于新技术在不断涌现、不断发展，同时由于编者水平有限，书中难免会有错误或不妥之处，希望广大同行及读者不吝指正。

　　

                                                                        编  者   

                                                                     2016.9 

　　

　　

第1版前言

　　单片机作为嵌入式微控制器，在工业测控系统、智能仪器和家用电器中得到了广泛的应用。虽然单片机的种类很多，但MCS-51系列单片机仍然是单片机中的主流机型。

　　本书以MCS-51系列单片机为主，介绍单片机的原理与应用，内容系统、全面，论述深入浅出、循序渐进，注重接口技术和应用。

　　本书由从事教学工作的一线教师编写，在编写过程中，融入了作者多年教学、科研的经验和应用案例。从应用的角度出发，对单片机的硬件结构、工作原理、指令系统进行了简明扼要的介绍；对程序设计方法、接口电路设计、应用系统等进行了详细的介绍，并提供了详细的原理图、电路图、完整的程序代码及程序流程图。

　　本书以单片机应用能力培养为主线，从应用的角度出发，按照"知识为技能服务，技能为综合能力和素质服务"的思想精心组织内容。在教学中，采用"学、练、用"相结合的构架，使学生能够循序渐进地学习和使用单片机，实现学习基础知识与开展课题训练的巧妙融合--在学中做，在做中学，为综合应用打基础；在必要的学习和训练环节结束后，综合运用所学知识，完成工程性实习项目的设计和调试。

　　本书在编写过程中，承蒙青岛伟立精工塑胶有限公司副总经理王明伟、经理田野给予了帮助和指导，在此特别致谢。

　　本书共分9章，主要内容包括绪论、单片机系统开发、MCS-51单片机的体系结构、MCS-51指令系统、汇编程序设计、MCS-51中断系统及定时/计数器、MCS-51单片机的串口通信、单片机接口及控制技术、MCS-51单片机应用系统的设计。

　　本书由河南农业职业学院的姚国林任主编，由河南农业职业学院的苏闯和新乡学院的张同光任副主编。河南农业职业学院的张剑锋、陈慕君、王海娜、郑传琴、史兴燕以及南阳幼儿师范学校的刘海申也参加了编写。

　　具体编写分工为：郑传琴编写第1章、附录1及附录2，张剑锋编写第2章，张同光编写第3章，陈慕君编写第4章，王海娜编写第5章，刘海申编写第6章，苏闯编写第7章，姚国林编写第8章，史兴燕编写第9章，最后由姚国林统稿。

　　本书由河南农业职业学院卢宇清副教授主审，在审稿过程中提出了许多建设性的建议和意见。本书在编写过程中，得到了许多专家和同行的大力支持和热情帮助，同时，我们也参考了有关教材、论文和著作，在此一并表示衷心的感谢。

　　鉴于一线教师教研工作繁重，加之新的单片机芯片不断涌现，其应用技术也在不断发展，书中难免会有错误或不妥之处，希望广大同行及读者不吝指正。

　　

 

                                                                 编  者   

目    录

 

第1章  绪论 1

1.1  数制与编码的简单回顾 1

1.1.1  计算机中的数制及相互转换 1

1.1.2  二进制数的运算 4

1.1.3  带符号数的表示 7

1.1.4  带符号数运算时的溢出问题 8

1.1.5  定点数和浮点数 9

1.1.6  BCD码和ASCII码 9

1.2  单片机概述 11

1.2.1  电子计算机的问世及其经典

结构 11

1.2.2  微型计算机的组成及其应用

形态 11

1.2.3  单片机的发展过程 13

1.2.4  单片机的特点 13

1.2.5  单片机的应用领域 14

1.2.6  单片机的产品近况 14

1.3  单片机要怎样学 15

1.3.1  入门单片机类型和编程语言的

选择 15

1.3.2  准备一些硬件 16

1.3.3  准备一些软件 17

1.3.4  单片机的学习过程 17

1.3.5  在Proteus中搭接电路 18

1.3.6  程序的编译 21

1.3.7  程序的下载 22

习题1 23

第2章  MCS-51单片机的体系结构 25

2.1  MCS-51单片机的基本组成 25

2.1.1  80C51单片机的基本结构 25

2.1.2  MCS-51单片机的内部组成

及信号引脚 27

2.1.3  存储器的结构 30

2.1.4  80C51单片机的特殊功能

寄存器 33

2.2  并行输入/输出口的结构 35

2.2.1  P0口 36

2.2.2  P1口 37

2.2.3  P2口 38

2.2.4  P3口 39

2.2.5  并行接口的负载能力 40

2.3  时钟及复位电路 40

2.3.1  时钟电路及时序 40

2.3.2  单片机的复位电路 43

2.4  MCS-51单片机的最小系统 44

2.4.1  单片机最小应用系统举例 44

2.4.2  最小应用系统设计 45

习题2 45

第3章  MCS-51单片机的C51程序

设计 48

3.1  C51语言概述和程序结构 48

3.1.1  C语言的特点 48

3.1.2  C51语言的程序结构 49

3.2  标识符和关键字 52

3.3  C51语言的数据类型和运算符 54

3.3.1  C51语言的数据类型 54

3.3.2  C51语言的运算符 62

3.4  C51程序的基本结构 67

3.4.1  if语句 67

3.4.2  switch语句 68

3.4.3  循环语句 69

3.5  C51函数和预处理命令 70

3.5.1  函数的分类和定义 70

3.5.2  中断服务函数 72

3.5.3  C51的库函数 73

3.5.4  编译预处理命令 75

3.6  C51程序设计举例 77

习题3 79

第4章  MCS-51中断系统及定时/

计数器 81

4.1  MCS-51的中断系统 81

4.1.1  MCS-51的中断系统结构 81

4.1.2  MCS-51的中断源 82

4.1.3  MCS-51中断的控制 84

4.2  MCS-51单片机中断处理过程 86

4.2.1  中断响应条件和时间 86

4.2.2  中断响应过程 87

4.2.3  中断返回 88

4.2.4  中断程序举例 88

4.3  MCS-51的定时/计数器 92

4.3.1  定时/计数器的结构和工作

原理 92

4.3.2  定时/计数器的控制 93

4.3.3  定时/计数器的工作方式 94

4.3.4  定时/计数器用于外部中断

扩展 96

4.3.5  定时/计数器应用举例 96

习题4 100

第5章  MCS-51单片机的串口通信 102

5.1  串口通信的基本知识 102

5.1.1  通信的基本概念 102

5.1.2  串行通信的分类 102

5.1.3  串行通信的制式 103

5.1.4  串行通信接口标准 104

5.2  MCS-51单片机的串口及控制

寄存器 106

5.2.1  MCS-51串行口的结构 106

5.2.2  MCS-51串行控制寄存器 107

5.3  串口的工作方式 108

5.3.1  方式0 108

5.3.2  方式1 109

5.3.3  方式2和方式3 110

5.3.4  波特率的计算 111

5.4  串口的应用 112

5.4.1  双机通信 112

5.4.2  多机通信 117

习题5 124

第6章  单片机的系统扩展 125

6.1  简单I/O口的控制 125

6.1.1  简单输出控制 125

6.1.2  简单输入控制 127

6.2  LED和LCD段型显示屏 129

6.2.1  段型数码管 129

6.2.2  控制程序及流程图 133

6.3  键盘及接口 135

6.3.1  键盘原理及控制电路 135

6.3.2  矩阵键盘的按键识别方法 137

6.3.3  拨码盘 139

6.4  红外线遥控 141

6.4.1  红外遥控的工作原理 142

6.4.2  红外遥控的编码协议 142

6.4.3  红外遥控结合单片机的

应用 144

6.5  LCD点阵液晶显示器 147

6.5.1  TC1602A简介 147

6.5.2  控制电路 151

6.5.3  单片机对LCD1602的控制 151

6.6  DS1302实时时钟 154

6.6.1  实时时钟DS1302 154

6.6.2  控制电路 157

6.6.3  控制程序及流程图 158

6.7  ADC功能 162

6.7.1  A/D转换器概述 162

6.7.2  典型A/D转换器芯片

ADC0809 163

6.7.3  ADC0809电压测量电路 167

6.7.4  控制程序示例 168

6.8  温湿度测控 170

6.8.1  AM2303的发送字含义 170

6.8.2  AM2303的通信协议 170

6.8.3  AM2303测温湿度的示例 171

6.9  单片机与无线遥控 175

6.9.1  无线遥控编码方式 175

6.9.2  PT2262与PT2272的通信

协议 176

6.9.3  无线遥控的应用实例 177

6.10  语音芯片 185

6.10.1  SPI是什么 186

6.10.2  ISD4003语音芯片 187

6.10.3  ISD4003语音芯片的指令

 与格式 188

6.10.4  单片机的SPI功能 190

6.11  单片机数据存储器的扩展 195

6.11.1  SD卡的通信模式 195

6.11.2  SD卡的SPI通信协议 196

6.11.3  单片机读写SD卡的实验 199

习题6 204

第7章  单片机的关键技术 206

7.1  电路板的设计与制作 206

7.1.1  电路、程序的仿真与调试 206

7.1.2  电路板的制作 207

7.2  干扰的来源与应对措施 212

7.2.1  外部传导干扰 212

7.2.2  外部辐射干扰 213

7.2.3  内部滋生干扰 213

7.2.4  软件抗干扰措施 214

7.2.5  保护引脚 215

7.3  数据保障性能 216

7.3.1  热复位时RAM区数据

不丢失 216

7.3.2  热复位时输出口数据

不丢失 218

7.3.3  掉电时数据不丢失 218

7.3.4  其他数据保障 221

7.4  单片机与上位机的联机通信 221

7.4.1  上位机通信界面的设计 222

7.4.2  编辑发生事件时的控制

程序 223

7.4.3  下位机单片机程序 225

7.5  单片机的加密 227

7.5.1  新产品能增加破解难度 228

7.5.2  用带有身份证的产品加密 228

7.5.3  在程序中加入所有者的

信息 229

7.5.4  硬件方法 230

习题7 230

第8章  MCS-51单片机应用系统的

设计 232

8.1  单片机应用系统概述 232

8.1.1  单片机应用系统的特点 232

8.1.2  MCS-51单片机应用系统的

设计方法 232

8.2  课程设计--16×16 LED显示 235

8.2.1  设计要求 235

8.2.2  16×16 LED显示总体设计

方案 235

8.2.3  硬件设计 237

8.2.4  编程要点及软件设计 237

8.3  课程设计--秒表 240

8.3.1  功能说明 240

8.3.2  关键技术及控制电路 241

8.3.3  控制程序 242

8.4  课程设计--电脑钟 243

8.4.1  设计要求 243

8.4.2  电脑钟的总体设计方案 243

8.4.3  硬件设计 244

8.4.4  软件设计及流程模块 245

习题8 251

附录1  MCS-51指令表 253

附录2  ASCII码表 257

参考文献 258