單片機也叫嵌入式微控制器，自20世紀誕生以來，已走過了近30年的發展歷程。由于單片機具有體積小、成本低、性能穩定等優點，所以廣泛用于儀表、自動控制、通信和家用電器等領域。了解單片機知識、掌握單片機的應用技術具有重要的意義。各大專院校相關專業已將單片機課程作為一門重要課程列入教學計劃。

目前，單片機的品種繁多，但由于MCS-51單片機具有結構體系完整、指令系統功能完善和內部寄存器的規范化等特色，在中國的單片機市場上一直是主流芯片。各大專院校相關專業的單片機課程也以講MCS-51系列單片機為主。

本書主要針對高職高專類學校的學生編寫。擺脫以往單片機類書籍的起點高、實踐例子少等缺點，由淺入深地使讀者盡快掌握單片機的原理、開發及應用。本書結構新穎，從實用的角度，以MCS-51系列單片機為機型，介紹了單片機的基本原理結構、51指令系統、中斷、定時器/計數器、串行口、單片機應用系統的擴展、設計實例及抗干擾設計等知識。通過學習可較全面地掌握單片機的基礎知識。

本書由胡輝主編，戴永成、黃躍、李國峰任副主編。第1章～第3章、第7章（7.6節）以及第8章和第9章由胡輝編寫，第4章由李國峰編寫，第6章、第7章（7.1節～7.5節）由戴永成編寫，第5章、第7章（7.7節～7.8節）由黃躍編寫。全書由胡輝統稿。參加本書大綱討論的還有李文杰、趙遠遠等。劉彥順、楊路、杜春凱等參加了本書繪圖、文字校對等工作。

本教材的編寫人員都是長期從事單片機教學與科研的教師和工程科技人員，具有豐富的教學和科研經驗。

由于時間倉促及編者水平有限，書中難免出現一些錯誤和不妥之處，懇請廣大讀者和同仁批評指正。

編者

2004年6月

序
前言
第1章 MCS-51單片機系統結構 1
本章學習目標 1
1.1 單片機概述 1
1.1.1 單片機的概念 1
1.1.2 單片機的發展 2
1.1.3 單片機的系列產品介紹 3
1.2 MCS-51單片機結構簡介 4
1.2.1 MCS-51單片機的內部結構 5
1.2.2 80C51/80C52單片機引腳定義及功能 6
1.3 MCS-51單片機的存儲器結構 8
1.3.1 內部數據存儲器及專用寄存器 8
1.3.2 外部數據存儲器 12
1.3.3 程序存儲器 14
1.4 單片機并行I/O口 15
1.4.1 P0口 15
1.4.2. P1口 17
1.4.3 P2口 17
1.4.4 P3口 18
1.5 單片機的復位電路與工作方式 19
1.5.1 單片機的復位電路 19
1.5.2 單片機的工作方式 20
1.6 單片機的時鐘與CPU時序 22
1.6.1 單片機的時鐘 22
1.6.2 單片機的CPU時序 23
本章小結 25
習題一 25
第2章 單片機的指令系統與程序設計 27
本章學習目標 27
2.1 概述 27
2.1.1 指令格式 27
2.1.2 指令分類 28
2.1.3 指令符號的意義 30
2.1.4 偽指令 30
2.2 尋址方式 32
2.2.1 立即尋址 33
2.2.2 直接尋址 33
2.2.3 寄存器尋址 33
2.2.4 寄存器間接尋址 33
2.2.5 相對尋址 34
2.2.6 變址尋址 35
2.2.7 位尋址 36
2.3 指令系統 36
2.3.1 數據傳送類指令 36
2.3.2 算術運算類指令 40
2.3.3 邏輯運算指令 44
2.3.4 移位指令 46
2.3.5 控制轉移類指令 47
2.3.6 位操作指令 50
2.4 程序設計 52
2.4.1 延時程序 53
2.4.2 循環程序 54
2.4.3 分支程序 56
2.4.4 地址表法散轉程序 56
2.4.5 轉移表法散轉程序 57
2.4.6 查表程序設計 58
2.4.7 代碼轉換類程序設計 60
2.4.8 定點數運算程序設計 63
2.4.9 浮點數運算程序 69
本章小結 79
習題二 80
第3章 單片機的中斷系統與定時器/計數器 83
本章學習目標 83
3.1 中斷系統 83
3.1.1 中斷的定義 84
3.1.2 中斷源 85
3.1.3 中斷的優先級 85
3.1.4 中斷控制 86
3.1.5 中斷響應 88
3.1.6 中斷響應的撤除 89
3.2 外部中斷的使用 90
3.2.1 使用查詢法擴展外部中斷源 90
3.2.2 利用定時器擴展外部中斷源 91
3.2.3 利用優先權編碼器擴展外部中斷源 92
3.3 定時器/計數器 95
3.3.1 定時器/計數器的結構 95
3.3.2 定時器/計數器的控制寄存器及工作方式 95
3.4 單片機外部中斷與定時器/計數器的應用訓練 98
3.4.1 外部中斷INT0的應用訓練 98
3.4.2 多級外部中斷的應用訓練 99
3.4.3 定時器方式0的應用訓練 101
3.4.4 定時器方式1的應用訓練 103
3.4.5 外部脈沖寬度的測量訓練 104
3.4.6 單片機內部軟件看門狗的應用訓練 105
本章小結 106
習題三 107
第4章 單片機的串行通信 109
本章學習目標 109
4.1 串行通信概念 109
4.1.1 串行通信的基本方式 109
4.1.2 串行通信的波特率 111
4.2 串行通信的結構及工作方式 111
4.2.1 串行通信口的結構 111
4.2.2 串行通信的工作方式 113
4.2.3 雙機通信 116
4.2.4 多機通信 118
4.3 串行口的擴展應用 120
4.3.1 串行口擴展顯示器訓練 121
4.3.2 串行口擴展的鍵盤訓練 122
4.4 串行通信的應用 124
4.4.1 雙機通信訓練 124
4.4.2 用電流環實現遠距離通信訓練 127
4.4.3 計算機與單片機的通信訓練 128
4.4.4 多機通信訓練 133
本章小結 138
習題四 139
第5章 外部I/O口的擴展訓練 140
本章學習目標 140
5.1 MCS-51外部I/O擴展原理概述 140
5.1.1 MCS-51外部I/O擴展概述 140
5.1.2 MCS-51外部I/O擴展常用芯片 140
5.2 TTL芯片擴展I/O并行接口的應用訓練 141
5.2.1 用74LS377擴展8位并行輸出接口的使用訓練 141
5.2.2 用74LS373擴展8位并行輸入接口的使用訓練 142
5.2.3 用三態門擴展8位并行輸入接口的使用訓練 142
5.3 8255A可編程外圍并行接口的應用訓練 143
5.3.1 8255A可編程外圍并行接口結構及性能介紹 143
5.3.2 訓練內容 146
5.3.3 電路圖 146
5.3.4 參考程序 147
5.4 8155/8156可編程I/O接口的結構及性能 148
5.4.1 8155/8156可編程外圍I/O接口的結構及性能介紹 148
5.4.2 訓練內容 151
5.4.3 電路圖 151
5.4.4 參考程序 151
5.5 8253/8254可編程定時/計數器的應用訓練 152
5.5.1 8253/8254可編程定時/計數器結構及性能簡介 152
5.5.2 訓練內容 153
5.5.3 電路圖 154
5.5.4 參考程序 154
本章小結 155
習題五 155
第6章 A/D、D/A轉換器的應用訓練 157
本章學習目標 157
6.1 8位逐次比較式A/D轉換器的訓練 157
6.1.1 ADC0809的邏輯結構與引腳功能 157
6.1.2 單片機與ADC0809接口的訓練 159
6.2 12位串行接口A/D轉換器的訓練 161
6.2.1 MAX187的主要特性與引腳功能 161
6.2.2 MAX187的工作原理 162
6.2.3 單片機與MAX187接口的訓練 162
6.3 12位并行A/D轉換器的使用訓練 164
6.3.1 AD574A的引腳功能及真值表 164
6.3.2 AD574A的單極性和雙極性輸入 165
6.3.3 單片機與AD574A接口的訓練 166
6.4 8位D/A轉換器的訓練 168
6.4.1 DAC0832的內部結構和引腳功能 168
6.4.2 DAC0832工作方式與輸出極性 169
6.4.3 單片機與DAC0832接口的訓練 170
6.5 I2C總線接口芯片PCF8591的使用訓練 172
6.5.1 PCF8591的主要特性與引腳功能 172
6.5.2 結構與應用原理 173
6.5.3 PCF8591的數據操作格式 174
6.5.4 總線操作時序及數據操作模擬 175
6.5.5 總線接口芯片PCF8591的使用訓練 180
6.6 V/F轉換器的使用訓練 182
6.6.1 V/F轉換原理 182
6.6.2 LM331的引腳功能與特性 183
6.6.3 LM331的外部接線 184
6.6.4 LM331的使用訓練 185
本章小結 186
習題六 187
第7章 單片機的綜合應用 188
本章學習目標 188
7.1 三相步進電機的控制 188
7.1.1 步進電機的工作原理 188
7.1.2 步進電機的控制 188
7.1.3 步進電機的單片機控制 190
7.2 單片機與功率驅動接口電路的連接 192
7.2.1 擴大驅動電流的方法 192
7.2.2 單片機控制強電電路的開關器件 194
7.3 數字頻率計的設計 198
7.3.1 系統組成與設計方案 198
7.3.2 頻率計程序框圖 199
7.3.3 頻率計程序設計 199
7.4 大型數字顯示時鐘的設計 204
7.4.1 系統組成與工作原理 204
7.4.2 數字電子鐘程序框圖 206
7.4.3 數字電子鐘程序 207
7.5 漢字液晶顯示器的設計 214
7.5.1 液晶顯示控制器HD61830 214
7.5.2 HD61830液晶模塊的應用 216
7.6 多路溫度巡檢系統的設計 221
7.6.1 設計目標與預備知識 221
7.6.2 設計方案 222
7.6.3 軟件設計 223
7.8 大容量數據存儲器的應用設計 229
7.8.1 設計目標 229
7.8.2 功能和硬件原理 229
7.9 高速AD在MCS-51單片機中的應用設計 230
7.9.1 設計思路 230
7.9.2 功能和硬件原理 230
本章小結 232
第8章 單片機的可靠性設計與抗干擾設計 233
本章學習目標 233
8.1 單片機應用系統的可靠性設計 233
8.1.1 可靠度 233
8.1.2 提高可靠性的措施 234
8.2 抗干擾的設計原則 234
8.2.1 干擾的來源 234
8.2.2 抗干擾的設計原則 235
8.3 軟件抗干擾的設計 235
8.3.1 數字濾波的設計 235
8.3.2 軟件冗余 238
8.3.3 軟件陷阱 239
8.3.4 軟件看門狗技術 239
8.4 硬件抗干擾的設計 240
8.4.1 濾波技術 240
8.4.2 隔離技術 241
8.4.3 接地技術 242
8.4.4 單片機的自動復位與電源的監測技術 243
本章小結 244
習題八 245
第9章 單片機應用系統的設計方法 246
本章學習目標 246
9.1 單片機應用系統的開發流程 246
9.1.1 設計流程 246
9.1.2 總體設計 247
9.1.3 硬件設計 248
9.1.4 軟件設計 248
9.1.5 系統的調試與維護 250
9.2 51單片機應用系統的開發工具 250
9.2.1 51仿真系統簡介 251
9.2.2 調試工具簡介 253
9.3 編程器的使用方法 255
9.3.1 系統的安裝 255
9.3.2 編程操作 255
本章小結 257
習題九 258

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