01644_单片机原理及接口技术_教材书籍

单片机原理及接口技术（C51编程）（微课版第3版）

作者：张毅刚

出版社：人民邮电出版社

出版时间：2020年01月

开本：16开

纸张：胶版纸

包装：平装-胶订

是否套装：否

国际标准书号ISBN：9787115523808

内容简介

本书详细介绍了美国ATMEL公司8051内核的AT89S51/52单片机工作原理及应用设计，且融入了目前在教学中已经广泛使用的虚拟仿真开发工具Proteus，并给出较多的、经过验证的仿真案例。本书也展示了作者的“单片机原理”国家精品课程的教学模式与教学方法改革的部分成果，对课程体系结构的改进也体现在本书之中。

作者简介

张毅刚教授毕业于哈尔滨工业大学无线电技术专业，现任哈尔滨工业大学电气学院教授，主要研究方向：虚拟仪器及计算机自动测试技术。主要研究内容：虚拟仪器的系统结构、设计和组建；微型计算机、单片机、数字信号处理机在虚拟仪器系统中的应用。

目录

第1章单片机概述1

1.1什么是单片机1

1.2单片机的发展历史2

1.3单片机的特点2

1.4单片机的应用3

1.5单片机的发展趋势4

1.6 MCS-51系列与AT89S5x系列单片机5

1.6.1 MCS-51系列单片机5

1.6.2 8051内核单片机与AT89S5x系列单片机6

1.7各种衍生品种的8051单片机7

1.7.1 STC系列单片机7

1.7.2 C8051F×××单片机8

1.7.3 ADμC812单片机9

1.7.4台湾华邦W77系列、W78系列单片机9

1.8 PIC系列单片机与AVR系列单片机9

1.8.1 PIC系列单片机9

1.8.2 AVR系列单片机10

1.9其他的嵌入式处理器简介11

1.9.1嵌入式DSP处理器11

1.9.2嵌入式微处理器12

思考题及习题12

第2章AT89S51单片机片内硬件结构14

2.1 AT89S51单片机的片内硬件结构14

2.2 AT89S51的引脚功能15

2.2.1电源及时钟引脚15

2.2.2控制引脚16

2.2.3并行I/O口引脚17

2.3 AT89S51的CPU 18

2.3.1运算器19

2.3.2控制器20

2.4 AT89S51单片机存储器的结构20

2.4.1程序存储器空间21

2.4.2数据存储器空间22

2.4.3特殊功能寄存器23

2.4.4位地址空间25

2.5 AT89S51单片机的并行I/O端口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时钟电路与时序30

2.6.1时钟电路设计30

2.6.2机器周期、指令周期与指令时序31

2.7复位操作和复位电路32

2.7.1复位操作32

2.7.2复位电路设计33

2.8 AT89S51单片机的小应用系统33

2.9看门狗定时器（WDT）的使用34

2.10低功耗节电模式35

2.10.1空闲模式36

2.10.2掉电运行模式36

2.11 AT89S52单片机与AT89S51单片机的差异37

2.11.1 AT89S52单片机与AT89S51单片机片内硬件资源的差别37

2.11.2 AT89S52的引脚37

2.11.3 AT89S52单片机的存储器结构38

思考题及习题41

第3章C51编程语言基础43

3.1 C51编程语言简介43

3.1.1 C51语言与8051汇编语言的比较43

3.1.2 C51语言与标准C语言的比较44

3.2 C51语言程序设计基础44

3.2.1 C51语言中的数据类型与存储类型45

3.2.2 C51语言的特殊功能寄存器及位变量定义49

3.2.3 C51语言的地址访问51

3.2.4 C51的基本运算52

3.2.5 C51的分支与循环程序结构55

3.2.6 C51的数组61

3.2.7 C51的指针62

3.3 C51语言的函数63

3.3.1函数的分类63

3.3.2函数的参数与返回值65

3.3.3函数的调用65

3.3.4中断服务函数66

3.3.5变量及存储方式67

3.3.6宏定义与文件包含67

3.3.7库函数68

思考题及习题68

第4章开发与仿真工具70

4.1 Keil C51的使用70

4.1.1 Keil C51简介70

4.1.2基本操作70

4.1.3添加用户源程序文件72

4.1.4程序的编译与调试75

4.1.5项目的设置77

4.2 Proteus虚拟仿真工具介绍80

4.2.1 Proteus功能简介80

4.2.2 Proteus ISIS的虚拟仿真80

4.2.3 Proteus的各种虚拟仿真调试工具87

4.2.4虚拟设计仿真举例91

思考题及习题97

第5章单片机与开关、键盘以及显示器件的接口设计98

5.1单片机控制发光二极管显示98

5.1.1单片机与发光二极管的连接98

5.1.2 I/O端口的编程控制99

5.2开关状态检测102

5.2.1开关检测案例1 102

5.2.2开关检测案例2 103

5.3单片机控制LED数码管的显示104

5.3.1 LED数码管的显示原理104

5.3.2 LED数码管的静态显示与动态显示107

5.4单片机控制LED点阵显示器显示110

5.4.1 LED点阵显示器的结构与显示原理110

5.4.2控制16×16 LED点阵显示屏的案例111

5.5字符型LCD 1602液晶显示器的显示控制113

5.5.1 LCD 1602液晶显示模块简介114

5.5.2单片机控制字符型LCD 1602显示案例120

5.6点阵式液晶显示器LCD12864的显示控制123

5.6.1引脚及显示原理124

5.6.2控制命令125

5.6.3单片机控制LCD12864显示的案例127

5.7键盘接口设计131

5.7.1键盘接口设计应解决的问题132

5.7.2独立式键盘接口设计案例133

5.7.3矩阵式键盘的接口设计案例139

5.7.4非编码键盘扫描方式的选择141

5.7.5单片机与专用键盘/显示器芯片HD7279的接口设计142

思考题及习题152

第6章中断系统的工作原理及应用154

6.1 AT89S51中断技术概述154

6.2 AT89S51中断系统结构154

6.2.1中断请求源155

6.2.2中断请求标志寄存器155

6.3中断允许与中断优先级的控制156

6.3.1中断允许寄存器IE 157

6.3.2中断优先级寄存器IP 157

6.4响应中断请求的条件158

6.5外部中断的响应时间159

6.6外部中断的触发方式选择160

6.6.1电平触发方式160

6.6.2跳沿触发方式160

6.7中断请求的撤销160

6.8中断函数161

6.9中断系统应用举例163

6.9.1单一外中断的应用163

6.9.2两个外中断的应用164

6.9.3中断嵌套的应用166

6.10 AT89S52与AT89S51中断系统的差别167

6.10.1中断请求源的差别167

6.10.2中断请求标志寄存器的差别168

6.10.3中断允许寄存器与中断优先级寄存器的差别168

思考题及习题170

第7章定时器/计数器的工作原理及应用172

7.1定时器/计数器的结构172

7.1.1定时器/计数器工作方式寄存器TMOD 173

7.1.2定时器/计数器控制寄存器TCON 173

7.2定时器/计数器的4种工作方式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计数器对外部输入的计数信号的要求177

7.4定时器/计数器T0、T1的编程应用178

7.4.1 P1口控制8只LED每0.5s闪亮一次178

7.4.2计数器的应用179

7.4.3控制P1.0产生周期为2ms的方波181

7.4.4利用T1控制发出1kHz的音频信号182

7.4.5 LED数码管秒表的制作184

7.4.6测量脉冲宽度——门控位GATEx的应用186

7.4.7 LCD时钟的设计188

7.5 AT89S52新增定时器/计数器T2简介190

7.5.1 T2的特殊功能寄存器T2CON和T2MOD 190

7.5.2 T2的16位自动重装载方式192

7.5.3 T2的捕捉方式194

7.5.4 T2的波特率发生器方式及可编程时钟输出194

思考题及习题197

第8章串行口的工作原理及应用199

8.1串行通信基础199

8.1.1并行通信与串行通信199

8.1.2同步通信与异步通信200

8.1.3串行通信的传输模式201

8.1.4串行通信的错误校验201

8.2串行口的结构202

8.2.1串行口控制寄存器SCON 202

8.2.2特殊功能寄存器PCON 203

8.3串行口的4种工作方式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多机通信211

8.5波特率的制定方法212

8.5.1波特率的定义213

8.5.2定时器T1产生波特率的计算213

8.6串行口应用设计案例214

8.6.1串行通信标准接口RS232、RS422与RS485简介214

8.6.2方式1的应用设计217

8.6.3方式2和方式3的应用设计223

8.6.4多机通信的应用设计225

8.6.5单片机与PC串行通信的设计231

8.6.6 PC与单片机或与多个单片机的串行通信235

思考题及习题237

第9章单片机系统的并行扩展239

9.1系统并行扩展技术239

9.1.1系统并行扩展结构239

9.1.2地址空间分配241

9.1.3外部地址锁存器243

9.2外部数据存储器的并行扩展244

9.2.1常用的静态RAM（SRAM）芯片244

9.2.2读写片外RAM的操作时序245

9.2.3并行扩展数据存储器的设计246

9.2.4单片机外扩数据存储器RAM6264的案例设计248

9.3片内Flash存储器的编程250

9.3.1使用通用编程器的程序写入250

9.3.2使用下载线的ISP编程251

9.4 E2PROM的并行扩展251

9.4.1并行E2PROM芯片简介252

9.4.2 AT89S51单片机扩展E2PROM AT2864的设计252

9.5 AT89S51扩展并行I/O芯片82C55的设计253

9.5.1 I/O接口扩展概述253

9.5.2并行I/O芯片82C55简介254

9.5.3 82C55的3种工作方式258

9.5.4 AT89S51单片机与82C55的接口设计262

9.6利用74LSTTL电路扩展并行I/O口264

9.7用AT89S51单片机的串行口扩展并行输入/输出口265

9.7.1用74LS165扩展并行输入口265

9.7.2用74LS164扩展并行输出口266

思考题及习题267

第10章AT89S51单片机系统的串行扩展269

10.1单总线串行扩展269

10.1.1单总线扩展的典型应用——DS18B20的温度测量系统269

10.1.2设计案例：单总线DS18B20温度测量系统272

10.2 SPI总线串行扩展275

10.3 I2C总线的串行扩展276

10.3.1 I2C串行总线系统的基本结构276

10.3.2 I2C总线的数据传送规定277

10.3.3 AT89S51的I2C总线扩展系统280

10.3.4 I2C总线数据传送的模拟281

10.3.5利用I2C总线扩展E2PROM AT24C02的IC卡设计284

思考题及习题290

第11章AT89S51单片机与DAC、ADC的接口292

11.1单片机扩展DAC概述292

11.2单片机扩展并行8位DAC0832的设计293

11.2.1 DAC0832简介293

11.2.2案例设计：单片机扩展DAC0832的程控电压源294

11.2.3案例设计：波形发生器的制作296

11.3单片机扩展串行10位DAC—TLC5615 300

11.3.1串行DAC—TLC5615简介300

11.3.2案例设计：单片机扩展串行DAC—TLC5615的设计302

11.4单片机扩展ADC概述304

11.5单片机并行扩展8位A/D转换器ADC0809 305

11.5.1案例设计：单片机控制ADC0809进行A/D转换306

11.5.2案例设计：两路输入的数字电压表的设计308

11.6单片机扩展串行8位A/D转换器TLC549 311

11.6.1 TLC549的特性及工作原理311

11.6.2案例设计：单片机扩展TLC549的设计312

11.7单片机扩展串行12位ADC—TLC2543的设计314

11.7.1 TLC2543的特性及工作原理314

11.7.2案例设计：单片机扩展TLC2543的设计316

思考题及习题319

第12章单片机各种应用设计321

12.1单片机控制步进电机的设计321

12.2单片机控制直流电机323

12.3频率计的制作325

12.4电话机拨号的模拟328

12.5 8位竞赛抢答器设计333

12.6基于时钟/日历芯片DS1302的电子钟设计337

思考题及习题344

第13章功率接口设计345

13.1单片机与外围集成数字驱动电路的接口345

13.2单片机与光电耦合器的接口347

13.2.1晶体管输出型光电耦合器驱动接口347

13.2.2晶闸管输出型光电耦合器驱动接口349

13.3单片机与继电器的接口350

13.3.1单片机与直流电磁式继电器功率接口350

13.3.2单片机与交流电磁式接触器的接口351

13.4单片机与晶闸管的接口352

13.4.1单向晶闸管352

13.4.2双向晶闸管352

13.4.3光耦合双向晶闸管驱动器352

13.5单片机与集成功率电子开关输出接口354

13.5.1集成功率电子开关TWH8751简介355

13.5.2集成功率电子开关TWH8751的典型应用356

13.6单片机与固态继电器的接口356

13.6.1固态继电器的特性与分类356

13.6.2固态继电器的应用357

13.7低压开关量信号输出技术360

思考题及习题360

第14章单片机应用系统抗干扰与可靠性设计362

14.1干扰的来源362

14.2供电系统干扰及其抗干扰措施363

14.2.1电源噪声来源、种类及危害363

14.2.2供电系统的抗干扰设计363

14.3过程通道干扰的抑制措施—隔离364

14.3.1光电隔离的基本配置364

14.3.2光电隔离的实现365

14.4空间干扰及抗干扰措施366

14.4.1接地技术367

14.4.2屏蔽技术368

14.5反电势干扰的抑制369

14.6印制电路板的抗干扰设计370

14.6.1地线及电源线设计370

14.6.2去耦电容的配置371

14.6.3印制电路板的布线的抗干扰设计371

14.7软件抗干扰措施372

14.7.1软件抗干扰的一般方法372

14.7.2软件滤波372

14.7.3开关量输入/输出软件抗干扰设计373

思考题及习题374

第15章单片机应用系统的设计与调试376

15.1单片机应用系统的设计步骤376

15.2单片机应用系统设计377

15.2.1硬件设计应考虑的问题377

15.2.2典型的单片机应用系统378

15.2.3系统设计中的总线驱动379

15.2.4软件设计考虑的问题381

15.3单片机应用系统的仿真开发与调试381

思考题及习题385

附录A 386

基础实验题目386

实验1单片机I/O口实验——LED流水灯386

实验2单个外部中断实验386

实验3中断嵌套实验387

实验4定时器/计数器的定时实验387

实验5定时器/计数器的计数器实验387

实验6串口方式0扩展并行输出口实验388

实验7串行口方式0扩展并行输入口实验388

实验8双单片机串行通信389

实验9扩展82C55并行I/O实验390

实验10独立式键盘实验390

实验11矩阵式键盘扫描实验391

实验12单片机控制1602液晶显示器显示字符391

实验13 DAC0832的D/A转换实验392

实验14 ADC0809的A/D转换实验392

实验15 I2C总线串行扩展——AT24C02存储器读写393

附录B 394

课程设计题目394

题目1节日彩灯控制器的设计394

题目2单一外中断的应用394

题目3 LED数码管秒表的制作395

题目4音乐音符发生器的制作395

题目5用定时器设计的门铃396

题目6控制数码管循环显示单个数字396

题目7基于DS18B20的数字温度计设计396

题目8利用定时器在P1.0上产生周期为2ms的方波397

题目9电话键盘及拨号的模拟398

题目10双机串行口方式1单工通信398

题目11数码管显示4×4矩阵键盘的键号399

题目12波形发生器的制作399

题目13频率计的制作399

题目14数字电压表设计400

题目15单片机控制串行DAC——TLC5615的调压器401

题目16单片机控制16×16阵列LED的显示401

题目17直流电机控制实验402

题目18步进电机控制实验402

附录C 406

头文件"LCD1602.h"清单406

附录D 408

头文件"DS1302.h"清单408

参考书目412

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