单片机原理与应用开发教程

基 础 篇

第1章 单片机基础知识 2

1.1 单片机概述 2

1.1.1 单片机的组成 2

1.1.2 单片机的特点 3

1.1.3 单片机系统 4

1.1.4 单片机的程序设计语言 4

1.2 单片机的历史和发展 5

1.2.1 单片机的发展历史 5

1.2.2 单片机的发展趋势 6

1.3 典型单片机简介 7

1.3.1 MCS-51系列单片机 7

1.3.2 AT89系列单片机 8

1.3.3 PIC系列单片机 9

1.3.4 MSP430系列单片机 9

1.4 单片机的应用 10

1.4.1 单片机的应用特点 10

1.4.2 单片机的应用领域 11

知识结构图 12

思考与练习 13

第2章 单片机基本结构和工作原理 14

2.1 单片机的组成和内部结构 14

2.1.1 单片机的组成 14

2.1.2 单片机的内部逻辑结构 15

2.1.3 CPU的内部结构 15

2.1.4 单片机其他结构模块 17

2.2 单片机的外部引脚及功能 18

2.2.1 I/O端口 19

2.2.2 控制引脚 19

2.2.3 电源与晶振引脚 19

2.3 单片机的存储器结构 19

2.3.1 程序存储器 20

2.3.2 数据存储器 21

2.3.3 特殊功能寄存器 23

2.4 单片机的I/O电路 26

2.4.1 P0口 26

2.4.2 P1口 27

2.4.3 P2口 28

2.4.4 P3口 29

2.5 单片机的辅助电路 30

2.5.1 时钟电路 30

2.5.2 复位方式和复位电路 31

2.5.3 单片机最小系统 33

2.6 单片机的工作时序和工作方式 34

2.6.1 时序的基本概念 34

2.6.2 单片机的工作时序 35

2.6.3 单片机的工作方式 36

知识结构图 38

思考与练习 39

第3章 指令系统和汇编程序设计 40

3.1 指令系统概述 40

3.1.1 指令的表达形式 40

3.1.2 指令中的常用符号 41

3.2 单片机的寻址方式 42

3.2.1 立即寻址 43

3.2.2 直接寻址 43

3.2.3 寄存器寻址 44

3.2.4 寄存器间接寻址 45

3.2.5 变址寻址 46

3.2.6 相对寻址 47

3.2.7 位寻址 48

3.3 单片机的指令系统 49

3.3.1 数据传送类指令 49

3.3.2 算术运算类指令 55

3.3.3 逻辑运算类指令 59

3.3.4 控制转移类指令 63

3.3.5 位操作类指令 66

3.4 汇编语言程序的设计基础 69

3.4.1 汇编语言的语句格式 70

3.4.2 伪指令 70

3.4.3 汇编语言程序结构 72

3.4.4 汇编语言的编辑和汇编 73

3.4.5 汇编语言程序设计方法 73

3.5 汇编语言程序的基本结构形式 74

3.5.1 顺序程序 75

3.5.2 分支程序 76

3.5.3 循环程序 80

3.5.4 子程序 84

3.6 常用程序设计举例 85

3.6.1 数制转换子程序 85

3.6.2 定时子程序 88

3.6.3 均值滤波子程序 88

3.6.4 数据极值查找子程序 90

3.6.5 算术运算子程序 91

知识结构图 94

思考与练习 95

第4章 单片机内部标准功能单元 98

4.1 单片机的中断系统 98

4.1.1 中断系统的基本概念和基本结构 98

4.1.2 中断系统的控制与实现 100

4.1.3 中断系统的处理过程 104

4.1.4 中断系统的应用 108

4.2 单片机的定时器/计数器 113

4.2.1 定时器/计数器的基本结构和工作原理 113

4.2.2 定时器/计数器的控制与状态 115

4.2.3 定时器/计数器的工作方式 116

4.2.4 定时器/计数器初值计算和初始化 119

4.2.5 定时器/计数器的应用 119

4.3 单片机的串行通信接口 128

4.3.1 串行通信基础知识 128

4.3.2 串行口的内部结构和工作原理 130

4.3.3 串行口的控制与状态 132

4.3.4 串行口的工作方式 133

4.3.5 串行口波特率的确定和初始化 135

4.3.6 串行口的应用 136

4.3.7 单片机与PC机之间的通信 142

知识结构图 149

思考与练习 150

第5章 单片机外部扩展技术 151

5.1 并行总线扩展及编址 151

5.1.1 单片机外总线的结构 151

5.1.2 单片机外总线的扩展规则 153

5.1.3 常用扩展器件 153

5.1.4 地址译码方法 157

5.2 存储器及其扩展 160

5.2.1 半导体存储器简介 160

5.2.2 EPROM程序存储器的扩展 162

5.2.3 E2PROM程序存储器的扩展 164

5.2.4 数据存储器及其扩展 164

5.3 人机交互接口及其扩展 169

5.3.1 键盘接口 169

5.3.2 LED显示接口 177

5.4 并行I/O端口扩展及应用 183

5.4.1 简单I/O扩展 183

5.4.2 接口芯片8155及扩展 185

5.4.3 I/O接口芯片8255及扩展 191

5.5 模拟量I/O通道扩展及应用 196

5.5.1 A/D转换器基本知识 196

5.5.2 A/D转换接口芯片ADC0809 197

5.5.3 D/A转换器基本知识 202

5.5.4 D/A转换接口芯片DAC0832 204

知识结构图 208

思考与练习 209

第6章 单片机串行总线扩展技术 211

6.1 串行总线概述 211

6.2 单总线接口及其扩展 211

6.2.1 单总线基础知识 211

6.2.2 单总线的数据传输时序 213

6.2.3 数字温度传感器DS18B20 214

6.3 I2C总线接口及其扩展 220

6.3.1 I2C总线基础知识 220

6.3.2 I2C总线的数据传输时序 221

6.3.3 I2C总线的时序模拟 223

6.3.4 串行程序存储器AT24C04 224

6.4 SPI总线接口及其扩展 230

6.4.1 SPI总线基础知识 230

6.4.2 SPI总线的数据传输时序 231

6.4.3 E2PROM芯片X25045 232

6.4.4 A/D转换器芯片TLC549 237

知识结构图 239

思考与练习 240

开 发 篇

第7章 快速开发入门知识 242

7.1 单片机应用系统开发技术 242

7.1.1 单片机应用系统的开发过程 242

7.1.2 单片机开发工具 244

7.2 Keil集成开发平台 247

7.2.1 创建一个应用程序 248

7.2.2 应用程序的编辑、编译和链接 252

7.2.3 应用程序的仿真和调试 253

7.2.4 应用程序调试的常用窗口 256

7.2.5 调试实例 258

思考与练习 262

第8章 单片机C51程序设计基础 263

8.1 C51的概述 263

8.1.1 C51程序结构概述 263

8.1.2 C51对标准C的扩展 264

8.2 C51的编译和编译预处理 265

8.2.1 编译 265

8.2.2 编译预处理 266

8.3 C51的基本语法 267

8.3.1 常量 267

8.3.2 变量 268

8.3.3 常用运算符与表达式 273

8.4 C51的程序结构 275

8.4.1 分支语句 275

8.4.2 循环语句 277

8.5 C51的函数 280

8.5.1 函数的定义和分类 280

8.5.2 函数的调用 281

8.6 C51的库函数 283

8.6.1 字符函数CTYPE.H 283

8.6.2 内部函数INTRINS.H 284

8.6.3 标准输入/输出函数STDIO.H 285

8.6.4 标准函数STDLIB.H 285

8.6.5 字符串处理函数STRING.H 286

8.6.6 绝对地址访问函数ABSACC.H 286

8.6.7 专用寄存器REGxx.H 287

8.7 C51的数组 287

8.7.1 数组的定义 287

8.7.2 数组的应用 288

8.8 C51的指针 289

8.8.1 指针与地址 289

8.8.2 指针的定义 290

8.8.3 指针的引用 291

8.9 C51编程举例 291

8.9.1 读写I/O端口的C51编程 292

8.9.2 中断系统的C51编程 292

8.9.3 定时器/计数器的C51编程 293

8.9.4 串行接口通信的C51编程 295

8.9.5 I2C总线的C51编程 298

思考与练习 302

第9章 单片机学习板及功能模块 304

9.1 单片机学习板的用途和特点 304

9.2 单片机学习板的整体设计 305

9.3 STC-ISP烧录软件的使用方法 306

9.4 单片机学习板的功能模块 307

9.4.1 流水灯控制单元 307

9.4.2 数码管显示单元 309

9.4.3 蜂鸣器单元 310

9.4.4 独立按键单元 312

9.4.5 矩阵键盘单元 313

9.4.6 液晶显示单元 315

9.4.7 I2C总线单元 320

9.4.8 A/D和D/A单元 320

9.4.9 温度测量单元 325

9.4.10 串口通信单元 326

第10章 电子万年历设计 328

10.1 功能要求 328

10.2 总体设计 328

10.2.1 时间的获取方法 328

10.2.2 电子万年历的设计说明 329

10.3 硬件电路设计 329

10.4 软件设计 330

10.4.1 延时程序 330

10.4.2 液晶初始化及显示程序 331

10.4.3 定时器中断初始化和工作程序 334

10.4.4 键盘设置程序 337

10.4.5 闹钟设置与启动程序 342

第11章 超声波测距仪设计 345

11.1 功能要求 345

11.2 总体设计 345

11.2.1 超声波简介 345

11.2.2 超声波测距原理 345

11.3 硬件电路设计 346

11.3.1 HC-SR04超声波模块电路 346

11.3.2 电源电路 348

11.4 软件设计 349

11.4.1 超声波发送程序和超声波接收中断程序 349

11.4.2 距离计算程序 350

11.4.3 LCD1602液晶显示程序 351

第12章 智能循迹小车设计 354

12.1 功能要求 354

12.2 总体设计 354

12.3 硬件电路设计 355

12.3.1 红外检测模块电路 356

12.3.2 稳压电源电路 357

12.3.3 电机驱动电路 357

12.4 软件设计 359

12.4.1 各端口及变量定义 359

12.4.2 相关子函数定义 359

12.4.3 循迹小车主函数 362

第13章 数据采集和无线传输系统设计 364

13.1 功能要求 364

13.2 总体设计 364

13.3 硬件电路设计 365

13.3.1 nRF24L01无线收发模块单元 366

13.3.2 A/D转换单元 368

13.4 软件设计 368

13.4.1 相关参数定义 368

13.4.2 相关函数设计 370

13.4.3 数据采集及无线传输系统主函数 373

附录A ASCII表 375

附录B MCS-51指令表 378

附录C 学习板电路图 381

参考文献 382

本书以MCS-51系列单片机原理和应用开发为主线，分为基础篇和开发篇基础篇采用汇编语言，重点介绍单片机的结构、指令系统、程序设计、内部标准功能单元、系统扩展等内容，并精心设计了大量例题和多种解题思路，突出教学重点、叙述准确精炼，完全可以满足教师课堂教学和学生课程学习需要。开发篇采用C语言，重点阐述单片机应用系统的开发方法，对应用系统设计、开发、调试方法以及开发工具的使用都进行了深入的讨论，并给出大量应用实例，强调初学者通过C语言快速上手、由浅入深。基础篇和开发篇既独立成篇，又相互关联。

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