单片机原理及应用技术

本书针对信息化社会中单片机应用领域不断扩大的趋势，结合目前高等院校单片机教学的案例式教育理念的需要编写而成。案例式的教学模式注重学生综合能力的培养，在教学过程中以学生未来职业角色为核心，以社会需求为导向，兼顾理论内容与实践技术内容的个性化培养方案，将课内教学与课外实践活动融为一体，形成课内理论教学和课外实践活动良性互动。通过教学实践表明，这种教学模式对培养学生的创新思维和提高学生的实践能力具有很好的作用。
本书第1~2章介绍51单片机的概念及结构基础; 第3~5章介绍汇编语言程序设计、C51语言程序设计、Keil编程软件、Proteus仿真软件使用; 第6~8章介绍单片机的内部资源，包括时钟、中断、串行口的设计及使用； 第9~11章介绍51外部资源A/D、D/A转换器接口芯片设计使用、51外部存储器扩展、常用串行接口芯片的使用； 第12~14章提供了三个具体的项目案例的设计实现。本书以案例的形式讲述了众多贴近生活的单片机应用技术，希望通过学习本书，使读者了解和掌握多种单片机系统的组成，并具有一定的单片机系统软、硬件设计能力。
本书的主要特色: 
1． 突出设计能力的培养，突破传统教材内容编排的局限，根据实际项目开发步骤，让读者在完成任务的过程中学习相关知识。以项目案例为载体，实践、实验与理论相结合，相互渗透，相互推动，有利于掌握单片机系统设计技术。
2． 主要章节采用项目案例式设计，首先详细介绍相关的基础知识、拟采用的硬件设备； 然后根据设计要求，给出具体设计方案，以及相关软件仿真。从实际应用出发，有利于激发读者的学习兴趣，开拓读者思路。
3． 本书最后提供了三个单片机系统的案例应用，通过电路原理图搭建、器件的应用分析以及C语言编写的程序(配以详细的说明和注释)，帮助读者理解和掌握系统设计的思想。
4． 案例选自生活中常用的系统，对于初学单片机设计的读者，建议按章节循序渐进地阅读。章节内容是按由易到难的顺序编排的，各个例题及项目相对独立，相关教师可以根据实际教学情况和学时进行选取。
5． “单片机原理及应用”是一门应用性较强的课程，本书以单片机的应用特性为主，原理讲解精炼，注重实用性和实施性，并在硬件相关章节给出了典型的应用实例。每章都配有思考题，便于教学。
本书由于天河主编。第1~2章及第12~14章由于天河编写，第3~5章由韩玉兰编写，第6~8章由郭小霞编写，第9~11章由兰朝凤编写。本书由吴海滨院长主审。本书的编写得到了哈尔滨理工大学测控及与通信工程学院的大力支持，在此表示感谢。本书在编写时也参考了许多同行专家的相关文献，在此向这些文献的作者深表感谢。
由于编写时间仓促及水平有限，书中难免有错误与不足之处，恳请专家和广大读者批评指正。
编者

2022年5月

教学课件 仿真模型 习题答案

80C51 系列单片机应用广泛，是较好的学习单片机技术的系统平台，本书从基础软硬件实例入手，注重实用性，以 C 语言形式给出 Proteus 仿真实例。提供丰富的电子资源及案例讲解。本书共 14 章，其中第 1~5 章介绍51 单片机结构基础，汇编、 C 语言编程基础，以及仿真软件；第 6~11 章介绍单片机内部资源的使用，外部资源的扩展及设计。第12~14 章设计了三个实用性较强的应用案例。本书结构新颖，案例具有较强的实用性和层次性，注重理论与实践相结合，加强实践性与工程性的训练。本书可作为高等院校电子信息类、测控通信类、自动化类、计算机类专业的教材，还可作为大学生课外电子制作、电子设计竞赛和相关工程技术人员的实用参考书与培训教材。

于天河 ，哈尔滨理工大学教授、硕士生导师。长期从事图像与信息处理、自动化装置、智能仪器科学与技术研究。发表学术论文30余篇，其中SCI、EI收录10余篇，获实用新型及发明专利授权20余项。从事教育及教学科研工作多年，具有较丰富的授课经验，多次指导学生参加国家级省级大学生创新训练项目、电子设计大赛。出版微机原理及电子设计方面的教材3部。
兰朝凤，哈尔滨理工大学副教授、博士生导师，系主任。主讲“信号与系统”“创新创业基础”及“专业导论”等课程。主持科研项目国家级1项、省级2项、厅局级1项、横向2项，参研省级教研项目1项、校级1项。作为副主编出版教材2部，指导各类大学生科创竞赛及大创项目10余项，发表SCI、EI论文30余篇，授权专利34项，教研论文6篇。获黑龙江省教育教学成果二等奖、黑龙江省高等教育学会第二十二次优秀高等教育研究成果一等奖及“信号与系统”黑龙江省线上线下混合一流课程。

第1章概述

1．1微处理器的发展历史

1．2计算机的常用术语

1．3计算机系统的组成及工作过程

1．4计算机的信息表示

1．4．1数制转换

1．4．2计算机的数字编码

1．5单片微型计算机

1．5．1单片机概念及分类

1．5．2单片机的发展及其主要品种

1．5．3单片机的主要品种

1．5．4单片机的应用

1．6本章小结

习题

第2章单片机的基本原理

2．151系列单片机的结构原理

2．251系列单片机的外部引脚

2．351系列单片机的CPU

2．3．1运算部件

2．3．2控制器

2．3．3特殊功能寄存器SFR

2．451系列单片机的存储器结构

2．4．1程序存储器ROM

2．4．2数据存储器RAM

2．551系列单片机的并行接口

2．651系列单片机的复位

2．751系列单片机的时序

2．7．1时钟周期、机器周期和指令周期

2．7．2几种典型的取指令执行时序

2．7．3访问外部ROM的时序

2．7．4访问外部RAM的时序

2．8本章小结

习题

第3章单片机汇编语言程序设计

3．151系列单片机的汇编指令格式和功能描述符

3．1．1指令格式

3．1．2指令功能描述符

3．251系列单片机指令的寻址方式

3．2．1立即寻址

3．2．2直接寻址

3．2．3寄存器寻址

3．2．4寄存器间接寻址

3．2．5变址寻址

3．2．6相对寻址

3．2．7位寻址

3．351系列单片机的指令系统

3．3．1数据传送指令

3．3．2算术运算指令

3．3．3逻辑操作指令

3．3．4控制转移指令

3．3．5位操作指令

3．451系列单片机汇编程序常用伪指令

3．551单片机汇编语言程序设计举例

3．5．1概述

3．5．2顺序程序设计

3．5．3分支程序设计

3．5．4循环程序设计

3．5．5查表程序设计

3．5．6子程序设计

3．6本章小结

习题

第4章单片机C语言程序设计

4．1C51对标准C的扩展

4．1．1C51的数据类型

4．1．2C51的数据存储器类型

4．1．3C51的编译模式

4．1．4C51的标识符和关键字

4．2C51的变量

4．2．1C51的特殊功能寄存器变量

4．2．2C51的位变量

4．3C51的指针

4．3．1存储器型指针

4．3．2通用指针

4．4C51的绝对地址访问

4．4．1用_at_定义变量绝对地址

4．4．2预定义宏实现绝对地址访问

4．4．3指针实现绝对地址访问

4．5C51的函数

4．5．1C51函数的定义

4．5．2C51函数的参数传递

4．5．3C51函数的返回值

4．5．4C51的库函数

4．6C51与汇编语言混合编程

4．6．1C51函数的内部转换规则

4．6．2C51调用汇编程序

4．6．3汇编程序调用C51

4．6．4C51程序中嵌入汇编指令

4．7本章小结

习题

第5章Keil C51与Proteus软件使用简介

5．1Keil C51软件使用

5．1．1启动Keil C51

5．1．2新建项目文件

5．1．3添加程序文件

5．1．4编译连接成目标文件

5．1．5运行调试、观察结果

5．2Proteus软件使用

5．2．1启动Proteus 

5．2．2新建电路，选择元件

5．2．3放置和调整元件

5．2．4连接导线

5．2．5给单片机加载程序

5．2．6运行仿真查看结果

5．3本章小结

习题

第6章MCS51单片机中断系统

6．1中断的基本概念

6．2MCS51中断系统组成

6．2．1中断源

6．2．2中断控制

6．3中断处理过程

6．3．1中断响应

6．3．2中断响应过程

6．3．3中断程序举例

6．4本章小结

习题

第7章MCS51单片机定时/计数器

7．1定时/计数器的结构和工作原理

7．1．1结构构成

7．1．2工作原理

7．2定时/计数器的方式和控制寄存器

7．3定时/计数器的工作方式

7．4定时/计数器的初始化编程及应用

7．5本章小结

习题

第8章MCS51单片机串行接口

8．1基本概念

8．2MCS51的串行口硬件结构

8．2．1MCS51串行口的结构

8．2．2串行口的控制寄存器

8．3串行口的工作方式

8．3．1方式0

8．3．2方式1

8．3．3方式2和方式3

8．4串行通信接口标准

8．4．1RS232C串行口标准

8．4．2RS485标准串行总线接口

8．5单片机串行口编程及应用举例

8．6本章小结

习题

第9章51单片机与D/A、A/D转换器的接口

9．1D/A转换器与51单片机的接口

9．1．1D/A转换器概述

9．1．2典型的D/A转换器芯片DAC0832 

9．1．3DAC0832与51单片机的接口与应用

9．2A/D转换器与51单片机的接口

9．2．1A/D转换器概述

9．2．2典型的A/D转换器芯片ADC0808/0809

9．3本章小结

习题

第10章MCS51单片机的系统扩展

10．1存储器的扩展

10．1．1程序存储器的扩展

10．1．2数据存储器的扩展

10．2输入输出及其控制方式

10．2．1输入输出接口的功能

10．2．2单片机与I/O设备的数据传送方式

10．2．3单片机扩展TTL芯片的输入输出

10．3键盘和数码管

10．3．1LED显示器与51单片机接口

10．3．2LCD接口及其扩展

10．4键盘与51单片机接口

10．4．1键盘概述

10．4．2独立式键盘与单片机的接口

10．4．3矩阵键盘与单片机的接口

10．5本章小结

习题

第11章MCS51的串行总线扩展

11．1I2C总线接口及其扩展

11．1．1I2C总线基础

11．1．2MCS51的I2C总线时序模拟

11．1．3MCS51与AT24C02的接口

11．2SPI总线接口及其扩展

11．2．1单片机扩展SPI总线的系统结构

11．2．2单片机SPI总线的时序模拟

11．3串行时钟日历芯片DS1302及其接口

11．3．1DS1302的性能与引脚

11．3．2DS1302的操作

11．3．3DS1302的寄存器及RAM

11．3．4DS1302与单片机的接口 

11．4数字温度传感器DS18B20的应用

11．4．1DS18B20结构

11．4．2DS18B20工作原理

11．4．3DS18B20的温度转换过程

11．4．4DS18B20与51单片机接口

11．5本章小结

习题

第12章电子密码锁设计与实现

12．1设计任务及关键问题

12．1．1设计任务

12．1．2关键问题

12．2以51单片机为控制器的设计方案

12．3系统硬件设计

12．3．1电路总体构成

12．3．2矩阵键盘

12．3．3开锁控制电路

12．3．4报警电路

12．3．5密码存储电路

12．4系统软件设计

12．4．1系统程序设计流程图

12．4．2系统程序设计

12．5系统测试及结果

12．6本章小结

第13章智能温度测控系统

13．1设计任务及要求

13．2系统整体方案设计

13．3系统硬件设计

13．3．1主控制单元

13．3．2温度传感器DS18B20 的应用

13．3．3可控硅移相触发电路

13．4软件设计

13．4．1主程序流程图

13．4．2PID控制算法

13．5系统测试及结果

13．6本章小结

第14章函数信号发生器设计

14．1设计任务及要求

14．2系统整体方案设计

14．3系统硬件设计

14．3．1硬件电路总体设计

14．3．2数模转换器PCF8591

14．4放大电路

14．5按键及显示模块

14．6软件设计

14．6．1主程序流程图

14．6．2主程序

14．7系统测试及结果

14．7．1系统硬件测试

14．7．2系统软件测试

14．8本章小结

（1） 深入浅出地讲解基础概念及原理，便于掌握单片机基础知识。
（2） 通过仿真调试软件，对单片机内部各功能部件及常用接口芯片的应用进行设计，进一步理解并熟练掌握51单片机。
（3） 从工程实际出发，通过应用案例设计及仿真，串联分散知识点，深化理解，学会单片机测控系统的设计。
（4） 提供配套教学课件、仿真模型、习题答案，便于课堂教学以及读者自学。