單片機原理及接口技術（C51編程）（第2版）

《單片機原理及接口技術（C51編程）（第2版）》是2016年人民郵電出版社出版的圖書，作者是張毅剛。

基本介紹

• 書名：單片機原理及接口技術（C51編程）（第2版）
• 作者：張毅剛
• 出版時間：2016年6月1日
• ISBN：9787115419248

本書詳細介紹美國ATMEL公司的AT89S51/52單片機片內硬體資源及工作原理，重點介紹了單片機套用的各種技術實現以及相應的C51語言編程，如信息的顯示與輸入，中斷，定時/計數，串列通信，模/數與數/模轉換以及系統的並行與串列擴展的接口設計等。

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　AT89S5x系列單片機　6

1．7　各種衍生品種的8051單片機　8

1．7．1　STC系列單片機　8

1．7．2　C8051F×××單片機　9

1．7．3　ADμC812單片機　9

1．7．4　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　10

1．8．1　PIC系列單片機　10

1．8．2　AVR系列單片機　11

1．9　其他的嵌入式處理器簡介　11

1．9．1　嵌入式DSP處理器　12

1．9．2　嵌入式微處理器　12

思考題及習題　13

第2章　AT89S51單片機片內

硬體結構　15

2．1　AT89S51單片機的片內硬體結構　15

2．2　AT89S51的引腳功能　17

2．2．1　電源及時鐘引腳　17

2．2．2　控制引腳　17

2．2．3　並行I/O口引腳　18

2．3　AT89S51的CPU　19

2．3．1　運算器　19

2．3．2　控制器　21

2．4　AT89S51單片機存儲器的結構　21

2．4．1　程式存儲器空間　22

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　26

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　30

2．6　時鐘電路與時序　30

2．6．1　時鐘電路設計　31

2．6．2　機器周期、指令周期與指令時序　32

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　看門狗定時器（WDT）的使用　33

2．9　低功耗節電模式　35

2．9．1　空閒模式　35

2．9．2　掉電運行模式　36

2．10　AT89S52單片機與AT89S51單片機的

差異　36

2．10．1　AT89S52單片機與AT89S51

單片機片內硬體資源的差別　37

2．10．2　AT89S52的引腳　37

2．10．3　AT89S52單片機的存儲器結構　37

思考題及習題　40

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　54

3．2．6　C51的數組　60

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　64

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　66

3．3．6　宏定義與檔案包含　66

3．3．7　庫函式　67

思考題及習題　68

第4章　開發與仿真工具　69

4．1　Keil C51的使用　69

4．1．1　Keil C51簡介　69

4．1．2　基本操作　69

4．1．3　添加用戶源程式檔案　71

4．1．4　程式的編譯與調試　73

4．1．5　項目的設定　75

4．2　Proteus虛擬仿真工具介紹　77

4．2．1　Proteus功能簡介　77

4．2．2　Proteus ISIS的虛擬仿真　78

4．2．3　Proteus的各種虛擬仿真調試工具　84

4．2．4　虛擬設計仿真舉例　87

思考題及習題　93

第5章　單片機與開關、鍵盤以及

顯示器件的接口設計　94

5．1　單片機控制發光二極體顯示　94

5．1．1　單片機與發光二極體的連線　94

5．1．2　I/O連線埠的編程控制　95

5．2　開關狀態檢測　98

5．2．1　開關檢測案例1　98

5．2．2　開關檢測案例2　99

5．3　單片機控制LED數碼管的顯示　100

5．3．1　LED數碼管的顯示原理　100

5．3．2　LED數碼管的靜態顯示與

動態顯示　103

5．4　單片機控制LED點陣顯示器顯示　106

5．4．1　LED點陣顯示器的結構與

顯示原理　106

5．4．2　控制16×16 LED點陣顯示屏的

案例　107

5．5　單片機控制LCD 1602液晶顯示器的

顯示　109

5．5．1　LCD 1602液晶顯示模組簡介　110

5．5．2　單片機控制字元型LCD 1602顯示

案例　116

5．6　鍵盤接口設計　119

5．6．1　鍵盤接口設計應解決的問題　119

5．6．2　獨立式鍵盤接口設計案例　120

5．6．3　矩陣式鍵盤的接口設計案例　127

5．6．4　非編碼鍵盤掃描方式的選擇　129

5．6．5　單片機與專用鍵盤/顯示器晶片

HD7279的接口設計　130

思考題及習題　140

第6章　中斷系統的工作原理及

套用　142

6．1　AT89S51中斷技術概述　142

6．2　AT89S51中斷系統結構　142

6．2．1　中斷請求源　143

6．2．2　中斷請求標誌暫存器　143

6．3　中斷允許與中斷優先權的控制　144

6．3．1　中斷允許暫存器IE　145

6．3．2　中斷優先權暫存器IP　145

6．4　回響中斷請求的條件　146

6．5　外部中斷的回響時間　147

6．6　外部中斷的觸發方式選擇　148

6．6．1　電平觸發方式　148

6．6．2　跳沿觸發方式　148

6．7　中斷請求的撤銷　148

6．8　中斷函式　149

6．9　中斷系統套用舉例　150

6．9．1　單一外中斷的套用　151

6．9．2　兩個外中斷的套用　152

6．9．3　中斷嵌套的套用　153

思考題及習題　155

第7章　定時器/計數器的工作原理及

套用　157

7．1　定時器/計數器的結構　157

7．1．1　定時器/計數器工作方式

暫存器TMOD　158

7．1．2　定時器/計數器控制暫存器

TCON　158

7．2　定時器/計數器的4種工作方式　159

7．2．1　方式0　159

7．2．2　方式1　160

7．2．3　方式2　160

7．2．4　方式3　161

7．3　計數器對外部輸入的計數信號的

要求　162

7．4　定時器/計數器T0、T1的編程套用　163

7．4．1　P1口控制8隻LED每0．5s

閃亮一次　163

7．4．2　計數器的套用　164

7．4．3　控制P1．0產生周期為2ms的

方波　166

7．4．4　利用T1控制發出1kHz的

音頻信號　167

7．4．5　LED數碼管秒表的製作　169

7．4．6　測量脈衝寬度——門控位GATEx的

套用　171

7．4．7　LCD時鐘的設計　173

7．5　AT89S52新增定時器/計數器T2

簡介　175

7．5．1　T2的特殊功能暫存器T2CON

和T2MOD　175

7．5．2　T2的16位自動重裝載方式　177

7．5．3　T2的捕捉方式　179

7．5．4　T2的波特率發生器方式及

可程式時鐘輸出　179

思考題及習題　182

第8章　串列口的工作原理及

套用　184

8．1　串列通信基礎　184

8．1．1　並行通信與串列通信　184

8．1．2　同步通信與異步通信　185

8．1．3　串列通信的傳輸模式　186

8．1．4　串列通信的錯誤校驗　186

8．2　串列口的結構　187

8．2．1　串列口控制暫存器SCON　187

8．2．2　特殊功能暫存器PCON　188

8．3　串列口的4種工作方式　189

8．3．1　方式0　189

8．3．2　方式1　193

8．3．3　方式2　194

8．3．4　方式3　195

8．4　多機通信　196

8．5　波特率的制定方法　197

8．5．1　波特率的定義　197

8．5．2　定時器T1產生波特率的計算　197

8．6　串列口套用設計案例　198

8．6．1　串列通信標準接口RS232、RS422

與RS485簡介　199

8．6．2　方式1的套用設計　201

8．6．3　方式2和方式3的套用設計　208

8．6．4　多機通信的套用設計　210

8．6．5　單片機與PC串列通信的設計　216

8．6．6　PC與單片機或與多個單片機的

串列通信　220

思考題及習題　221

第9章　單片機系統的並行擴展　223

9．1　系統並行擴展技術　223

9．1．1　系統並行擴展結構　223

9．1．2　地址空間分配　225

9．1．3　外部地址鎖存器　227

9．2　外部數據存儲器的並行擴展　228

9．2．1　常用的靜態RAM（SRAM）晶片　228

9．2．2　讀寫片外RAM的操作時序　229

9．2．3　並行擴展數據存儲器的設計　230

9．2．4　單片機外擴數據存儲器RAM6264的

案例設計　232

9．3　片內Flash存儲器的編程　233

9．3．1　使用通用編程器的程式寫入　234

9．3．2　使用下載線的ISP編程　234

9．4　E2PROM的並行擴展　235

9．4．1　並行E2PROM晶片簡介　235

9．4．2　AT89S51單片機擴展E2PROM

AT2864的設計　236

9．5　AT89S51擴展並行I/O晶片82C55的

設計　237

9．5．1　I/O接口擴展概述　237

9．5．2　並行I/O晶片82C55簡介　238

9．5．3　82C55的3種工作方式　241

9．5．4　AT89S51單片機與82C55的接口

設計　245

9．6　利用74LSTTL電路擴展並行I/O口　247

9．7　用AT89S51單片機的串列口 擴展並行

輸入/輸出口　248

9．7．1　用74LS165擴展並行輸入口　248

9．7．2　用74LS164擴展並行輸出口　249

思考題及習題　250

第10章　AT89S51單片機系統的串列

擴展　252

10．1　單匯流排串列擴展　252

10．1．1　單匯流排擴展的典型套用——

DS18B20的溫度測量系統　252

10．1．2　設計案例：單匯流排DS18B20

溫度測量系統　255

10．2　SPI匯流排串列擴展　258

10．3　I2C匯流排的串列擴展　259

10．3．1　I2C串列匯流排系統的基本結構　259

10．3．2　I2C匯流排的數據傳送規定　260

10．3．3　AT89S51的I2C匯流排擴展系統　263

10．3．4　I2C匯流排數據傳送的模擬　264

10．3．5　利用I2C匯流排擴展E2PROM

AT24C02的IC卡設計　267

思考題及習題　273

第11章　AT89S51單片機與DAC、

ADC的接口　274

11．1　單片機擴展DAC概述　274

11．2　單片機擴展並行8位DAC0832的

設計　275

11．2．1　DAC0832簡介　275

11．2．2　案例設計：單片機擴展DAC0832的

程控電源　276

11．2．3　案例設計：波形發生器的

製作　278

11．3　單片機擴展串列10位

DAC——TLC5615　282

11．3．1　串列DAC——TLC5615簡介　282

11．3．2　案例設計：單片機擴展串列

DAC——TLC5615的設計　284

11．4　單片機擴展ADC概述　286

11．5　單片機並行擴展8位A/D轉換器

ADC0809　287

11．5．1　案例設計：單片機控制ADC0809

進行A/D轉換　288

11．5．2　案例設計：兩路輸入的數字電壓表的設計　290

11．6　單片機擴展串列8位A/D轉換器

TLC549　293

11．6．1　TLC549的特性及工作原理　293

11．6．2　案例設計：單片機擴展TLC549的

設計　294

11．7　單片機擴展串列12位

ADC——TLC2543的設計　296

11．7．1　TLC2543的特性及工作原理　296

11．7．2　案例設計：單片機擴展TLC2543的

設計　298

思考題及習題　300

第12章　單片機各種套用設計　302

12．1　單片機控制步進電機的設計　302

12．2　單片機控制直流電機　304

12．3　頻率計的製作　306

12．4　電話機撥號的模擬　309

12．5　8位競賽搶答器設計　314

12．6　基於時鐘/日曆晶片DS1302的

電子鐘設計　318

思考題及習題　324

第13章　功率接口設計　325

13．1　單片機與外圍集成數字驅動電路的

接口　325

13．2　單片機與光電耦合器的接口　327

13．2．1　電晶體輸出型光電耦合器驅動

接口　327

13．2．2　晶閘管輸出型光電耦合器驅動

接口　329

13．3　單片機與繼電器的接口　330

13．3．1　單片機與直流電磁式繼電器功率

接口　330

13．3．2　單片機與交流電磁式接觸器的

接口　331

13．4　單片機與晶閘管的接口　332

13．4．1　單向晶閘管　332

13．4．2　雙向晶閘管　332

13．4．3　光耦合雙向晶閘管驅動器　332

13．5　單片機與集成功率電子開關輸出

接口　334

13．5．1　集成功率電子開關TWH8751

簡介　334

13．5．2　集成功率電子開關TWH8751的

典型套用　335

13．6　單片機與固態繼電器的接口　336

13．6．1　固態繼電器的特性與分類　336

13．6．2　固態繼電器的套用　337

13．7　低壓開關量信號輸出技術　339

思考題及習題　340

第14章　單片機套用系統抗干擾與可靠

性設計　341

14．1　干擾的來源　341

14．2　供電系統干擾及其抗干擾措施　342

14．2．1　電源噪聲來源、種類及危害　342

14．2．2　供電系統的抗干擾設計　342

14．3　過程通道干擾的抑制措施——隔離　343

14．3．1　光電隔離的基本配置　343

14．3．2　光電隔離的實現　344

14．4　空間干擾及抗干擾措施　345

14．4．1　接地技術　345

14．4．2　禁止技術　347

14．5　反電勢干擾的抑制　348

14．6　印製電路板的抗干擾設計　349

14．6．1　地線及電源線設計　349

14．6．2　去耦電容的配置　349

14．6．3　印製電路板的布線的

抗干擾設計　350

14．7　軟體抗干擾措施　350

14．7．1　軟體抗干擾的一般方法　350

14．7．2　軟體濾波　351

14．7．3　開關量輸入/輸出軟體抗

干擾設計　352

14．8　看門狗定時器的使用　352

思考題及習題　353

第15章　單片機套用系統的設計與

調試　355

15．1　單片機套用系統的設計步驟　355

15．2　單片機套用系統設計　356

15．2．1　硬體設計應考慮的問題　356

15．2．2　典型的單片機套用系統　357

15．2．3　系統設計中的匯流排驅動　358

15．2．4　軟體設計考慮的問題　360

15．3　單片機套用系統的仿真開發與調試　360

思考題及習題　365

附錄A　基礎實驗題目　366

實驗1　單片機I/O口實驗——

LED流水燈　366

實驗2　單個外部中斷實驗　366

實驗3　中斷嵌套實驗　367

實驗4　定時器/計數器的定時實驗　367

實驗5　定時器/計數器的計數器實驗　367

實驗6　串口方式0擴展並行輸出口

實驗　367

實驗7　串列口方式0擴展並行輸入口

實驗　368

實驗8　雙單片機串列通信　368

實驗9　擴展82C55並行I/O實驗　369

實驗10　獨立式鍵盤實驗　369

實驗11　矩陣式鍵盤掃描實驗　369

實驗12　單片機控制1602液晶顯示器

顯示字元　369

實驗13　DAC0832的D/A轉換實驗　370

實驗14　ADC0809的A/D轉換實驗　370

實驗15　I2C匯流排串列擴展——AT24C02

存儲器讀寫　370

附錄B　課程設計題目　372

題目1　節日彩燈控制器的設計　372

題目2　單一外中斷的套用　372

題目3　LED數碼管秒表的製作　373

題目4　音樂音符發生器的製作　373

題目5　用定時器設計的門鈴　373

題目6　控制數碼管循環顯示單個數字　374

題目7　基於DS18B20的數字溫度計設計　374

題目8　利用定時器在P1．0 上產生周期為

2ms的方波　374

題目9　電話鍵盤及撥號的模擬　375

題目10　雙機串列口方式1單工通信　375

題目11　數碼管顯示4×4 矩陣鍵盤的

鍵號　375

題目12　波形發生器的製作　376

題目13　頻率計的製作　376

題目14　數字電壓表設計　376

題目15　單片機控制串列DAC—— TLC5615

的調壓器　377

題目16　單片機控制16×16 陣列LED的

顯示　377

題目17　直流電機控制實驗　378

題目18　步進電機控制實驗　378

附錄C　頭檔案"LCD1602．h"清單　379

附錄D　頭檔案"DS1302．h"清單　381

參考文獻　385

作者簡介

張毅剛 哈爾濱工業大學教授，國家精品課程“單片機原理”負責人，並獲國家精品資源共享課“單片機原理”建設立項。教育部全國高校網路培訓中心“單片機原理”骨幹教師高級研修班特聘主講教師和黑龍江省教學名師獲得者。主持並獲得省高等教育教學成果一等獎2項，二等獎2項。獲國家教學成果一等獎1項。普通高等教育“十五”、“十一五”和“十二五”國家級規劃教材主編。主要科研方向為自動化測試技術、嵌入式控制器套用等。參加並完成多項科研項目，獲國家科技進步二等獎1項，航天部科技進步獎5項。