單片機原理及接口技術(shù)（C51編程 微課版 第3版）

第 1章 單片機概述 1
1．1　什么是單片機　1
1．2　單片機的發(fā)展歷史　2
1．3　單片機的特點　2
1．4　單片機的應(yīng)用　3
1．5　單片機的發(fā)展趨勢　4
1．6　MCS-51系列與AT89S5x系列單片機　5
1．6．1　MCS-51系列單片機　5
1．6．2　8051內(nèi)核單片機與AT89S5x系列單片機　6
1．7　各種衍生品種的8051單片機　7
1．7．1　STC系列單片機　7
1．7．2　C8051F×××單片機　8
1．7．3　ADμC812單片機　9
1．7．4　臺灣華邦W77系列、W78系列單片機　9
1．8　PIC系列單片機與AVR系列單片機　9
1．8．1　PIC系列單片機　9
1．8．2　AVR系列單片機　10
1．9　其他的嵌入式處理器簡介　11
1．9．1　嵌入式DSP處理器　11
1．9．2　嵌入式微處理器　12
思考題及習題　12
第　2章 AT89S51單片機片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)　14
2．1　AT89S51單片機的片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)　14
2．2　AT89S51的引腳功能　15
2．2．1　電源及時鐘引腳　15
2．2．2　控制引腳　16
2．2．3　并行I/O口引腳　17
2．3　AT89S51的CPU　18
2．3．1　運算器　19
2．3．2　控制器　20
2．4　AT89S51單片機存儲器的結(jié)構(gòu)　20
2．4．1　程序存儲器空間　21
2．4．2　數(shù)據(jù)存儲器空間　22
2．4．3　特殊功能寄存器　23
2．4．4　位地址空間　25
2．5　AT89S51單片機的并行I/O端口　27
2．5．1　P0口　27
2．5．2　P1口　28
2．5．3　P2口　29
2．5．4　P3口　29
2．6　時鐘電路與時序　30
2．6．1　時鐘電路設(shè)計　30
2．6．2　機器周期、指令周期與指令時序　31
2．7　復位操作和復位電路　32
2．7．1　復位操作　32
2．7．2　復位電路設(shè)計　33
2．8　AT89S51單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)　33
2．9　看門狗定時器（WDT）的使用　34
2．10　低功耗節(jié)電模式　35
2．10．1　空閑模式　36
2．10．2　掉電運行模式　36
2．11　AT89S52單片機與AT89S51單片機的差異　37
2．11．1　AT89S52單片機與AT89S51單片機片內(nèi)硬件資源的差別　37
2．11．2　AT89S52的引腳　37
2．11．3　AT89S52單片機的存儲器結(jié)構(gòu)　38
思考題及習題　41
第3章　C51編程語言基礎(chǔ)　43
3．1　C51編程語言簡介　43
3．1．1　C51語言與8051匯編語言的比較　43
3．1．2　C51語言與標準C語言的比較　44
3．2　C51語言程序設(shè)計基礎(chǔ)　44
3．2．1　C51語言中的數(shù)據(jù)類型與存儲類型　45
3．2．2　C51語言的特殊功能寄存器及位變量定義　49
3．2．3　C51語言的絕對地址訪問　51
3．2．4　C51的基本運算　52
3．2．5　C51的分支與循環(huán)程序結(jié)構(gòu)　55
3．2．6　C51的數(shù)組　61
3．2．7　C51的指針　62
3．3　C51語言的函數(shù)　63
3．3．1　函數(shù)的分類　63
3．3．2　函數(shù)的參數(shù)與返回值　65
3．3．3　函數(shù)的調(diào)用　65
3．3．4　中斷服務(wù)函數(shù)　66
3．3．5　變量及存儲方式　67
3．3．6　宏定義與文件包含　67
3．3．7　庫函數(shù)　68
思考題及習題　68
第4章　開發(fā)與仿真工具　70
4．1　Keil C51的使用　70
4．1．1　Keil C51簡介　70
4．1．2　基本操作　70
4．1．3　添加用戶源程序文件　72
4．1．4　程序的編譯與調(diào)試　75
4．1．5　項目的設(shè)置　77
4．2　Proteus虛擬仿真工具介紹　80
4．2．1　Proteus功能簡介　80
4．2．2　Proteus ISIS的虛擬仿真　80
4．2．3　Proteus的各種虛擬仿真調(diào)試工具　87
4．2．4　虛擬設(shè)計仿真舉例　91
思考題及習題　97
第5章　單片機與開關(guān)、鍵盤以及顯示器件的接口設(shè)計　98
5．1　單片機控制發(fā)光二極管顯示　98
5．1．1　單片機與發(fā)光二極管的連接　98
5．1．2　I/O端口的編程控制　99
5．2　開關(guān)狀態(tài)檢測　102
5．2．1　開關(guān)檢測案例1　102
5．2．2　開關(guān)檢測案例2　103
5．3　單片機控制LED數(shù)碼管的顯示　104
5．3．1　LED數(shù)碼管的顯示原理　104
5．3．2　LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示　107
5．4　單片機控制LED點陣顯示器顯示　110
5．4．1　LED點陣顯示器的結(jié)構(gòu)與顯示原理　110
5．4．2　控制16×16 LED點陣顯示屏的案例　111
5．5　字符型LCD 1602液晶顯示器的顯示控制　113
5．5．1　LCD 1602液晶顯示模塊簡介　114
5．5．2　單片機控制字符型LCD 1602顯示案例　120
5．6　點陣式液晶顯示器LCD12864的顯示控制　123
5．6．1　引腳及顯示原理　124
5．6．2　控制命令　125
5．6．3　單片機控制LCD12864顯示的案例　127
5．7　鍵盤接口設(shè)計　131
5．7．1　鍵盤接口設(shè)計應(yīng)解決的問題　132
5．7．2　獨立式鍵盤接口設(shè)計案例　133
5．7．3　矩陣式鍵盤的接口設(shè)計案例　139
5．7．4　非編碼鍵盤掃描方式的選擇　141
5．7．5　單片機與專用鍵盤/顯示器芯片HD7279的接口設(shè)計　142
思考題及習題　152
第6章　中斷系統(tǒng)的工作原理及應(yīng)用　154
6．1　AT89S51中斷技術(shù)概述　154
6．2　AT89S51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　154
6．2．1　中斷請求源　155
6．2．2　中斷請求標志寄存器　155
6．3　中斷允許與中斷優(yōu)先級的控制　156
6．3．1　中斷允許寄存器IE　157
6．3．2　中斷優(yōu)先級寄存器IP　157
6．4　響應(yīng)中斷請求的條件　158
6．5　外部中斷的響應(yīng)時間　159
6．6　外部中斷的觸發(fā)方式選擇　160
6．6．1　電平觸發(fā)方式　160
6．6．2　跳沿觸發(fā)方式　160
6．7　中斷請求的撤銷　160
6．8　中 斷 函 數(shù)　161
6．9　中斷系統(tǒng)應(yīng)用舉例　163
6．9．1　單一外中斷的應(yīng)用　163
6．9．2　兩個外中斷的應(yīng)用　164
6．9．3　中斷嵌套的應(yīng)用　166
6．10　AT89S52與AT89S51中斷系統(tǒng)的差別　167
6．10．1　中斷請求源的差別　167
6．10．2　中斷請求標志寄存器的差別　168
6．10．3　中斷允許寄存器與中斷優(yōu)先級寄存器的差別　168
思考題及習題　170
第7章　定時器/計數(shù)器的工作原理及應(yīng)用　172
7．1　定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)　172
7．1．1　定時器/計數(shù)器工作方式寄存器TMOD　173
7．1．2　定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON　173
7．2　定時器/計數(shù)器的4種工作方式　174
7．2．1　方式0　174
7．2．2　方式1　175
7．2．3　方式2　175
7．2．4　方式3　176
7．3　計數(shù)器對外部輸入的計數(shù)信號的要求　177
7．4　定時器/計數(shù)器T0、T1的編程應(yīng)用　178
7．4．1　P1口控制8只LED每0．5s閃亮一次　178
7．4．2　計數(shù)器的應(yīng)用　179
7．4．3　控制P1．0產(chǎn)生周期為2ms的方波　181
7．4．4　利用T1控制發(fā)出1kHz的音頻信號　182
7．4．5　LED數(shù)碼管秒表的制作　184
7．4．6　測量脈沖寬度——門控位GATEx的應(yīng)用　186
7．4．7　LCD時鐘的設(shè)計　188
7．5　AT89S52新增定時器/計數(shù)器T2簡介　190
7．5．1　T2的特殊功能寄存器T2CON和T2MOD　190
7．5．2　T2的16位自動重裝載方式　192
7．5．3　T2的捕捉方式　194
7．5．4　T2的波特率發(fā)生器方式及可編程時鐘輸出　194
思考題及習題　197
第8章　串行口的工作原理及應(yīng)用　199
8．1　串行通信基礎(chǔ)　199
8．1．1　并行通信與串行通信　199
8．1．2　同步通信與異步通信　200
8．1．3　串行通信的傳輸模式　201
8．1．4　串行通信的錯誤校驗　201
8．2　串行口的結(jié)構(gòu)　202
8．2．1　串行口控制寄存器SCON　202
8．2．2　特殊功能寄存器PCON　203
8．3　串行口的4種工作方式　204
8．3．1　方式0　204
8．3．2　方式1　208
8．3．3　方式2　210
8．3．4　方式3　211
8．4　多 機 通 信　211
8．5　波特率的制定方法　212
8．5．1　波特率的定義　213
8．5．2　定時器T1產(chǎn)生波特率的計算　213
8．6　串行口應(yīng)用設(shè)計案例　214
8．6．1　串行通信標準接口RS232、RS422與RS485簡介　214
8．6．2　方式1的應(yīng)用設(shè)計　217
8．6．3　方式2和方式3的應(yīng)用設(shè)計　223
8．6．4　多機通信的應(yīng)用設(shè)計　225
8．6．5　單片機與PC串行通信的設(shè)計　231
8．6．6　PC與單片機或與多個單片機的串行通信　235
思考題及習題　237
第9章　單片機系統(tǒng)的并行擴展　239
9．1　系統(tǒng)并行擴展技術(shù)　239
9．1．1　系統(tǒng)并行擴展結(jié)構(gòu)　239
9．1．2　地址空間分配　241
9．1．3　外部地址鎖存器　243
9．2　外部數(shù)據(jù)存儲器的并行擴展　244
9．2．1　常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片　244
9．2．2　讀寫片外RAM的操作時序　245
9．2．3　并行擴展數(shù)據(jù)存儲器的設(shè)計　246
9．2．4　單片機外擴數(shù)據(jù)存儲器RAM6264的案例設(shè)計　248
9．3　片內(nèi)Flash存儲器的編程　250
9．3．1　使用通用編程器的程序?qū)懭搿?50
9．3．2　使用下載線的ISP編程　251
9．4　E2PROM的并行擴展　251
9．4．1　并行E2PROM芯片簡介　252
9．4．2　AT89S51單片機擴展E2PROM AT2864的設(shè)計　252
9．5　AT89S51擴展并行I/O芯片82C55的設(shè)計　253
9．5．1　I/O接口擴展概述　253
9．5．2　并行I/O芯片82C55簡介　254
9．5．3　82C55的3種工作方式　258
9．5．4　AT89S51單片機與82C55的接口設(shè)計　262
9．6　利用74LSTTL電路擴展并行I/O口　264
9．7　用AT89S51單片機的串行口 擴展并行輸入/輸出口　265
9．7．1　用74LS165擴展并行輸入口　265
9．7．2　用74LS164擴展并行輸出口　266
思考題及習題　267
第　10章 AT89S51單片機系統(tǒng)的串行擴展　269
10．1　單總線串行擴展　269
10．1．1　單總線擴展的典型應(yīng)用——DS18B20的溫度測量系統(tǒng)　269
10．1．2　設(shè)計案例：單總線DS18B20溫度測量系統(tǒng)　272
10．2　SPI總線串行擴展　275
10．3　I2C總線的串行擴展　276
10．3．1　I2C串行總線系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)　276
10．3．2　I2C總線的數(shù)據(jù)傳送規(guī)定　277
10．3．3　AT89S51的I2C總線擴展系統(tǒng)　280
10．3．4　I2C總線數(shù)據(jù)傳送的模擬　281
10．3．5　利用I2C總線擴展E2PROM AT24C02的IC卡設(shè)計　284
思考題及習題　290
第　11章 AT89S51單片機與DAC、ADC的接口　292
11．1　單片機擴展DAC概述　292
11．2　單片機擴展并行8位DAC0832的設(shè)計　293
11．2．1　DAC0832簡介　293
11．2．2　案例設(shè)計：單片機擴展DAC0832的程控電壓源　294
11．2．3　案例設(shè)計：波形發(fā)生器的制作　296
11．3　單片機擴展串行10位DAC—TLC5615　300
11．3．1　串行DAC—TLC5615簡介　300
11．3．2　案例設(shè)計：單片機擴展串行DAC—TLC5615的設(shè)計　302
11．4　單片機擴展ADC概述　304
11．5　單片機并行擴展8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809　305
11．5．1　案例設(shè)計：單片機控制ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換　306
11．5．2　案例設(shè)計：兩路輸入的數(shù)字電壓表的設(shè)計　308
11．6　單片機擴展串行8位A/D轉(zhuǎn)換器TLC549　311
11．6．1　TLC549的特性及工作原理　311
11．6．2　案例設(shè)計：單片機擴展TLC549的設(shè)計　312
11．7　單片機擴展串行12位 ADC—TLC2543的設(shè)計　314
11．7．1　TLC2543的特性及工作原理　314
11．7．2　案例設(shè)計：單片機擴展TLC2543的設(shè)計　316
思考題及習題　319
第　12章 單片機各種應(yīng)用設(shè)計　321
12．1　單片機控制步進電機的設(shè)計　321
12．2　單片機控制直流電機　323
12．3　頻率計的制作　325
12．4　電話機撥號的模擬　328
12．5　8位競賽搶答器設(shè)計　333
12．6　基于時鐘/日歷芯片DS1302的電子鐘設(shè)計　337
思考題及習題　344
第　13章 功率接口設(shè)計　345
13．1　單片機與外圍集成數(shù)字驅(qū)動電路的接口　345
13．2　單片機與光電耦合器的接口　347
13．2．1　晶體管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口　347
13．2．2　晶閘管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口　349
13．3　單片機與繼電器的接口　350
13．3．1　單片機與直流電磁式繼電器功率接口　350
13．3．2　單片機與交流電磁式接觸器的接口　351
13．4　單片機與晶閘管的接口　352
13．4．1　單向晶閘管　352
13．4．2　雙向晶閘管　352
13．4．3　光耦合雙向晶閘管驅(qū)動器　352
13．5　單片機與集成功率電子開關(guān)輸出接口　354
13．5．1　集成功率電子開關(guān)TWH8751簡介　355
13．5．2　集成功率電子開關(guān)TWH8751的典型應(yīng)用　356
13．6　單片機與固態(tài)繼電器的接口　356
13．6．1　固態(tài)繼電器的特性與分類　356
13．6．2　固態(tài)繼電器的應(yīng)用　357
13．7　低壓開關(guān)量信號輸出技術(shù)　360
思考題及習題　360
第　14章 單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾與可靠性設(shè)計　362
14．1　干擾的來源　362
14．2　供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾措施　363
14．2．1　電源噪聲來源、種類及危害　363
14．2．2　供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計　363
14．3　過程通道干擾的抑制措施—隔離　364
14．3．1　光電隔離的基本配置　364
14．3．2　光電隔離的實現(xiàn)　365
14．4　空間干擾及抗干擾措施　366
14．4．1　接地技術(shù)　367
14．4．2　屏蔽技術(shù)　368
14．5　反電勢干擾的抑制　369
14．6　印制電路板的抗干擾設(shè)計　370
14．6．1　地線及電源線設(shè)計　370
14．6．2　去耦電容的配置　371
14．6．3　印制電路板的布線的抗干擾設(shè)計　371
14．7　軟件抗干擾措施　372
14．7．1　軟件抗干擾的一般方法　372
14．7．2　軟件濾波　372
14．7．3　開關(guān)量輸入/輸出軟件抗干擾設(shè)計　373
思考題及習題　374
第　15章 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試　376
15．1　單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計步驟　376
15．2　單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計　377
15．2．1　硬件設(shè)計應(yīng)考慮的問題　377
15．2．2　典型的單片機應(yīng)用系統(tǒng)　378
15．2．3　系統(tǒng)設(shè)計中的總線驅(qū)動　379
15．2．4　軟件設(shè)計考慮的問題　381
15．3　單片機應(yīng)用系統(tǒng)的仿真開發(fā)與調(diào)試　381
思考題及習題　385
附錄A　386
基礎(chǔ)實驗題目　386
實驗1　單片機I/O口實驗——LED流水燈　386
實驗2　單個外部中斷實驗　386
實驗3　中斷嵌套實驗　387
實驗4　定時器/計數(shù)器的定時實驗　387
實驗5　定時器/計數(shù)器的計數(shù)器實驗　387
實驗6　串口方式0擴展并行輸出口實驗　388
實驗7　串行口方式0擴展并行輸入口實驗　388
實驗8　雙單片機串行通信　389
實驗9　擴展82C55并行I/O實驗　390
實驗10　獨立式鍵盤實驗　390
實驗11　矩陣式鍵盤掃描實驗　391
實驗12　單片機控制1602液晶顯示器顯示字符　391
實驗13　DAC0832的D/A轉(zhuǎn)換實驗　392
實驗14　ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換實驗　392
實驗15　I2C總線串行擴展——AT24C02存儲器讀寫　393
附錄B　394
課程設(shè)計題目　394
題目1　節(jié)日彩燈控制器的設(shè)計　394
題目2　單一外中斷的應(yīng)用　394
題目3　LED數(shù)碼管秒表的制作　395
題目4　音樂音符發(fā)生器的制作　395
題目5　用定時器設(shè)計的門鈴　396
題目6　控制數(shù)碼管循環(huán)顯示單個數(shù)字　396
題目7　基于DS18B20的數(shù)字溫度計設(shè)計　396
題目8　利用定時器在P1．0 上產(chǎn)生周期為2ms的方波　397
題目9　電話鍵盤及撥號的模擬　398
題目10　雙機串行口方式1單工通信　398
題目11　數(shù)碼管顯示4×4 矩陣鍵盤的鍵號　399
題目12　波形發(fā)生器的制作　399
題目13　頻率計的制作　399
題目14　數(shù)字電壓表設(shè)計　400
題目15　單片機控制串行DAC—— TLC5615的調(diào)壓器　401
題目16　單片機控制16×16 陣列LED的顯示　401
題目17　直流電機控制實驗　402
題目18　步進電機控制實驗　402
附錄C　406
頭文件LCD1602．h清單　406
附錄D　408
頭文件DS1302．h清單　408
參考書目　412