嵌入式系统原理与应用

本书系统地介绍基于单片机的嵌入式系统的基本原理和应用技术，共10章，主要内容包括单片机与嵌入式系统概述、嵌入式系统基础知识、单片机嵌入式系统的开发环境、80C51系列单片机硬件基础及编程语言、80C51单片机内嵌外设和外部扩展应用、多任务实时操作系统RTX-51及应用实例、教学实验和课程设计等。本书实例丰富，以C51高级语言作为编程教学语言，实用性较强。提供电子课件、大部分程序的源代码和Keil µVision2 IDE调试配合的Proteus单片机仿真电路。

第1章 单片机与嵌入式系统概述 （1）

1.1 现代计算机的技术发展史 （1）

1.1.1 始于微型计算机时代的嵌入式

应用 （1）

1.1.2 现代计算机技术的两大分支 （1）

1.1.3 两大分支发展的里程碑事件 （1）

1.2 嵌入式系统的定义与特点 （2）

1.2.1 嵌入式系统的定义 （2）

1.2.2 嵌入式系统组成 （2）

1.2.3 嵌入式系统中的有关概念 （3）

1.2.4 嵌入式系统的特点 （3）

1.2.5 嵌入式系统的种类与发展 （5）

1.3 嵌入式处理器 （5）

1.3.1 嵌入式处理器简介 （5）

1.3.2 嵌入式处理器的分类 （6）

1.3.3 几种嵌入式处理器之关系 （8）

1.3.4 如何选择嵌入式处理器 （8）

1.4 嵌入式操作系统 （9）

1.4.1 嵌入式操作系统特点 （9）

1.4.2 嵌入式操作系统分类 （10）

1.4.3 使用嵌入式操作系统的优缺点 （10）

1.5 基于单片机的嵌入式系统 （10）

1.5.1 单片机开创了嵌入式系统独立

发展道路 （10）

1.5.2 单片机的技术发展史 （11）

1.5.3 嵌入式系统应用的高低端 （11）

1.5.4 单片机嵌入式系统的特点 （12）

1.6 单片机的分类和技术指标 （13）

1.6.1 单片机的分类 （13）

1.6.2 单片机的技术指标 （13）

1.7 常用的单片机系列 （14）

1.8 单片机嵌入式系统的应用领域 （16）

1.9 单片机嵌入式系统的发展趋势 （17）

本章小结 （18）

习题1 （19）

第2章 嵌入式系统基础知识 （20）

2.1 数制与编码 （20）

2.1.1 进位计数制 （20）

2.1.2 进位计数制的相互转换 （21）

2.1.3 数码和字符的代码表示 （22）

2.2 数字集成电路 （24）

2.2.1 常用的逻辑门电路 （24）

2.2.2 集电极开路门输出电路 （26）

2.2.3 常用组合逻辑电路 （28）

2.2.4 常用时序逻辑电路 （32）

2.3 存储器电路 （34）

2.3.1 存储器概述 （34）

2.3.2 存储器有关概念 （34）

2.3.3 RAM存储器 （35）

2.3.4 ROM存储器 （39）

2.3.5 闪速存储器 （41）

2.4 电源电路 （42）

2.5 时钟与复位电路 （45）

2.5.1 时钟电路 （45）

2.5.2 复位电路简介 （46）

2.5.3 简单复位电路 （46）

本章小结 （49）

习题2 （49）

第3章 单片机嵌入式系统的开发环境 （51）

3.1 单片机嵌入式系统的研制步骤和

方法 （51）

3.1.1 总体设计 （51）

3.1.2 硬件系统 （52）

3.1.3 软件系统 （53）

3.2 单片机嵌入式系统开发的软硬件

环境 （54）

3.2.1 单片机嵌入式系统开发的软硬件

环境构成 （54）

3.2.2 单片机嵌入式系统开发工具选择

原则 （55）

3.2.3 使用JTAG界面单片机仿真开发

环境 （56）

3.2.4 单片机的在线编程 （56）

3.3 Keil C51高级语言集成开发环境

——Vision2 IDE （57）

3.3.1 µVision2 IDE主要特性 （57）

3.3.2 µVision2 IDE集成开发环境 （58）

3.3.3 µVision2 IDE的使用 （61）

3.3.4 Keil C51中printf库函数 （70）

3.4 基于Proteus的单片机系统仿真 （70）

3.4.1 Proteus 7 Professional界面介绍 （71）

3.4.2 绘制电路原理图 （73）

3.4.3 Proteus VSM与Vision2的联调 （77）

3.4.4 Proteus VSM中的电源、复位与

时钟 （80）

本章小结 （80）

习题3 （81）

第4章 80C51单片机硬件基础知识 （82）

4.1 MCS-51系列及80C51系列

单片机简介 （82）

4.1.1 MCS-51系列和80C51系列

单片机 （82）

4.1.2 80C51系列单片机的三次技术

飞跃 （83）

4.1.3 高性能80C51单片机的特点 （84）

4.2 80C51系列单片机外引脚功能 （84）

4.3 80C51单片机内部结构 （88）

4.3.1 中央处理器（CPU） （88）

4.3.2 存储器组织 （90）

4.3.3 并行输入/输出端口结构 （99）

4.3.4 时钟电路 （104）

4.3.5 复位电路 （106）

4.4 低功耗运行方式 （108）

4.4.1 电源控制寄存器PCON （108）

4.4.2 待机方式 （109）

4.4.3 掉电方式 （109）

4.5 80C51单片机最小系统 （110）

本章小结 （111）

习题4 （111）

第5章 80C51单片机软件基础知识 （113）

5.1 80C51单片机指令系统概述 （113）

5.1.1 指令的概念 （113）

5.1.2 指令系统说明 （114）

5.1.3 80C51指令系统助记符 （115）

5.1.4 指令系统中的特殊符号 （116）

5.2 80C51单片机寻址方式 （117）

5.2.1 寄存器寻址方式 （117）

5.2.2 直接寻址方式 （117）

5.2.3 寄存器间接寻址方式 （117）

5.2.4 立即寻址方式 （119）

5.2.5 变址间接寻址方式 （119）

5.2.6 相对寻址方式 （119）

5.2.7 位寻址方式 （119）

5.3 80C51单片机指令系统 （121）

5.3.1 数据传送类指令 （121）

5.3.2 算术运算类指令 （125）

5.3.3 逻辑运算类指令 （127）

5.3.4 控制转移类指令 （130）

5.3.5 位操作指令 （132）

5.4 80C51汇编语言程序设计 （136）

5.4.1 伪指令 （136）

5.4.2 汇编语言程序设计举例 （137）

5.5 80C51单片机C51程序设计

语言 （138）

5.5.1 C51的标识符和关键字 （140）

5.5.2 C51编译器能识别的数据类型 （141）

5.5.3 变量的存储种类和存储器类型 （144）

5.5.4 绝对地址的访问 （149）

5.5.5 中断服务程序 （151）

5.6 C51的运算符和表达式 （152）

5.6.1 赋值运算符 （152）

5.6.2 算术运算符 （152）

5.6.3 关系运算符 （153）

5.6.4 逻辑运算符 （153）

5.6.5 位运算符 （153）

5.6.6 复合运算符 （154）

5.6.7 指针和地址运算符 （154）

5.7 C51的库函数 （155）

5.7.1 本征库函数和非本征库函数 （155）

5.7.2 几类重要的库函数 （155）

5.8 C51的应用技巧 （159）

本章小结 （162）

习题5 （164）

第6章 80C51单片机内嵌外设及应用 （166）

6.1 中断系统和外中断 （166）

6.1.1 中断技术概述 （166）

6.1.2 80C51单片机中断系统 （168）

6.1.3 C51中断服务函数 （173）

6.1.4 外部中断的应用实例 （176）

6.2 定时器/计数器 （178）

6.2.1 定时器/计数器0、1的结构及

工作原理 （179）

6.2.2 定时器/计数器0、1的四种

工作方式 （180）

6.2.3 定时器/计数器对输入信号的

要求 （187）

6.2.4 定时器/计数器0、1的编程和应用

实例 （187）

6.2.5 定时器/计数器2 （192）

6.3 串行通信 （194）

6.3.1 串行通信基础知识 （194）

6.3.2 80C51串行接口 （197）

6.3.3 应用实例 （205）

本章小结 （210）

习题6 （212）

第7章 单片机外部扩展资源及应用 （214）

7.1 单片机外部扩展资源和扩展

编址技术概述 （214）

7.1.1 单片机外部扩展资源分类 （214）

7.1.2 单片机系统扩展结构与编址

技术 （215）

7.1.3 单片机系统存储器扩展方法 （217）

7.2 并行I/O口扩展 （218）

7.2.1 8255可编程并行I/O接口芯片 （218）

7.2.2 用74HC系列芯片扩展I/O

接口 （223）

7.3 大容量闪速存储器Flash的扩展 （225）

7.3.1 Super Flash 39SF040简介 （225）

7.3.2 89C52单片机和39SF040接口

方法 （227）

7.4 单片机系统中的键盘接口技术 （228）

7.4.1 键盘工作原理及消抖 （228）

7.4.2 独立式键盘与工作原理 （229）

7.4.3 行列式键盘与工作原理 （230）

7.4.4 键盘扫描的控制程序 （231）

7.5 单片机系统中的LED数码

显示器 （232）

7.5.1 LED显示器的结构与原理 （232）

7.5.2 LED静态显示接口 （233）

7.5.3 LED动态扫描显示接口 （234）

7.6 单片机系统中的LCD液晶

显示器 （236）

7.6.1 字符型液晶显示模块的组成和

基本特点 （236）

7.6.2 LCD1602模块接口引脚功能 （237）

7.6.3 LCD1602模块的操作命令 （238）

7.6.4 LCD1602与89C52单片机接口

与编程 （241）

7.6.5 点阵式图形LCD显示器的

组成和基本特点 （242）

7.7 日历时钟接口芯片及应用 （247）

7.7.1 并行接口日历时钟芯片DS12887 （247）

7.7.2 串行接口日历时钟芯片DS1302 （250）

7.8 单片机数据采集系统 （253）

7.8.1 并行A/D转换器ADC0809 （253）

7.8.2 串行A/D转换器TLC2543 （256）

7.9 I2C总线接口电路E2PROM

及应用 （258）

7.9.1 串行E2PROM电路CAT24WCXX

概述 （258）

7.9.2 串行E2PROM芯片的操作 （259）

7.9.3 串行E2PROM芯片与89C52的

接口与编程 （261）

7.10 RS-232C和RS-485/422通信

接口 （262）

7.10.1 RS-232C接口的物理结构、电气

特性、信号内容 （262）

7.10.2 RS-485/422接口 （268）

本章小结 （269）

习题7 （270）

第8章 单片机嵌入式系统设计实例 （272）

8.1 设计要求 （272）

8.2 总体方案 （272）

8.3 硬件电路设计 （273）

8.4 软件设计 （275）

8.4.1 主程序模块 （275）

8.4.2 每到一层的状态控制 （277）

8.4.3 内部按键扫描 （277）

8.4.4 外部按键扫描 （277）

8.5 仿真测试 （278）

8.5.1 测试正常功能 （278）

8.5.2 测试异常功能 （279）

本章小结 （279）

第9章 多任务实时操作系统RTX-51 （280）

9.1 RTX-51实时多任务操作系统

简介 （280）

9.1.1 单任务程序与多任务程序的

比较 （280）

9.1.2 使用RTX-51 TINY的软硬件

要求 （282）

9.1.3 使用RTX-51 TINY的注意事项 （283）

9.2 RTX-51 TINY的任务管理 （284）

9.2.1 定时器滴答中断 （284）

9.2.2 任务 （284）

9.2.3 任务状态 （284）

9.2.4 事件 （285）

9.2.5 任务调度 （285）

9.2.6 任务切换 （285）

9.3 如何使用RTX-51 TINY （288）

9.3.1 编写程序 （288）

9.3.2 编译和连接 （289）

9.3.3 调试 （289）

9.3.4 实例1——os_wait函数的使用 （290）

9.4 RTX-51 TINY提供的系统函数 （292）

9.5 RTX-51 TINY的配置 （298）

9.5.1 配置 （298）

9.5.2 库文件 （299）

9.5.3 优化 （300）

9.6 基于Proteus的RTX-51应用

实例——交通信号灯控制器 （300）

9.6.1 交通信号灯控制器设计要求 （300）

9.6.2 总体方案 （301）

9.6.3 硬件电路 （301）

9.6.4 软件设计 （303）

9.6.5 功能使用说明 （304）

9.6.6 程序运行与测试 （305）

本章小结 （306）

习题9 （307）

第10章 教学实验和课程设计 （308）

实验1 单片机I/O口——流水灯 （308）

实验2 单片机I/O口——汽车灯光

控制器 （309）

实验3 外部中断 （311）

实验4 定时器 （312）

实验5 计数器 （314）

实验6 单片机和PC通信 （315）

实验7 外部数据存储器的扩展 （318）

实验8 键盘与显示 （319）

实验9 串行日历时钟与字符LCD

显示器 （321）

实验10 串行接口A/D转换器 （322）

实验11 RTX-51 TINY计算机自动

打铃器 （324）

附录A 指令速查表 （327）

参考文献 （331） 2100433B

苏曙光、沈刚编著的《嵌入式系统原理与设计》全面地介绍了嵌入式系统的概念、软硬件结构、开发调试过程和工具等内容，涵盖嵌入式系统设计和实现全过程所需要掌握的知识。《嵌入式系统原理与设计》内容共分为三部分。第一部分(第1章)介绍嵌入式系统的概念，以及其软硬件结构和典型应用领域。第二部分(第2章至第5章)介绍嵌入式系统的硬件知识，包括ARM处理和DSP处理器的应用，Flash存储技术，典型的嵌入式外设，电路原理图和印制电路板PCB的设计流程、设计原则及硬件设计环境与工具，典型嵌入式系统操作系统的内核结构、图形驱动、移植等应用要点。第三部分(第6章至第9章)首先介绍嵌入式系统的软件开发环境的特点、构建方法、开发和调试流程，以及嵌入式软件体系各层次的软件开发技术；然后介绍了交叉编译环境、开发过程，嵌入式设备之问的网络互联技术；最后通过典型事例介绍了嵌入式系统设计和开发的基本思路和方法。本书适合计算机、软件工程、电子、电气、机电一体化、光电等相关专业的研究生或本科高年级学生选作教材，同时也可作为从事嵌入式系统项目管理、整体设计和硬件、软件开发技术人员的参考书。