單片機原理及接口技術（C51編程）（微課版第3版）

內容簡介

本書詳細介紹了美國ATMEL公司8051核心的AT89S51/52單片機工作原理及套用設計，且融入了目前在教學中已經廣泛使用的虛擬仿真開發工具Proteus，並給出較多的、經過驗證的仿真案例。本書也展示了作者的“單片機原理”國家精品課程的教學模道埋夜籃式與教學方法改革的部分成果，對課程體系結構的改進也體現在本書之中。

圖書目錄

第 1章單片機概述 1

1．1　什麼是單片機　1

1．2　單片機的發展歷史　2

1．3　單片機的特點　2

1．4　單片機的套用　3

1．5　單片機的發展趨勢　4

1．6　MCS-51系列與AT89S5x系列單片機　5

1．6．1　MCS-51系列單片機　5

1．6．2　8051核心單片機與AT89S5x系列單片機　6

1．7　各種衍生品種的8051單片機　7

1．7．1　STC系匙棗狼列單片機　7

1．7．2　C8051F×××單片機　8

1．7．3　ADμC812單片機　9

1．7．4　台灣華邦W77系列、W78系列單片機　9

1．8　PIC系列單片機與AVR系列單片機　9

1．8．1　PIC系列單片機　9

1．8．2　AVR系列單片機　10

1．9　其他的嵌入式處理器簡介　11

1．9．1　嵌入式DSP處理器　11

1．9．2　嵌入式微處理器　12

思考題及習題　12

第　2章 AT89S51單片機片內硬體結構　14

2．棗擊匙束獄籃迎嘗1　AT89S51單片機的片內硬體結構　14

2．2　AT89S51的引腳功能　15

2．2．1　電源及時鐘引腳　15

2．2．2　控制引腳　16

2．2．3　並行I/O口引腳　17

2．3　AT89S51的CPU　18

2．3．1　運算器　19

2．3．2　控制器　20

2．4　AT89S51單片機存儲器的結構　20

2．4．1　程式存儲器空間　21

2．4．2　數據存儲器空間　22

2．4．3　特殊功能暫存器　23

2．4．4　位地址空間　25

2．5　AT89S51單片機的並行I/O連線埠　27

2．5．1　P0口　27

2．5．2　P1口　28

2．5．3　P2口　29

2．5．4　P3口　29

2．6　時鐘電路與時序　30

2．6．1　時鐘電路設計　30

2．6．2　機器周期、指令周期與指令時序　31

2．7　復位操作和復位電路　32

2．7．1　復位操作　32

2．7．2　復位電路設計　33

2．8　AT89S51單片機的最小套用系統　33

2．9　看門狗定時器（WDT）的使用　34

2．10　低功耗節電模墊去挨式　35

2．10．1　空閒模式　36

2．10．2　掉電運行模式　36

2．11　AT89S52單片機與AT89S51單片機的差異　37

2．11．1　AT89S52單片機與AT89S51單片機片內硬體資源的差別　37

2．11．2　AT89S52的引腳　37

2．11．3　AT89S52單片機的存儲器結構　38

思考題及習題　41

第3章　C51程式語言基礎　43

3．1　C51程式語言簡介　43

3．1．1　C51語言與8051彙編語言的比較　43

3．1．2　C51語言與標準C語言的比訂囑故酷較　44

3．2　C51語言程式設計基礎　44

3．2．1　C51語言中的數據類型與存儲類型　45

3．2．2　C51語言的特殊功能暫存器及位變數定義　49

3．2．3　C51語言的絕對地址訪問　51

3．2．4　C51的基本運算　52

3．2．5　C51的分支與循環程式結構　55

3．2．6　C51的數組　61

3．2．7　C51的指針　62

3．3　C51語言的函式　63

3．3．1　函式的分類　63

3．3．2　函式的參數與返回值　65

3．3．3　函式的調用　65

3．3．4　中斷服務函式　66

3．3．5　變數及存儲方式　67

3．3．6　宏定義與檔案包含　67

3．3．7　庫函式　68

思考題及習題　68

第4章　開發與仿真工具　70

4．1　Keil C51的使用　70

4．1．1　Keil C51簡介　70

4．1．2　基本操作　70

4．1．3　添加用戶源程式檔案　72

4．1．4　程式的編譯與調試　75

4．1．5　項目的設定　77

4．2　Proteus虛擬仿真工具介紹　80

4．2．1　Proteus功能簡介　80

4．2．2　Proteus ISIS的虛擬仿真　80

4．2．3　Proteus的各種虛擬仿真調試工具　87

4．2．4　虛擬設計仿真舉例　91

思考題及習題　97

第5章　單片機與開關、鍵盤以及顯示器件的接口設計　98

5．1　單片機控制發光二極體顯示　98

5．1．1　單片機與發光二極體的連線　98

5．1．2　I/O連線埠的編程控制　99

5．2　開關狀態檢測　102

5．2．1　開關檢測案例1　102

5．2．2　開關檢測案例2　103

5．3　單片機控制LED數碼管的顯示　104

5．3．1　LED數碼管的顯示原理　104

5．3．2　LED數碼管的靜態顯示與動態顯示　107

5．4　單片機控制LED點陣顯示器顯示　110

5．4．1　LED點陣顯示器的結構與顯示原理　110

5．4．2　控制16×16 LED點陣顯示屏的案例　111

5．5　字元型LCD 1602液晶顯示器的顯示控制　113

5．5．1　LCD 1602液晶顯示模組簡介　114

5．5．2　單片機控制字元型LCD 1602顯示案例　120

5．6　點陣式液晶顯示器LCD12864的顯示控制　123

5．6．1　引腳及顯示原理　124

5．6．2　控制命令　125

5．6．3　單片機控制LCD12864顯示的案例　127

5．7　鍵盤接口設計　131

5．7．1　鍵盤接口設計應解決的問題　132

5．7．2　獨立式鍵盤接口設計案例　133

5．7．3　矩陣式鍵盤的接口設計案例　139

5．7．4　非編碼鍵盤掃描方式的選擇　141

5．7．5　單片機與專用鍵盤/顯示器晶片HD7279的接口設計　142

思考題及習題　152

第6章　中斷系統的工作原理及套用　154

6．1　AT89S51中斷技術概述　154

6．2　AT89S51中斷系統結構　154

6．2．1　中斷請求源　155

6．2．2　中斷請求標誌暫存器　155

6．3　中斷允許與中斷優先權的控制　156

6．3．1　中斷允許暫存器IE　157

6．3．2　中斷優先權暫存器IP　157

6．4　回響中斷請求的條件　158

6．5　外部中斷的回響時間　159

6．6　外部中斷的觸發方式選擇　160

6．6．1　電平觸發方式　160

6．6．2　跳沿觸發方式　160

6．7　中斷請求的撤銷　160

6．8　中斷函數　161

6．9　中斷系統套用舉例　163

6．9．1　單一外中斷的套用　163

6．9．2　兩個外中斷的套用　164

6．9．3　中斷嵌套的套用　166

6．10　AT89S52與AT89S51中斷系統的差別　167

6．10．1　中斷請求源的差別　167

6．10．2　中斷請求標誌暫存器的差別　168

6．10．3　中斷允許暫存器與中斷優先權暫存器的差別　168

思考題及習題　170

第7章　定時器/計數器的工作原理及套用　172

7．1　定時器/計數器的結構　172

7．1．1　定時器/計數器工作方式暫存器TMOD　173

7．1．2　定時器/計數器控制暫存器TCON　173

7．2　定時器/計數器的4種工作方式　174

7．2．1　方式0　174

7．2．2　方式1　175

7．2．3　方式2　175

7．2．4　方式3　176

7．3　計數器對外部輸入的計數信號的要求　177

7．4　定時器/計數器T0、T1的編程套用　178

7．4．1　P1口控制8隻LED每0．5s閃亮一次　178

7．4．2　計數器的套用　179

7．4．3　控制P1．0產生周期為2ms的方波　181

7．4．4　利用T1控制發出1kHz的音頻信號　182

7．4．5　LED數碼管秒表的製作　184

7．4．6　測量脈衝寬度——門控位GATEx的套用　186

7．4．7　LCD時鐘的設計　188

7．5　AT89S52新增定時器/計數器T2簡介　190

7．5．1　T2的特殊功能暫存器T2CON和T2MOD　190

7．5．2　T2的16位自動重裝載方式　192

7．5．3　T2的捕捉方式　194

7．5．4　T2的波特率發生器方式及可程式時鐘輸出　194

思考題及習題　197

第8章　串列口的工作原理及套用　199

8．1　串列通信基礎　199

8．1．1　並行通信與串列通信　199

8．1．2　同步通信與異步通信　200

8．1．3　串列通信的傳輸模式　201

8．1．4　串列通信的錯誤校驗　201

8．2　串列口的結構　202

8．2．1　串列口控制暫存器SCON　202

8．2．2　特殊功能暫存器PCON　203

8．3　串列口的4種工作方式　204

8．3．1　方式0　204

8．3．2　方式1　208

8．3．3　方式2　210

8．3．4　方式3　211

8．4　多機通信　211

8．5　波特率的制定方法　212

8．5．1　波特率的定義　213

8．5．2　定時器T1產生波特率的計算　213

8．6　串列口套用設計案例　214

8．6．1　串列通信標準接口RS232、RS422與RS485簡介　214

8．6．2　方式1的套用設計　217

8．6．3　方式2和方式3的套用設計　223

8．6．4　多機通信的套用設計　225

8．6．5　單片機與PC串列通信的設計　231

8．6．6　PC與單片機或與多個單片機的串列通信　235

思考題及習題　237

第9章　單片機系統的並行擴展　239

9．1　系統並行擴展技術　239

9．1．1　系統並行擴展結構　239

9．1．2　地址空間分配　241

9．1．3　外部地址鎖存器　243

9．2　外部數據存儲器的並行擴展　244

9．2．1　常用的靜態RAM（SRAM）晶片　244

9．2．2　讀寫片外RAM的操作時序　245

9．2．3　並行擴展數據存儲器的設計　246

9．2．4　單片機外擴數據存儲器RAM6264的案例設計　248

9．3　片內Flash存儲器的編程　250

9．3．1　使用通用編程器的程式寫入　250

9．3．2　使用下載線的ISP編程　251

9．4　E2PROM的並行擴展　251

9．4．1　並行E2PROM晶片簡介　252

9．4．2　AT89S51單片機擴展E2PROM AT2864的設計　252

9．5　AT89S51擴展並行I/O晶片82C55的設計　253

9．5．1　I/O接口擴展概述　253

9．5．2　並行I/O晶片82C55簡介　254

9．5．3　82C55的3種工作方式　258

9．5．4　AT89S51單片機與82C55的接口設計　262

9．6　利用74LSTTL電路擴展並行I/O口　264

9．7　用AT89S51單片機的串列口擴展並行輸入/輸出口　265

9．7．1　用74LS165擴展並行輸入口　265

9．7．2　用74LS164擴展並行輸出口　266

思考題及習題　267

第　10章 AT89S51單片機系統的串列擴展　269

10．1　單匯流排串列擴展　269

10．1．1　單匯流排擴展的典型套用——DS18B20的溫度測量系統　269

10．1．2　設計案例：單匯流排DS18B20溫度測量系統　272

10．2　SPI匯流排串列擴展　275

10．3　I2C匯流排的串列擴展　276

10．3．1　I2C串列匯流排系統的基本結構　276

10．3．2　I2C匯流排的數據傳送規定　277

10．3．3　AT89S51的I2C匯流排擴展系統　280

10．3．4　I2C匯流排數據傳送的模擬　281

10．3．5　利用I2C匯流排擴展E2PROM AT24C02的IC卡設計　284

思考題及習題　290

第　11章 AT89S51單片機與DAC、ADC的接口　292

11．1　單片機擴展DAC概述　292

11．2　單片機擴展並行8位DAC0832的設計　293

11．2．1　DAC0832簡介　293

11．2．2　案例設計：單片機擴展DAC0832的程控電壓源　294

11．2．3　案例設計：波形發生器的製作　296

11．3　單片機擴展串列10位DAC—TLC5615　300

11．3．1　串列DAC—TLC5615簡介　300

11．3．2　案例設計：單片機擴展串列DAC—TLC5615的設計　302

11．4　單片機擴展ADC概述　304

11．5　單片機並行擴展8位A/D轉換器ADC0809　305

11．5．1　案例設計：單片機控制ADC0809進行A/D轉換　306

11．5．2　案例設計：兩路輸入的數字電壓表的設計　308

11．6　單片機擴展串列8位A/D轉換器TLC549　311

11．6．1　TLC549的特性及工作原理　311

11．6．2　案例設計：單片機擴展TLC549的設計　312

11．7　單片機擴展串列12位 ADC—TLC2543的設計　314

11．7．1　TLC2543的特性及工作原理　314

11．7．2　案例設計：單片機擴展TLC2543的設計　316

思考題及習題　319

第　12章單片機各種套用設計　321

12．1　單片機控制步進電機的設計　321

12．2　單片機控制直流電機　323

12．3　頻率計的製作　325

12．4　電話機撥號的模擬　328

12．5　8位競賽搶答器設計　333

12．6　基於時鐘/日曆晶片DS1302的電子鐘設計　337

思考題及習題　344

第　13章功率接口設計　345

13．1　單片機與外圍集成數字驅動電路的接口　345

13．2　單片機與光電耦合器的接口　347

13．2．1　電晶體輸出型光電耦合器驅動接口　347

13．2．2　晶閘管輸出型光電耦合器驅動接口　349

13．3　單片機與繼電器的接口　350

13．3．1　單片機與直流電磁式繼電器功率接口　350

13．3．2　單片機與交流電磁式接觸器的接口　351

13．4　單片機與晶閘管的接口　352

13．4．1　單向晶閘管　352

13．4．2　雙向晶閘管　352

13．4．3　光耦合雙向晶閘管驅動器　352

13．5　單片機與集成功率電子開關輸出接口　354

13．5．1　集成功率電子開關TWH8751簡介　355

13．5．2　集成功率電子開關TWH8751的典型套用　356

13．6　單片機與固態繼電器的接口　356

13．6．1　固態繼電器的特性與分類　356

13．6．2　固態繼電器的套用　357

13．7　低壓開關量信號輸出技術　360

思考題及習題　360

第　14章單片機套用系統抗干擾與可靠性設計　362

14．1　干擾的來源　362

14．2　供電系統干擾及其抗干擾措施　363

14．2．1　電源噪聲來源、種類及危害　363

14．2．2　供電系統的抗干擾設計　363

14．3　過程通道干擾的抑制措施—隔離　364

14．3．1　光電隔離的基本配置　364

14．3．2　光電隔離的實現　365

14．4　空間干擾及抗干擾措施　366

14．4．1　接地技術　367

14．4．2　禁止技術　368

14．5　反電勢干擾的抑制　369

14．6　印製電路板的抗干擾設計　370

14．6．1　地線及電源線設計　370

14．6．2　去耦電容的配置　371

14．6．3　印製電路板的布線的抗干擾設計　371

14．7　軟體抗干擾措施　372

14．7．1　軟體抗干擾的一般方法　372

14．7．2　軟體濾波　372

14．7．3　開關量輸入/輸出軟體抗干擾設計　373

思考題及習題　374

第　15章單片機套用系統的設計與調試　376

15．1　單片機套用系統的設計步驟　376

15．2　單片機套用系統設計　377

15．2．1　硬體設計應考慮的問題　377

15．2．2　典型的單片機套用系統　378

15．2．3　系統設計中的匯流排驅動　379

15．2．4　軟體設計考慮的問題　381

15．3　單片機套用系統的仿真開發與調試　381

思考題及習題　385

附錄A　386

基礎實驗題目　386

實驗1　單片機I/O口實驗——LED流水燈　386

實驗2　單個外部中斷實驗　386

實驗3　中斷嵌套實驗　387

實驗4　定時器/計數器的定時實驗　387

實驗5　定時器/計數器的計數器實驗　387

實驗6　串口方式0擴展並行輸出口實驗　388

實驗7　串列口方式0擴展並行輸入口實驗　388

實驗8　雙單片機串列通信　389

實驗9　擴展82C55並行I/O實驗　390

實驗10　獨立式鍵盤實驗　390

實驗11　矩陣式鍵盤掃描實驗　391

實驗12　單片機控制1602液晶顯示器顯示字元　391

實驗13　DAC0832的D/A轉換實驗　392

實驗14　ADC0809的A/D轉換實驗　392

實驗15　I2C匯流排串列擴展——AT24C02存儲器讀寫　393

附錄B　394

課程設計題目　394

題目1　節日彩燈控制器的設計　394

題目2　單一外中斷的套用　394

題目3　LED數碼管秒表的製作　395

題目4　音樂音符發生器的製作　395

題目5　用定時器設計的門鈴　396

題目6　控制數碼管循環顯示單個數字　396

題目7　基於DS18B20的數字溫度計設計　396

題目8　利用定時器在P1．0 上產生周期為2ms的方波　397

題目9　電話鍵盤及撥號的模擬　398

題目10　雙機串列口方式1單工通信　398

題目11　數碼管顯示4×4 矩陣鍵盤的鍵號　399

題目12　波形發生器的製作　399

題目13　頻率計的製作　399

題目14　數字電壓表設計　400

題目15　單片機控制串列DAC—— TLC5615的調壓器　401

題目16　單片機控制16×16 陣列LED的顯示　401

題目17　直流電機控制實驗　402

題目18　步進電機控制實驗　402

附錄C　406

頭檔案"LCD1602．h"清單　406

附錄D　408

頭檔案"DS1302．h"清單　408

參考書目　412

作者簡介

張毅剛教授畢業於哈爾濱工業大學無線電技術專業，現任哈爾濱工業大學電氣學院教授，主要研究方向：虛擬儀器及計算機自動測試技術。主要研究內容：虛擬儀器的系統結構、設計和組建；微型計算機、單片機、數位訊號處理機在虛擬儀器系統中的套用。

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