C51单片机及应用系统设计

章节摘录

第1章 绪论1.1 单片机基础知识1.1.1 单片机的结构和特点根据美籍匈牙利科学家冯?诺依曼提出的存储原理，一个完整的计算机包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件。如果把运算器和控制器集成在一块芯片上，就构成了中央处理器(CPU)，与随机存储器(RAM)、程序存储器、输入和输出接口(I／O)用总线结构相连，就构成了微型计算机。若将中央处理器、存储器、输入和输出接口等部件集成在一块芯片上，就构成了单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，简称单片机。目前，计算机系统已明显地朝巨型化、单片化、网络化三个方向发展。巨型机用于解决复杂系统计算和高速数据处理，故目前还在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给单片机取名为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。单片机的最明显优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中，这一点是巨型机和网络不可能做到的。（1）由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点：①有优异的性能价格比。②集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。⑧控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I／O接口的逻辑操作及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。④低功耗、低电压，便于生产便携式产品。

前言

单片机的诞生标志着计算机正式形成了两大系统，即通用计算机系统和嵌入式系统。进入21世纪后，随着计算机科学和微电子集成技术的飞速发展，嵌入式系统得到了迅猛的发展，单片机不断地向更高层次和更大规模发展。单片机应用系统的高可靠性，软、硬件的高利用系数，优异的性能价格比，使它的应用范围由开始传统的过程控制，逐步进入数值处理、数字信号处理及图像处理等高技术领域。同时，世界各大半导体厂商纷至沓来争先挤入这一市场，激烈的市场竞争也促进了单片机迅速更新换代，带来了它们更为广泛的应用，开辟了计算机应用的一个新时代。学习单片机不但要学习单片机的原理和编程语言，掌握单片机的接口技术和编程方法，还要熟悉单片机的编程器、仿真器等工具。由于单片机种类较多，往往令初学者感到头痛。在众多单片机中，由 51 架构的单片机芯片市场流行已久，技术资料也相对较多，是初学者较好的选择。51单片机编程语言常用的有两种：汇编语言和 C 语言。汇编语言的机器代码生成效率很高，但可移植性和可读性差；而 C 语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当，但可读性和可移植性却远远胜于汇编语言，而且C 语言还可以嵌入汇编，开发周期短。编者是多年从事单片机应用系统技术研发和教学的教师，选用51单片机编写了本教材，试图向读者较好地解答“什么是单片机？怎样学好单片机？如何应用单片机？”这三个问题，使读者既能掌握单片机的一般原理，又能掌握单片机应用系统的软硬件设计技巧，从而能很快从事嵌入系统开发的工作。为了便于组织教学，在本教材的编排顺序上采用了循序渐进的策略。本书共11章，第1章简要介绍了单片机的特点、发展概况和应用领域；第2章介绍了MCS-51单片机的内部结构、资源及特性；第3章介绍了MCS-51的指令系统及汇编语言程序的设计方法；第4章介绍了单片机C51程序设计方法；第5章介绍了MCS-51中断系统及中断服务程序的设计方法；第6章介绍了MCS-51定时器/计数器的原理及其应用；第7章介绍了串行通信的基本概念及RS-232、RS-422、RS-485串行总线接口标准，通过实例介绍了MCS-51串行通信接口应用及编程方法；第8章从单片机并行和串行总线两个方面，介绍了常用存储器、并行接口芯片8255和串行接口芯片8251的扩展方法，特别介绍了I2C、SPI、1-Wire串行总线的特性及虚拟接口的设计和编程方法；第9章介绍了键盘、LED段码点阵显示、液晶显示、IC卡、模数/数模转换等与单片机系统的接口及编程方法；第10章介绍了单片机应用系统设计流程和步骤，常用的软硬件抗干扰技术；第11章介绍了Keil C51集成开发环境的使用。本教材内容丰富、深入浅出，大部分程序代码采用C语言编写，使程序的可读性和可移植性较好，读者在应用这些典型模块的程序代码时，只需将程序代码的全部内容作为一个独立模块链接在应用程序之后，统一编译。本教材十分适合于应用型高等学校计算机、通信、电子信息、电子技术、自动化及其他相关专业的教学使用，也是一本工程技术人员的参考用书。本教材由徐煜明编著，韩雁对全文的校对和审核做了大量工作，在编著过程中韩雁、朱宇光、徐强、李春光、王建农、王文宁、赵徐成、陆锦军、黄忠良对全文内容及安排提出了许多宝贵的意见，在此一并表示感谢。由于编者学术水平有限，书中不妥之处在所难免，恳请读者批评指正！

书籍目录

第1章  绪论1.1  单片机基础知识1.1.1  单片机的结构和特点1.1.2  单片机的发展1.1.3  单片机芯片技术的发展趋势1.2  单片机应用1.2.1  单片机应用方向1.2.2  单片机应用系统的分类1.3  MCS-51单片机系列1.3.1  MCS-51系列单片机分类1.3.2  MCS-51单片机的结构特点1.4  其他系列单片机介绍1.4.1  Microchip公司系列单片机1.4.2  Motorola公司系列单片机习题1第2章  单片机的结构与组成2.1  MCS-51单片机的内部结构及信号引脚2.1.1  8051单片机结构2.1.2  中央处理器CPU2.1.3  存储器2.1.4  I/O口及相应的特殊功能寄存器2.1.5  信号引脚2.2  时钟电路与CPU时序2.2.1  时钟电路2.2.2  CPU时序2.3  MCS-51单片机的复位2.4  CHMOS型单片机的节电方式2.4.1  空闲方式2.4.2  掉电方式2.5  AT89系列单片机的结构2.5.1  AT89系列单片机简介2.5.2  AT89系列Flash的编程和校验2.5.3  AT89C51RC单片机习题2第3章  指令与汇编语言程序设计3.1  指令系统概述3.1.1  MCS-51汇编指令的格式3.1.2  指令中的符号标识及注释符3.2  寻址方式3.2.1  寄存器寻址3.2.2  直接寻址3.2.3  寄存器间接寻址3.2.4  立即寻址3.2.5  变址寻址3.2.6  相对寻址3.2.7  位寻址3.2.8  MCS-51寻址方式小结3.3  MCS-51指令说明3.3.1  数据传送指令3.3.2  算术操作指令3.3.3  逻辑操作及移位类指令3.3.4  控制转移指令3.3.5  位操作类指令3.3.6  访问I/O口指令的使用说明3.4  MCS-51伪指令3.5  MCS-51汇编语言程序设计3.5.1  顺序结构程序设计3.5.2  分支程序设计3.5.3  循环程序设计3.5.4  子程序设计习题3第4章  C51程序设计4.1  Keil C51编程语言4.1.1  Keil C51的函数和程序结构4.1.2  C51和标准C的函数差别4.1.3  C51中断函数的声明4.2  C51的数据类型、运算符、表达式4.2.1  C51的基本数据类型4.2.2  C51常量、变量、指针4.2.3  C51的复杂数据类型4.2.4  C51的运算符和表达式4.3  C51的程序流控制语句4.4  编译预处理命令4.4.1  宏定义4.4.2  条件编译4.4.3  文件包含4.4.4  数据类型的重新定义4.5  C51的编程技巧4.6  Keil C51库函数原型列表4.7  C51编程实例4.7.1  基本的输入/输出4.7.2  C51软件延时4.7.3  定时中断函数的编制习题4第5章  MCS-51中断系统5.1  中断概述5.1.1  中断的基本概念5.1.2  中断的作用与功能5.1.3  常用的中断源5.2  MCS-51中断系统5.2.1  MCS-51中断源5.2.2  中断控制5.2.3  中断响应与中断处理5.3  中断程序设计及举例5.3.1  中断初始化程序5.3.2  中断服务程序5.3.3  中断应用举例5.4  外部中断源的扩展5.4.1  用定时器T0、T1作为外部中断扩展5.4.2  用中断与查询相结合的方法扩展外部中断习题5第6章  MCS-51定时器/计数器6.1  定时器的结构及工作原理6.1.1  工作方式寄存器TMOD6.1.2  控制寄存器TCON6.1.3  定时器的工作方式6.2  定时器应用举例6.2.1  定时控制、脉宽检测6.2.2  电压/频率转换6.3  定时器/计数器T26.3.1  T2的状态控制寄存器T2CON6.3.2  T2的工作方式习题6第7章  MCS-51串行通信及其应用7.1  概述7.1.1  串行通信的字符格式7.1.2  串行通信的数据通路形式7.1.3  串行通信的传输速率7.2  MCS-51的串行通信接口7.2.1  通用的异步接收/发送器UART7.2.2  串行口的控制寄存器7.2.3  串行接口的工作方式7.2.4  波特率设计7.2.5  RS-232标准串行总线接口及应用7.2.6  RS-422、RS-485标准串行总线接口及应用7.3  串行通信应用举例7.3.1  移位寄存器方式应用7.3.2  双机、多机通信应用7.3.3  单片机与微机的串行通信习题7第8章  单片机系统扩展技术8.1  并行总线扩展与总线驱动8.1.1  外部总线扩展8.1.2  总线驱动8.2  存储器的并行扩展8.2.1  常用存储器的介绍8.2.2  MCS-51存储器的扩展线路设计8.3  I/O口的扩展8.3.1  I/O接口概述8.3.2  简单的I/O口扩展8.3.3  可编程并行接口82558.3.4  可编程串行接口8251A8.4  串行总线接口技术8.4.1  I2C串行总线8.4.2  SPI总线8.4.3  1-Wire 单总线8.4.4  Microwire总线习题8第9章  单片机与外设接口技术9.1  键盘接口技术9.1.1  键盘的基本工作原理9.1.2  键盘工作方式9.2  显示器接口技术9.2.1  七段码LED显示器9.2.2  LED点阵显示器9.2.3  LCD点阵液晶显示器及其接口9.3  D/A转换接口技术9.3.1  后向通道概述9.3.2  D/A转换器的工作原理及技术指标9.3.3  D/A转换器的接口技术9.4  A/D转换接口技术9.4.1  前向通道概述9.4.2  A/D转换器工作原理及分类9.4.3  ADC0809与MCS-51单片机的接口9.4.4  串行A/D转换器TLC1542的应用9.5  IC卡接口技术9.5.1  SLE4442的存储区域分配9.5.2  SLE4442的通信协议9.5.3  8051单片机和SLE4442卡的接口设计习题9第10章  系统设计及抗干扰技术10.1  单片机应用系统的开发过程10.1.1  技术方案论证10.1.2  硬件系统的设计10.1.3  应用软件的设计10.1.4  硬件、软件系统的调试10.1.5  程序的固化10.2  单片机硬件系统的设计10.2.1  元件的选取10.2.2  硬件电路的设计原则10.2.3  单片机资源的分配10.2.4  印制电路板的设计10.3  单片机软件系统的设计10.3.1  任务的确定10.3.2  软件结构的设计10.4  单片机系统抗干扰技术10.4.1  硬件抗干扰措施10.4.2  软件抗干扰措施第11章  Keil C51 软件的使用11.1  工程文件的建立及设置11.1.1  工程文件的建立和编译、连接11.1.2  设置工程文件的属性11.2  程序调试11.2.1  常用调试命令11.2.2  在线汇编11.2.3  断点设置11.3  Keil 程序调试窗口11.3.1  存储器窗口11.3.2  观察窗口11.3.3  工程窗口寄存器页11.3.4  外围接口窗口附录A  MCS-51指令表附录B  ASCII 码表

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《C51单片机及应用系统设计》由电子工业出版社出版。

作者简介

《C51单片机及应用系统设计》以目前国内使用最广泛的MCS-51系列单片机为对象，以单片机应用系统设计为主，首先详细介绍了单片机系统与外设接口的设计及编程技术，内容涉及键盘、LED段码和点阵显示、液晶显示、IC卡模块、模数/数模转换等，然后总结了系统设计的流程和步骤及常用软硬件抗干扰技术等内容。《C51单片机及应用系统设计》中原理性实例采用汇编语言和C51编程，旨在使读者能够理解编程思路，掌握两种语言的编程方法，为学习其他型号的单片机打下良好基础；应用型、综合型实例全部采用C51编程，使程序的可读性和可移植较好。

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