单片机原理及接口（第2版）

第1章绪论1

1.1概述1

1.2单片微型计算机1

1.2.1单片机的发展简史及最新发展状况2

1.2.2单片机的特点、分类及应用4

1.3STC89系列单片机简介6

1.3.1STC89系列单片机性能7

1.3.2STC89系列单片机应用系统结构7

1.4单片机的学习方法及系统开发启示9

1.4.1学习单片机应具备的知识与能力9

1.4.2单片机学习的方法引导9

1.4.3单片机的学习要点9

1.4.4单片机系统的开发步骤10

小结11

习题11第2章STC89系列单片机内部结构13

2.1STC89系列单片机的组成13

2.1.1单片机的引脚及功能13

2.1.2STC89系列单片机内部结构15

2.2STC89系列单片机存储器结构19

2.2.1程序存储器20

2.2.2数据存储器20

2.2.3特殊功能寄存器22

2.3STC89系列单片机I/O端口26

2.3.1准双向I/O端口输出原理26

2.3.2I/O端口的应用特性27

2.4单片机工作方式及时序28

2.4.1复位方式28

2.4.2程序执行方式30

2.4.3低功耗方式31

2.4.4振荡器与时钟电路33

2.4.5可编程时钟输出34

2.4.6机器周期和指令周期34

小结35

习题35第3章单片机指令系统及汇编语言程序设计37

3.1概述37

3.2寻址方式37

3.2.1立即寻址方式38

3.2.2直接寻址方式38

3.2.3寄存器寻址方式39

3.2.4寄存器间接寻址方式39

3.2.5基址加变址间接寻址方式40

3.2.6相对寻址40

3.2.7位寻址方式41

3.3指令系统41

3.3.1指令分类41

3.3.2数据传送类指令41

3.3.3算术运算类指令47

3.3.4逻辑运算类指令52

3.3.5控制转移类指令56

3.3.6位操作类指令60

3.3.7伪指令62

3.4汇编语言程序设计64

3.4.1顺序程序设计65

3.4.2分支程序设计66

3.4.3循环程序设计70

3.4.4子程序设计和参数传递72

3.4.5查表类程序设计74

3.4.6软件延时程序设计75

3.4.7输入输出类程序设计76

小结80

习题80第4章C51程序设计语言83

4.1数据运算83

4.1.1C语言程序结构83

4.1.2标识符与关键字85

4.1.3数据类型87

4.1.4C51数据存储类型及SFR的定义88

4.1.5常量与变量90

4.1.6C51的运算符及表达式92

4.2流程控制98

4.2.1条件语句与控制结构99

4.2.2循环语句与控制结构104

4.3数组110

4.3.1一维数组110

4.3.2二维数组112

4.3.3字符数组114

4.4指针115

4.4.1变量的指针和指向变量的指针变量115

4.4.2数组指针和指向数组的指针变量116

4.4.3字符串指针和指向字符串的指针变量117

4.5结构体118

4.5.1结构体的定义和引用118

4.5.2结构体的初始化122

4.5.3结构体数组122

4.5.4指向结构体类型数据的指针123

4.6共用体124

4.6.1共用体类型变量的定义125

4.6.2共用体变量的引用126

4.7函数126

4.7.1函数定义的一般形式127

4.7.2函数的参数和函数返回值128

4.7.3函数的调用129

4.7.4数组、指针作为函数的参数131

4.8编译预处理132

4.8.1宏定义132

4.8.2文件包含133

4.8.3条件编译134

小结135

习题135

第5章STC89系列单片机的定时器/计数器137

5.1定时器/计数器的内部结构及工作原理137

5.1.1定时器/计数器的内部结构137

5.1.2定时器/计数器的工作原理137

5.1.3定时器/计数器的控制寄存器138

5.2T0和T1的工作方式与应用141

5.2.1方式0及其应用142

5.2.2方式1及其应用144

5.2.3方式2及其应用147

5.2.4方式3及其应用149

5.3T2定时器/计数器的工作方式与应用151

5.3.1捕获方式及其应用152

5.3.2自动重装方式及其应用154

5.3.3波特率发生器方式及其应用156

5.4定时器/计数器的综合应用158

小结160

习题160

第6章中断系统161

6.1中断技术概述161

6.1.1中断技术的优点161

6.1.2中断处理流程162

6.2中断系统165

6.2.1中断系统的结构165

6.2.2中断源及矢量地址166

6.2.3中断控制167

6.3外部中断源的扩展171

6.3.1利用定时器作外部中断输入使用171

6.3.2中断和软件查询相结合扩充外部中断源172

6.3.3矢量中断扩充外部中断源173

6.4中断系统的应用175

小结181

习题181

第7章串行数据通信183

7.1串行数据通信基础183

7.1.1串行通信的分类183

7.1.2RS-232C总线标准185

7.2STC89系列单片机的串行端口及控制寄存器187

7.2.1串行端口的内部结构188

7.2.2通信过程188

7.2.3串行通信控制寄存器189

7.3串行通信工作方式及波特率191

7.3.1串行通信的工作方式191

7.3.2串行端口的通信波特率191

7.4串行端口工作方式的应用193

7.4.1方式0的应用193

7.4.2方式1的应用196

7.4.3方式2和方式3的应用202

小结212

习题212

第8章外部系统的扩展214

8.1并行扩展总线214

8.1.1并行扩展总线方法214

8.1.2地址译码方法214

8.1.3总线驱动215

8.2串行总线扩展215

8.2.1SPI总线216

8.2.2MicroWire总线219

8.2.3I2C总线220

8.2.4SMBus总线225

8.2.5单总线228

8.3并行存储器的扩展232

8.3.1程序存储器的扩展232

8.3.2数据存储器的扩展234

8.4串行E2PROM的扩展238

8.4.1二线制I2CE2PROMAT24CXX系列的扩展238

8.4.2三线制SPIE2PROMAT25010/020/040系列的扩展244

小结246

习题246第9章输入输出及接口技术247

9.1键盘247

9.1.1键盘的工作原理247

9.1.2独立式键盘和矩阵式键盘247

9.1.3串行I/O端口扩充键盘248

9.2LED显示器250

9.2.1LED显示器的结构及分类251

9.2.2LED显示器的显示方式252

9.2.3MAX7219串行输入输出共阴极显示驱动器253

9.2.4LED点阵显示器258

9.3LCD显示器259

9.3.1LCD液晶显示器的基本知识259

9.3.2字段式LCD显示器261

9.3.3点阵字符式LCD显示器263

9.4数模转换器接口及应用266

9.4.1数模转换器的原理及分类266

9.4.210位串行D/A转换器TLC5615267

9.4.3TLC5615的应用268

9.5模数转换器接口及应用270

9.5.1模数转换器的分类270

9.5.211路12位串行A/D转换器TLC2543270

9.5.3TLC2543与单片机的连接及应用273

9.6DS1302实时时钟274

9.6.1DS1302外部封装及引脚功能275

9.6.2DS1302命令字节格式275

9.6.3DS1302内部寄存器276

9.6.4DS1302与单片机的连接277

9.7语音接口277

9.7.1ISD4004的外部封装及引脚功能278

9.7.2ISD4004的内部结构279

9.7.3ISD4004串行SPI传输接口279

9.7.4操作指令及工作过程280

9.7.5ISD4004的应用280

9.8温度测量285

9.8.1DS18B20封装形式及引脚功能285

9.8.2DS18B20内部结构285

9.8.3DS18B20测温原理287

9.8.4DS18B20的ROM命令288

9.8.5DS18B20与单片机的连接及其应用288

小结291

习题292第10章单片机系统开发和应用实例293

10.1μVision3使用简介293

10.1.1启动μVision3293

10.1.2创建应用294

10.1.3调试程序296

10.2单片机演奏音乐的设计297

10.2.1单片机产生音调的基础知识297

10.2.2音乐软件的设计300

10.2.3歌曲的设计300

10.3交通信号灯模拟控制303

10.3.1交通信号灯模拟控制原理304

10.3.2单片机模拟控制交通灯程序设计304

10.4步进电机控制307

10.4.1步进电机的工作原理及分配形式307

10.4.2步进电机的单片机控制308

10.4.3键盘控制步进电机正反转及转数的设计309

10.5红外线遥控彩灯的设计313

10.5.1红外线遥控原理313

10.5.2红外线遥控彩灯硬件电路设计315

10.5.3红外线遥控彩灯软件设计315

附录A单片机指令表317

附录BC51库函数322

附录CASCII码表329

附录D常用集成电路引脚图

330参考文献334

第1章基础算法1

1.1分治1

1.2递归3

1.3枚举5

1.4贪心7

第2章排序、查找算法9

2.1基本排序算法9

2.1.1插入排序9

2.1.2冒泡排序9

2.1.3快速排序10

2.1.4其他排序10

2.2基本查找算法11

2.2.1顺序查找11

2.2.2折半查找11

2.3实例分析12

2.4小结30第3章数据结构基础31

3.1常用数据结构简介31

3.1.1线段树简介31

3.1.2并查集简介31

3.1.3树状数组简介31

3.2实例分析32第4章字符串43

4.1字符串匹配43

4.1.1朴素的字符串匹配算法43

4.1.2KMP算法44

4.1.3其他匹配算法44

4.2实例分析44

4.3小结50第5章搜索算法51

5.1基本搜索算法51

5.1.1递归与迭代51

5.1.2深度优先搜索与广度优先搜索51

5.1.3回溯51

5.2搜索算法的一些优化52

5.2.1剪枝函数52

5.2.2双向广度搜索52

5.3实例分析52

5.4小结67第6章图论算法68

6.1最短路径68

6.1.1Dijkstra算法68

6.1.2Floyd算法69

6.1.3Bellman-Ford算法69

6.2最小生成树70

6.2.1Kruskal算法71

6.2.2Prim算法72

6.3最大匹配--匈牙利算法73

6.4最优权匹配问题74

6.4.1理论基础74

6.4.2基本思想75

6.4.3样例代码75

6.5割点、割边以及连通分量77

6.5.1理论基础77

6.5.2求割点78

6.5.3求强连通分量79

6.6网络流81

6.6.1理论基础81

6.6.2最大流问题81

6.6.3最小费用最大流问题83

6.7实例分析84

6.8小结106第7章动态规划算法107

7.1基本思想109

7.2基本概念109

7.3基本原理110

7.3.1最优化原理110

7.3.2无后效性110

7.4基本步骤110

7.5经典例子111

7.6实例分析115

7.7小结135第8章计算几何基础136

8.1矢量136

8.1.1矢量的概念136

8.1.2矢量加减法136

8.1.3矢量叉积136

8.1.4矢量叉积的应用136

8.2包含关系138

8.2.1判断图形是否包含在矩形中138

8.2.2判断图形是否包含在多边形中138

8.2.3判断图形是否包含在圆中141

8.3凸包141

8.3.1凸包的概念141

8.3.2凸包的求法141

8.4实例分析143第9章数论160

9.1基本数学算法160

9.1.1素数筛选160

9.1.2最大公约数160

9.1.3快速乘方161

9.2实例分析161附录A综合训练题186

A.1LuckyBird186

A.2Josephus'problem187

A.3CounterStrike189

A.4GaussElimination192

A.5TheMathProblem193

A.6Mobilephones194

A.7Japan197

A.8骨灰级玩家考证篇199

A.9括号匹配202

A.10食物链204 2100433B

本书以常用的STC89系列单片机为核心，通过大量的实例系统地介绍了单片机的工作原理及接口技术。全书分10章，主要内容包括单片机概述、内部结构、指令系统与寻址方式、汇编语言程序设计、计时器/计数器、中断系统、串行通信、外部系统扩展、输入输出及接口技术、单片机系统开发和应用实例。

本书在参考国内外大量资料的基础上，并结合编者多年的教学和科研实践编写而成。在编写过程中，既做到内容全面、叙述清楚，又注重最新的单片机应用技术，并且在第8章和第9章中介绍当前流行的SPI、IIC、1-Wire等串行总线的工作原理、接口技术及其应用。

本书理论体系完整，内容翔实，语言通俗易懂，实例实用性和针对性强，既适合作为高等院校信息工程、计算机应用、自动化、电气工程和机电等专业的教材，又可供有关技术培训及工程技术人员自学参考之用。

内容提要

前言

第1章 单片机概述

1.1 单片机简介

1.2 单片机的发展历史

1.3 单片机的特点

1.4 单片机的应用

1.5 单片机的发展趋势

1.6 MCS-51系列与AT89S5x系列单片机

1.6.1 MCS-51系列单片机

1.6.2 AT89S5x系列单片机简介

1.7 各种衍生品种的8051单片机

1.7.1 STC系列单片机

1.7.2 C8051Fxxx单片机

1.7.3 ADμC812单片机

1.7.4 华邦W77系列、W78系列单片机

1.8 PIC系列单片机与AVR系列单片机

1.8.1 PIC系列单片机

1.8.2 AVR系列单片机

1.9 其他的嵌入式处理器简介

1.9.1 嵌入式DSP处理器

1.9.2 嵌入式微处理器

思考题及习题

第2章 AT89S51单片机的片内硬件结构

2.1 AT89S51单片机的硬件组成

2.2 AT89S51的引脚功能

2.2.1 电源及时钟引脚

2.2.2 控制引脚

2.2.3 并行I/O口引脚

2.3 AT89S51的CPU

2.3.1 运算器

2.3.2 控制器

2.4 AT89S51单片机存储器的结构

2.4.1 程序存储器空间

2.4.2 数据存储器空间

2.4.3 特殊功能寄存器

2.4.4 位地址空间

2.5 AT89S51单片机的并行I/O端口

2.5.1 P0口

2.5.2 P1口

2.5.3 P2口

2.5.4 P3口

2.6 时钟电路与时序

2.6.1 时钟电路设计

2.6.2 时钟周期、机器周期、指令周期与指令时序

2.7 复位操作和复位电路

2.7.1 复位操作

2.7.2 复位电路设计

2.8 AT89S51单片机的最小应用系统

2.9 看门狗定时器（WDT）的使用

2.10 低功耗节电模式

2.10.1 空闲模式

2.10.2 掉电运行模式

思考题及习题

第3章 8051指令系统与编程基础

3.1 指令系统概述

3.2 指令格式

3.3 指令系统的寻址方式

3.4 8051指令系统分类介绍

3.4.1 数据传送类指令

3.4.2 算术运算类指令

3.4.3 逻辑操作类指令

3.4.4 控制转移类指令

3.4.5 位操作类指令

3.5 8051指令汇总

3.6 某些指令的说明

3.7 8051汇编语言程序设计基础

3.7.1 编程语言概述

3.7.2 汇编语言语句和格式

3.7.3 伪指令

3.7.4 汇编语言源程序的汇编

3.8 8051汇编语言程序设计举例

3.8.1 子程序的设计

3.8.2 查表程序设计

3.8.3 分支转移程序设计

3.8.4 循环程序设计

思考题及习题

第4章 AT89S51单片机的中断系统

4.1 AT89S51中断技术概述

4.2 AT89S51中断系统结构

4.2.1 中断请求源

4.2.2 中断请求标志寄存器

4.3 中断允许与中断优先级的控制

4.3.1 中断允许寄存器IE

4.3.2 中断优先级寄存器IP

4.4 响应中断请求的条件

4.5 外部中断的响应时间

4.6 外部中断的触发方式选择

4.6.1 电平触发方式

4.6.2 跳沿触发方式

4.7 中断请求的撤销

4.8 中断服务子程序的设计

4.9 多外部中断源系统设计

4.9.1 中断和查询结合的方法

4.9.2 用优先权编码器扩展外部中断源

思考题及习题

第5章 I/O口应用——显示与开关/键盘输入

5.1 单片机控制发光二极管的显示

5.1.1 单片机与发光二极管的连接

5.1.2 单片机I/O端口控制发光二极管的编程

5.2 开关状态检测

5.3 单片机控制LED数码管的显示

5.3.1 LED数码管显示原理

5.3.2 LED数码管的显示方式

5.3.3 LED数码管静态显示设计

5.3.4 LED数码管动态显示设计

5.4 单片机控制LED点阵显示器显示

5.4.1 LED点阵显示器结构与显示原理

5.4.2 控制16×16 LED点阵显示屏的设计

5.5 单片机控制LCD 1602液晶显示器的显示

5.5.1 LCD 1602液晶显示模块简介

5.5.2 单片机控制字符型LCD 1602的显示案例

5.6 键盘接口设计

5.6.1 键盘接口设计应解决的问题

5.6.2 独立式键盘的设计

5.6.3 矩阵式键盘的设计

5.6.4 单片机与专用键盘/显示器芯片HD7279的接口设计

5.7 AT89S51单片机与BCD码拨盘的接口设计

思考题及习题

第6章 AT89S51单片机的定时器/计数器

6.1 定时器/计数器的结构

6.1.1 工作方式控制寄存器TMOD

6.1.2 定时器/计数器控制寄存器TCON

6.2 定时器/计数器的4种工作方式

6.2.1 方式0

6.2.2 方式1

6.2.3 方式2

6.2.4 方式3

6.3 对外部输入的计数信号的要求

6.4 定时器/计数器的编程和应用

6.4.1 方式1的应用

6.4.2 方式2的应用

6.4.3 方式3的应用

6.4.4 门控制位GATEx的应用——测量脉冲宽度

6.4.5 实时时钟的设计

思考题及习题

第7章 AT89S51单片机的串行口

7.1 串行口的结构

7.1.1 串行口控制寄存器SCON

7.1.2 特殊功能寄存器PCON

7.2 串行口的4种工作方式

7.2.1 方式0

7.2.2 方式1

7.2.3 方式2

7.2.4 方式3

7.3 多机通信

7.4 波特率的制定方法

7.4.1 波特率的定义

7.4.2 定时器T1产生波特率的计算

7.5 串行口的应用

7.5.1 串行通信接口标准

7.5.2 串行通信设计需要考虑的问题

7.5.3 双机串行通信软件编程

7.5.4 PC与单片机的点对点串行通信接口设计

7.5.5 PC与单片机或多个单片机的串行通信接口设计

思考题及习题

第8章 AT89S51单片机外部存储器的并行扩展

8.1 系统并行扩展结构

8.2 地址空间分配和外部地址锁存器

8.2.1 存储器地址空间分配

8.2.2 外部地址锁存器

8.3 静态数据存储器RAM的并行扩展

8.3.1 常用的静态RAM（SRAM）芯片

8.3.2 外扩数据存储器的读写操作时序

8.3.3 AT89S51单片机与RAM的接口设计与软件编程

8.4 片内Flash存储器的编程

8.4.1 使用通用编程器的程序写入

8.4.2 使用下载线的ISP编程

8.5 E2PROM的并行扩展

8.5.1 并行E2PROM芯片简介

8.5.2 E2PROM的工作方式

8.5.3 AT89S51单片机扩展E2PROM AT2864的设计

思考题及习题

第9章 AT89S51单片机的I/O扩展

9.1 I/O接口扩展概述

9.1.1 扩展的I/O接口功能

9.1.2 I/O端口的编址

9.1.3 I/O数据的传送方式

9.1.4 I/O接口电路

9.2 AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计

9.2.1 82C55芯片简介

9.2.2 工作方式选择控制字及端口PC置位/复位控制字

9.2.3 82C55的3种工作方式

9.2.4 AT89S51单片机与82C55的接口设计

9.3 利用74LSTTL电路扩展并行I/O口

9.4 用AT89S51单片机的串行口扩展并行口

9.4.1 用74LS165扩展并行输入口

9.4.2 用74LS164扩展并行输出口

9.5 用I/O口控制的声音报警接口

9.5.1 蜂鸣音报警接口

9.5.2 音乐报警接口

思考题及习题

第10章 单片机系统的串行扩展技术

10.1 单总线串行扩展

10.1.1 单总线系统的典型应用——DS18B20的温度测量系统

10.1.2 单总线DS18B20温度测量系统的设计

10.2 SPI总线串行扩展

10.3 I2C总线的串行扩展

10.3.1 I2C串行总线系统的基本结构

10.3.2 I2C总线的数据传送规定

10.3.3 AT89S51的I2C总线系统扩展

10.3.4 I2C总线数据传送的模拟

10.3.5 利用I2C总线扩展E2PROM AT24C02的IC卡设计

思考题及习题

第11章 AT89S51单片机与DAC、ADC的接口

11.1 单片机扩展D/A转换器概述

11.2 单片机扩展并行8位DAC0832的设计

11.2.1 DAC0832简介

11.2.2 AT89S51单片机与8位D/A转换器0832的接口设计

11.3 AT89S51单片机与12位D/A转换器AD667的接口设计

11.3.1 12位D/A转换器AD667简介

11.3.2 AD667与AT89S51单片机的接口设计

11.3.3 AD667使用中的技术细节

11.4 AT89S51与串行输入的12位D/A转换器AD7543的接口设计

11.4.1 AD7543简介

11.4.2 AT89S51扩展AD7543的接口设计

11.5 单片机扩展A/D转换器概述

11.6 单片机扩展并行8位A/D转换器ADC0809

11.6.1 ADC0809简介

11.6.2 AT89S51单片机与ADC0809的接口设计

11.7 单片机扩展12位串行ADC-TLC2543的设计

11.7.1 TLC2543的特性及工作原理

11.7.2 AT89S51单片机扩展TLC2543的设计

11.8 AT89S51与双积分型A/D转换器MC14433的接口

11.8.1 MC14433 A/D转换器简介

11.8.2 MC14433与AT89S51单片机的接口

11.9 AT89S51单片机与V/F转换器的接口

11.9.1 用V/F转换器实现A/D转换的原理

11.9.2 常用V/F转换器LMX31简介

11.9.3 V/F转换器与AT89S51单片机的接口设计

11.9.4 V/F转换的应用设计

思考题及习题

第12章 其他常用的接口设计

12.1 步进电机的控制

12.1.1 控制步进电机的工作原理

12.1.2 控制步进电机的设计案例

12.2 直流电机的控制

12.2.1 控制直流电机的工作原理

12.2.2 控制直流电机的设计案例

12.3 基于时钟/日历芯片DS1302的电子钟设计

12.3.1 DS1302的工作原理

12.3.2 DS1302的应用设计案例

12.4 AT89S51单片机与微型打印机TPμP-40A/16A的接口

12.4.1 TPμP-40A/16A微型打印机简介

12.4.2 字符代码及打印命令

12.4.3 TPμP-40A/16A与AT89S51单片机接口设计

12.5 单片机与I/O功率驱动的接口设计

12.5.1 AT89S51与外围集成数字驱动电路的接口

12.5.2 AT89S51与光电耦合器的接口

12.5.3 AT89S51与集成功率电子开关输出接口

思考题及习题

第13章 AT89S51单片机的应用设计与调试

13.1 单片机应用系统的设计步骤

13.2 单片机应用系统设计

13.2.1 硬件设计应考虑的问题

13.2.2 典型的单片机应用系统

13.2.3 系统设计中的总线驱动

13.2.4 软件设计考虑的问题

13.2.5 软件的总体框架设计

13.3 单片机应用系统的仿真开发与调试

13.4 单片机应用系统的抗干扰与可靠性设计

13.4.1 AT89S51片内看门狗定时器的使用

13.4.2 指令冗余和软件陷阱

13.4.3 软件滤波

13.4.4 开关量输入/输出软件抗干扰设计

13.4.5 过程通道干扰的抑制措施——隔离

13.4.6 印制电路板抗干扰布线的基本原则

思考题及习题

附录A 基础实验题目

实验1 单片机I/O口应用——控制LED流水灯

实验2 单个外部中断实验

实验3 中断嵌套实验

实验4 定时器/计数器的定时实验

实验5 定时器/计数器的计数器实验

实验6 串口方式0扩展并行输出口实验

实验7 串行口方式0扩展并行输入口实验

实验8 双单片机串行通信

实验9 扩展82C55并行I/O实验

实验10 独立式键盘实验

实验11 矩阵式键盘扫描实验

实验12 单片机控制1602液晶显示器显示字符

实验13 DAC0832的D/A转换实验

实验14 ADC0809的A/D转换实验

实验15 I2C总线串行扩展——AT24C02存储器读写

附录B 课程设计题目

题目1 节日彩灯控制器的设计

题目2 单一外中断的应用

题目3 LED数码管秒表的制作

题目4 音乐音符发生器的制作

题目5 用定时器设计的门铃

题目6 控制数码管循环显示单个数字

题目7 基于DS18B20的数字温度计设计

题目8 利用定时器在P1.0上产生周期为2ms的方波

题目9 电话键盘及拨号的模拟

题目10 双机串行口方式1单工通信

题目11 数码管显示4×4矩阵键盘的键号

题目12 波形发生器的制作

题目13 频率计的制作

题目14 数字电压表设计

题目15 单片机控制串行DAC：AD7543的调压器

题目16 单片机控制16×16阵列LED的显示

题目17 直流电机控制实验

题目18 步进电机控制实验

参考文献