單片機原理及應用(第4版)（簡體書）

全書共10章，內容包括：緒論、MCS-51單片機的結構與原理、指令系統與程序設計、內部資源及應用、系統擴展技術、輸入/輸出通道設計、交互通道配置與設計、應用系統設計，以及單片機調試/仿真常用軟件Keil C51與Proteus使用方法的介紹，最後一章為課程設計與創新實驗題目。每章都配有習題，並免費提供包括電子課件、典型例題的動畫與Proteus仿真、習題參考答案在內的教學資源包。電子課件請登錄華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）下載。用手機掃描書中的二維碼可以播放仿真演示。 本書以培養學生的工程實踐能力為目標，突出多種典型常用集成電路芯片的介紹與應用，突出單片機外圍接口芯片的擴展、單片機應用系統的設計與實現及單片機的典型應用；匯編語言與C51語言程序設計並重，注重新技術和新器件的引入，如CPLD/FPGA、PSD、I2C總線、時鐘芯片、系統監控芯片、串行A/D轉換器和D/A轉換器、片上系統（SoC）等；理論聯繫實際，系統實用。

張鑫，現為山東工商學院信息與電子工程學院教授。1985年7月畢業于哈爾濱科技大學電子工程系，獲工學學士學位，1988年4月畢業於哈爾濱理工大學自動化儀錶系，獲工學碩士學位。 從教21年來，主講過單片機原理及應用、微機原理及應用、計算機控制系統、集散控制系統、過程控制工程、可編程控制器、檢測技術及儀錶、控制儀錶及裝置、機床電氣與控制、化工儀錶及自動化、電路原理、電工學、數字電路等多門課程。正式出版著作3部，在《電力設備自動化》等雜誌發表論文30餘篇，主持參與省部級項目5項，完成橫向課題多項，主要研究方向為嵌入式系統應用。

第4版前言
本書於2005年出版第1版，並分別於2010年、2014年修訂出版第2、3版，得到了廣大讀者和使用本書作為教材的高校師生的肯定。為了進一步完善本書，使之更適應高校課堂教學與實踐教學需要，並展現單片機技術的最新發展，作者對本書再次進行了全面的修改。
本書面向應用，以培養學生分析問題和解決問題的能力為目的，循序漸進，深入淺出，儘量使“深者得其深，淺者得其淺”，注重學生的認知特點和教學規律，注重體系的完整性。
在本書中，匯編語言與C51語言程序設計並重，硬件設計與軟件設計的技巧性和方法並重，典型實例與Proteus仿真並重。在介紹單片機系統的組成時，詳盡地介紹了多種典型、常用的集成電路芯片及其應用，提供了大量單片機外圍接口芯片及相應的單片機應用系統。同時，注重新技術和新器件的引入，例如，可編程系統器件PSD、可編程邏輯器件PLD、I2C總線、LCD顯示、串行A/D轉換器和D/A轉換器、PWM技術、片上系統（SoC）等。本書還給出了單片機課程設計與創新實驗題目供教師及讀者參考。通過這些課程設計與創新實驗，將有效地提高讀者應用單片機解決實際工程問題的能力。
第4版在第3版的基礎上，刪除了第7章單片機應用系統設計舉例中的“單片機在里程、速度中的應用”，增加了目前應用較多的“單片機在直流電動機調速中的應用”，以期為大學生的智能車競賽、運動控制奠定基礎。對第8章的Proteus軟件應用進行了全面升級，與軟件發展同步。對全書的內容進行修改與完善，增加了一些目前比較先進和實用的單片機外圍接口技術及應用系統設計實例，使得內容更加全面。全書章節結構更加合理，通用性、系統性、工程性和實用性更好。
本書以MCS-51系列單片機（簡稱為MCS-51單片機）為主，內容包括：緒論為單片機簡介，第1章介紹單片機的結構與原理，第2章介紹指令系統與程序設計，第3章介紹單片機的內部資源及應用，第4～6章介紹單片機的外圍接口技術，第7章介紹單片機應用系統設計，第8章為Keil C51與Proteus簡介，第9章為課程設計與創新實驗題目。
作者根據多年的教學經驗積累，並依託山東省省級精品課“單片機原理及應用”，對教材的配套資源進行整合，形成了集理論教學、實踐教學、課後習題及參考答案、CAI課件及Proteus仿真於一體的立體化教材。CAI課件中配備了大量的動畫，用以實現尋址過程、指令與程序執行過程、硬軟件設計過程、電路信號流向與信號變化、系統工作過程的動態表述。使用者可根據不同的教學與學習需求，從中選取相應的內容。
本書參考學時為48～64學時，教師可根據教學實際情況，對講授內容進行取捨或補充。
全書共10章。緒論、第1章、第7章和第8章由張鑫編寫，第2章由張彩榮編寫，第3章由華臻編寫，第4章、第9章由張岩編寫，第5章由陳書謙編寫，第6章及各章習題、附錄A～C由元紅妍編寫。全書由張鑫統稿。
本書在編寫的過程中得到了各位參編教師所在學校的領導和同行們的支持與幫助。在校對過程中，冉哲編輯對本書提出了許多寶貴意見。對於上述同志及參與本書出版的工作人員，在此表示誠摯的謝意！另外，向所有參考文獻的作者致謝。
作者學識有限，書中可能會存在某些錯誤與不妥之處，敬請讀者批評指正，並請與作者聯繫（郵箱：zxtz65@163.com）。

立體化教學資源
為了滿足不同讀者的需求，本書免費提供以下教學資源：
? 全部習題的參考答案；
? CAI課件，登錄華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）註冊後免費下載；
? 典型例題的動畫與Proteus仿真，並在書中為部分典型例題添加二維碼，用手機掃描二維碼後可以直接播放相關仿真演示動畫；
? 教學所需的內容和圖形。
請聯繫本書責任編輯冉哲索取，電子郵件地址ran@phei.com.cn。
作 者

目 錄

緒論 1
習題0 11
第1章 MCS-51單片機的結構與原理 12
1.1 MCS-51單片機硬件結構及引腳 12
1.1.1 MCS-51單片機內部結構 12
1.1.2 MCS-51單片機外部引腳 20
1.1.3 AT89單片機簡介 22
1.1.4 STC單片機簡介 23
1.2 MCS-51單片機的工作方式 25
1.2.1 複位方式 25
1.2.2 程序執行方式 26
1.2.3 節電方式 27
1.2.4 編程和校驗方式 28
1.3 單片機的時序 28
1.3.1 MCS-51單片機的時序單位 28
1.3.2 MCS-51單片機指令的取指/
執行時序 29
1.3.3 訪問外部ROM/RAM指令的
時序 30
1.4 C8051F片上系統（SoC）簡介 31
1.4.1 概述 31
1.4.2 基本結構與特點 33
習題1 35
第2章 MCS-51單片機的指令系統與
程序設計 37
2.1 匯編語言概述 37
2.1.1 匯編語言指令格式與偽指令 37
2.1.2 指令的分類 41
2.1.3 指令中的常用符號 41
2.1.4 指令的字節數 42
2.2 MCS-51單片機的尋址方式 42
2.2.1 立即尋址 43
2.2.2 直接尋址 43
2.2.3 寄存器尋址 44
2.2.4 寄存器間接尋址 45
2.2.5 變址尋址 46
2.2.6 相對尋址 46
2.2.7 位尋址 47
2.3 MCS-51單片機的指令系統 48
2.3.1 數據傳送指令 48
2.3.2 算術運算指令 55
2.3.3 邏輯運算及移位指令 61
2.3.4 控制轉移指令 65
2.3.5 位操作指令 73
2.4 MCS-51單片機C51語言 76
2.4.1 C51語言概述 76
2.4.2 C51語言的程序結構、數據與
存儲類型 77
2.4.3 C51語言的頭文件與庫函數 82
2.4.4 C51語言中絕對地址的訪問 83
2.4.5 C51語言與匯編語言混合
編程的方法 85
2.5 程序設計 87
2.5.1 匯編語言程序設計的步驟 87
2.5.2 順序程序設計 88
2.5.3 分支程序設計 89
2.5.4 循環程序設計 91
2.5.5 查表程序設計 98
2.5.6 子程序設計 102
2.6 程序設計舉例 105
2.6.1 多字節算術運算程序 105
2.6.2 數制轉換程序 107
2.6.3 散轉程序 111
2.7 匯編語言的開發環境 114
2.7.1 單片機開發系統 114
2.7.2 匯編語言源程序的編輯與彙編 115
2.7.3 匯編語言源程序的調試 116
習題2 118
第3章 MCS-51單片機的內部資源及
應用 121
3.1 MCS-51單片機的並行I/O接口 121
3.1.1 並行I/O接口的內部結構 121
3.1.2 MCS-51單片機並行I/O接口的
應用 123
3.1.3 C51語言中MCS-51單片機
並行I/O接口的定義方法 126
3.2 MCS-51單片機的中斷系統 126
3.2.1 中斷的基本概念 127
3.2.2 MCS-51單片機中斷系統簡介 128
3.2.3 軟件設計 135
3.2.4 MCS-51單片機擴展外部中斷
請求輸入口 136
3.3 MCS-51單片機的定時器/計數器 139
3.3.1 定時器/計數器 139
3.3.2 定時器/計數器的工作方式 141
3.3.3 定時器/計數器的應用 142
3.4 MCS-51單片機的串行通信 147
3.4.1 概述 147
3.4.2 MCS-51單片機的串行口 149
3.4.3 串行口的工作方式 151
3.4.4 串行口的通信波特率 153
3.4.5 串行口的初始化 154
3.4.6 串行口的應用 155
習題3 167
第4章 MCS-51單片機的系統擴展
技術 170
4.1 MCS-51單片機系統擴展概述 170
4.1.1 MCS-51單片機的外部擴展
原理 170
4.1.2 MCS-51單片機系統地址
空間的分配 171
4.2 存儲器的擴展 173
4.2.1 程序存儲器擴展 174
4.2.2 數據存儲器擴展 177
4.2.3 MCS-51單片機對外部存儲器的
擴展 179
4.2.4 程序存儲空間和數據存儲空間的
混合 179
4.3 並行I/O接口的擴展 180
4.3.1 概述 180
4.3.2 普通並行I/O接口擴展 181
4.3.3 可編程並行I/O接口芯片擴展 183
4.3.4 可編程邏輯器件的擴展 193
4.3.5 可編程系統器件的擴展 196
4.4 時鐘芯片的擴展 198
4.4.1 時鐘芯片概述 198
4.4.2 DS1302的工作原理及應用 199
4.5 系統監控芯片的擴展 210
4.5.1 概述 210
4.5.2 MAX692A的工作原理及應用 211
4.6 總線接口擴展 214
4.6.1 RS-232C總線標準與接口電路 214
4.6.2 RS-422/RS-485總線標準與
接口電路 218
4.6.3 I2C總線標準與接口電路 221
4.6.4 其他常用總線標準 225
習題4 227
第5章 MCS-51單片機的輸入/輸出
通道設計 229
5.1 輸入/輸出通道概述 229
5.1.1 傳感器 229
5.1.2 單片機應用系統的輸入/輸出
通道 229
5.2 D/A轉換器及其硬軟件設計 232
5.2.1 D/A轉換器的性能指標 233
5.2.2 D/A轉換器的分類 233
5.2.3 D/A轉換器的硬軟件設計 234
5.3 A/D轉換器及接口技術 242
5.3.1 A/D轉換器的性能指標 242
5.3.2 A/D轉換器的分類 243
5.3.3 A/D轉換器的硬軟件設計 244
5.3.4 數據采集系統 254
習題5 257
第6章 MCS-51單片機的交互通道
配置與設計 259
6.1 MCS-51單片機擴展鍵盤的技術 259
6.1.1 概述 259
6.1.2 使用鍵盤時必須解決的問題 260
6.1.3 單片機擴展鍵盤的硬軟件
設計 261
6.2 MCS-51單片機擴展顯示器的技術 273
6.2.1 LED顯示器及其硬軟件設計 274
6.2.2 液晶顯示器及其硬軟件設計 281
6.2.3 單片機擴展液晶顯示模塊
LCD1602 284
6.3 MCS-51單片機擴展鍵盤和顯示器的
設計實例 292
6.3.1 利用8155/8255A擴展鍵盤
和顯示器 292
6.3.2 利用MCS-51單片機的串行口
擴展鍵盤和顯示器 296
6.3.3 利用專用芯片擴展鍵盤和顯
示器 298
6.4 MCS-51單片機擴展微型打印機的
技術 299
6.4.1 微型打印機的特點 299
6.4.2 單片機擴展微型打印機的硬件
設計 300
6.4.3 字符代碼及打印命令 302
6.4.4 單片機擴展微型打印機的設計
舉例 303
習題6 304
第7章 MCS-51單片機應用系統設計 305
7.1 MCS-51單片機應用系統設計過程 306
7.1.1 總體設計 306
7.1.2 硬件設計 307
7.1.3 軟件設計 309
7.1.4 可靠性設計 310
7.1.5 單片機應用系統的調試與
測試 315
7.2 單片機應用系統設計舉例 316
7.2.1 單片機在工業測控系統中的
應用 316
7.2.2 單片機在直流電動機調速中的
應用 322
習題7 328
第8章 Keil C51與Proteus簡介 329
8.1 Keil C51簡介 329
8.1.1 Keil C51概述 329
8.1.2 Keil C51的開發環境 329
8.1.3 Keil C51功能模塊簡介 330
8.1.4 Keil C51軟件的安裝 330
8.1.5 Keil C51軟件的使用 331
8.2 Proteus簡介 339
8.2.1 Proteus概述 339
8.2.2 Proteus智能原理圖輸入系統
簡介 341
8.2.3 單片機應用系統的虛擬設計與
仿真 346
8.2.4 Proteus ISIS與Keil C51的
聯調 359
習題8 360
第9章 課程設計與創新實驗題目 361
9.1 醫院住院病人呼叫器的設計 361
9.2 萬年曆的設計 361
9.3 住校學生生活時間提示系統的設計 361
9.4 智力競賽搶答器的設計 362
9.5 交通信號燈實時控制系統的設計 362
9.6 電子密碼鎖的設計 363
9.7 超聲波測距系統的設計 363
9.8 數字頻率計的設計 363
9.9 8路數據采集系統的設計 363
9.10 溫度控制系統的設計 363
9.11 電梯自動控制電路的設計 364
9.12 出租車計程計價器的設計 364
9.13 智能化公共汽車報站器的設計 364
9.14 自動往返電動車的設計 365
9.15 簡易IC卡收費器的設計 365
9.16 消毒櫃控制系統的設計 365
附錄A ASCII碼字符表 366
附錄B MCS-51單片機指令表 367
附錄C 著名的單片機網站 371
參考文獻 372