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　　本書以國內廣泛使用的MCS-51系列單片機中的8051為對象，介紹了其主要的內部資源、基本結構、工作原理、學習方法和基本的程序設計方法，包括單片機輔助軟件的推薦與應用、常用單片機外圍硬件的應用、定時/計數器、中斷系統、內部接口、串行通信接口的使用方法，重點介紹了MCS-51單片機的常用接口及控制技術和單片機應用系統開發及應用技術。
　　針對單片機原理及應用，本著理論夠用的原則，突出實用性、可操作性，在編排上由淺入深，循序漸進，精選內容，突出重點，適當增加了一些當今流行的新器件和新技術；對于接口技術和應用系統，提供了詳細的原理說明、電路圖、完整的程序代碼及程序流程圖。
　　本書可作為高職高專院校自動化、電子信息、機電、電力和計算機等專業的教材，也可以作為工程技術人員的參考書。

　本書仍以MCS-51系列單片機為主，介紹單片機的原理與應用，但是，與第1版相比，本版更加注重介紹單片機的學習方法、單片機開發軟件、外圍硬件的接口技術和工程實踐中關鍵技術的應用。
　　在學習方法方面，不但介紹了怎樣去學，還詳細介紹了軟件下載安裝、仿真電路的構建、應用程序的編輯，以及程序的下載過程，尤其指明了結合串口調試軟件程序的方法，為程序的開發提供極大的幫助；在軟件方面，新版教材中，為讀者推薦并詳細講解了多款配套應用軟件，這些軟件可以使讀者學習起來更直觀、容易，降低學習成本，也使單片機的學習更貼近工程實際。如單片機小精靈在教材中的引入，將會顛覆以前教材中對某些基本能力培養的思想，使讀者再也不用花大量時間去計算延時、去配置串口通信參數、去計算定時計數器的參數了；還比如字模軟件的使用，讓讀者可以輕松自如地實現大量多樣式漢字和圖案的顯示。在硬件方面，推薦并詳細講解了多種工程實際中常用的硬件應用方法，提供了開發程序，并對使用頭文件進行封裝以方便工程應用的思想做出指導；在單片機關鍵技術方面所論述的內容，多是工程實際中的瓶頸技術，但這些內容在其他教材中鮮有提及，在此可引起讀者注意，并給予一定的方向性指導。
　　本教材在程序的開發上，采用比匯編語言更高級的C語言，使程序的編輯更加得心應手，也更適合于工程開發應用。

　本教材第1版在使用中取得了較好的效果。但是，隨著單片機及相關技術的飛速發展，第1版教材的內容已略顯落后。經過多位一線教師的協商和努力，歷經兩年的時間，在原版的基礎上進行了修訂與完善，最終完成了第2版教材的編寫。
　　本書仍以MCS-51系列單片機為主，介紹單片機的原理與應用，但是，與第1版相比，本版更加注重介紹單片機的學習方法、單片機開發軟件、外圍硬件的接口技術和工程實踐中關鍵技術的應用。
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　　本書共分8章，包括緒論、MCS-51單片機的體系結構、MCS-51單片機的C51程序設計、MCS-51中斷系統及定時/計數器、MCS-51單片機的串口通信、單片機的系統擴展、單片機的關鍵技術、MCS-51單片機應用系統的設計。
　　本書由河南農業職業學院的姚國林副教授任主編，朱衛國和蘇闖任副主編，樊留鎖、張劍鋒、姬素云、王海娜、鄭傳琴、楊燦、程海洲參加了編寫。
　　本書由河南農業職業學院陳慕君副教授主審。
　　本書在編寫過程中得到了許多專家和同行的大力支持和熱情幫助，同時，我們也參考了有關教材、論文和著作，在此一并表示衷心的感謝。
　　由于新技術在不斷涌現、不斷發展，同時由于編者水平有限，書中難免會有錯誤或不妥之處，希望廣大同行及讀者不吝指正。
　　編者
　　2016.9

第1章 緒論 1
1.1 數制與編碼的簡單回顧 1
1.1.1 計算機中的數制及相互轉換 1
1.1.2 二進制數的運算 4
1.1.3 帶符號數的表示 7
1.1.4 帶符號數運算時的溢出問題 8
1.1.5 定點數和浮點數 9
1.1.6 BCD碼和ASCII碼 9
1.2 單片機概述 11
1.2.1 電子計算機的問世及其經典
結構 11
1.2.2 微型計算機的組成及其應用
形態 11
1.2.3 單片機的發展過程 13
1.2.4 單片機的特點 13
1.2.5 單片機的應用領域 14
1.2.6 單片機的產品近況 14
1.3 單片機要怎樣學 15
1.3.1 入門單片機類型和編程語言的
選擇 15
1.3.2 準備一些硬件 16
1.3.3 準備一些軟件 17
1.3.4 單片機的學習過程 17
1.3.5 在Proteus中搭接電路 18
1.3.6 程序的編譯 21
1.3.7 程序的下載 22
習題1 23
第2章 MCS-51單片機的體系結構 25
2.1 MCS-51單片機的基本組成 25
2.1.1 80C51單片機的基本結構 25
2.1.2 MCS-51單片機的內部組成
及信號引腳 27
2.1.3 存儲器的結構 30
2.1.4 80C51單片機的特殊功能
寄存器 33
2.2 并行輸入/輸出口的結構 35
2.2.1 P0口 36
2.2.2 P1口 37
2.2.3 P2口 38
2.2.4 P3口 39
2.2.5 并行接口的負載能力 40
2.3 時鐘及復位電路 40
2.3.1 時鐘電路及時序 40
2.3.2 單片機的復位電路 43
2.4 MCS-51單片機的最小系統 44
2.4.1 單片機最小應用系統舉例 44
2.4.2 最小應用系統設計 45
習題2 45
第3章 MCS-51單片機的C51程序
設計 48
3.1 C51語言概述和程序結構 48
3.1.1 C語言的特點 48
3.1.2 C51語言的程序結構 49
3.2 標識符和關鍵字 52
3.3 C51語言的數據類型和運算符 54
3.3.1 C51語言的數據類型 54
3.3.2 C51語言的運算符 62
3.4 C51程序的基本結構 67
3.4.1 if語句 67
3.4.2 switch語句 68
3.4.3 循環語句 69
3.5 C51函數和預處理命令 70
3.5.1 函數的分類和定義 70
3.5.2 中斷服務函數 72
3.5.3 C51的庫函數 73
3.5.4 編譯預處理命令 75
3.6 C51程序設計舉例 77
習題3 79
第4章 MCS-51中斷系統及定時/
計數器 81
4.1 MCS-51的中斷系統 81
4.1.1 MCS-51的中斷系統結構 81
4.1.2 MCS-51的中斷源 82
4.1.3 MCS-51中斷的控制 84
4.2 MCS-51單片機中斷處理過程 86
4.2.1 中斷響應條件和時間 86
4.2.2 中斷響應過程 87
4.2.3 中斷返回 88
4.2.4 中斷程序舉例 88
4.3 MCS-51的定時/計數器 92
4.3.1 定時/計數器的結構和工作
原理 92
4.3.2 定時/計數器的控制 93
4.3.3 定時/計數器的工作方式 94
4.3.4 定時/計數器用于外部中斷
擴展 96
4.3.5 定時/計數器應用舉例 96
習題4 100
第5章 MCS-51單片機的串口通信 102
5.1 串口通信的基本知識 102
5.1.1 通信的基本概念 102
5.1.2 串行通信的分類 102
5.1.3 串行通信的制式 103
5.1.4 串行通信接口標準 104
5.2 MCS-51單片機的串口及控制
寄存器 106
5.2.1 MCS-51串行口的結構 106
5.2.2 MCS-51串行控制寄存器 107
5.3 串口的工作方式 108
5.3.1 方式0 108
5.3.2 方式1 109
5.3.3 方式2和方式3 110
5.3.4 波特率的計算 111
5.4 串口的應用 112
5.4.1 雙機通信 112
5.4.2 多機通信 117
習題5 124
第6章 單片機的系統擴展 125
6.1 簡單I/O口的控制 125
6.1.1 簡單輸出控制 125
6.1.2 簡單輸入控制 127
6.2 LED和LCD段型顯示屏 129
6.2.1 段型數碼管 129
6.2.2 控制程序及流程圖 133
6.3 鍵盤及接口 135
6.3.1 鍵盤原理及控制電路 135
6.3.2 矩陣鍵盤的按鍵識別方法 137
6.3.3 撥碼盤 139
6.4 紅外線遙控 141
6.4.1 紅外遙控的工作原理 142
6.4.2 紅外遙控的編碼協議 142
6.4.3 紅外遙控結合單片機的
應用 144
6.5 LCD點陣液晶顯示器 147
6.5.1 TC1602A簡介 147
6.5.2 控制電路 151
6.5.3 單片機對LCD1602的控制 151
6.6 DS1302實時時鐘 154
6.6.1 實時時鐘DS1302 154
6.6.2 控制電路 157
6.6.3 控制程序及流程圖 158
6.7 ADC功能 162
6.7.1 A/D轉換器概述 162
6.7.2 典型A/D轉換器芯片
ADC0809 163
6.7.3 ADC0809電壓測量電路 167
6.7.4 控制程序示例 168
6.8 溫濕度測控 170
6.8.1 AM2303的發送字含義 170
6.8.2 AM2303的通信協議 170
6.8.3 AM2303測溫濕度的示例 171
6.9 單片機與無線遙控 175
6.9.1 無線遙控編碼方式 175
6.9.2 PT2262與PT2272的通信
協議 176
6.9.3 無線遙控的應用實例 177
6.10 語音芯片 185
6.10.1 SPI是什么 186
6.10.2 ISD4003語音芯片 187
6.10.3 ISD4003語音芯片的指令
與格式 188
6.10.4 單片機的SPI功能 190
6.11 單片機數據存儲器的擴展 195
6.11.1 SD卡的通信模式 195
6.11.2 SD卡的SPI通信協議 196
6.11.3 單片機讀寫SD卡的實驗 199
習題6 204
第7章 單片機的關鍵技術 206
7.1 電路板的設計與制作 206
7.1.1 電路、程序的仿真與調試 206
7.1.2 電路板的制作 207
7.2 干擾的來源與應對措施 212
7.2.1 外部傳導干擾 212
7.2.2 外部輻射干擾 213
7.2.3 內部滋生干擾 213
7.2.4 軟件抗干擾措施 214
7.2.5 保護引腳 215
7.3 數據保障性能 216
7.3.1 熱復位時RAM區數據
不丟失 216
7.3.2 熱復位時輸出口數據
不丟失 218
7.3.3 掉電時數據不丟失 218
7.3.4 其他數據保障 221
7.4 單片機與上位機的聯機通信 221
7.4.1 上位機通信界面的設計 222
7.4.2 編輯發生事件時的控制
程序 223
7.4.3 下位機單片機程序 225
7.5 單片機的加密 227
7.5.1 新產品能增加破解難度 228
7.5.2 用帶有身份證的產品加密 228
7.5.3 在程序中加入所有者的
信息 229
7.5.4 硬件方法 230
習題7 230
第8章 MCS-51單片機應用系統的
設計 232
8.1 單片機應用系統概述 232
8.1.1 單片機應用系統的特點 232
8.1.2 MCS-51單片機應用系統的
設計方法 232
8.2 課程設計--16×16 LED顯示 235
8.2.1 設計要求 235
8.2.2 16×16 LED顯示總體設計
方案 235
8.2.3 硬件設計 237
8.2.4 編程要點及軟件設計 237
8.3 課程設計--秒表 240
8.3.1 功能說明 240
8.3.2 關鍵技術及控制電路 241
8.3.3 控制程序 242
8.4 課程設計--電腦鐘 243
8.4.1 設計要求 243
8.4.2 電腦鐘的總體設計方案 243
8.4.3 硬件設計 244
8.4.4 軟件設計及流程模塊 245
習題8 251
附錄1 MCS-51指令表 253
附錄2 ASCII碼表 257
參考文獻 258

　第1章 緒 論
　　1.2 單片機概述
　　1.2.1 電子計算機的問世及其經典結構
　　1946年2月15日，第一臺電子數字計算機ENIAC問世，這標志著計算機時代的到來。ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100kHz，但能在1秒鐘的時間內完成5000次加法運算。與現代的計算機相比，它有許多不足，但它的問世，開創了計算機科學技術的新紀元，對人類的生產和生活方式產生了巨大的影響。
　　匈牙利籍數學家馮·諾依曼在方案的設計上做出了重要的貢獻。1946年6月，他又提出了"程序存儲"和"二進制運算"的思想，進一步構建了由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成的計算機經典結構，如圖1-1所示。
　　圖1-1 電子計算機的經典結構
　　1.2.2 微型計算機的組成及其應用形態
　　1. 微型計算機的組成
　　1971年1月，Intel公司的特德·霍夫在與日本商業通信公司合作研制臺式計算器時，將原始方案的十幾個芯片壓縮成三個集成電路芯片。其中的兩個芯片分別用于存儲程序和數據，另一芯片集成了運算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器(即Intel 4004)。微處理器、存儲器加上I/O接口電路組成了微型計算機。各部分通過地址總線(AB)、數據總線(DB)和控制總線(CB)相連，如圖1-2所示。
　　2. 微型計算機的應用形態
　　從應用形態上，微機可以分成3種。
　　(1) 多板機(系統機)。
　　將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機板(即微機主板)上，而將各種適配板卡插在主機板的擴展槽上，并與電源、軟/硬盤驅動器及光驅等裝在同一個機箱內，再配上系統軟件，就構成了一臺完整的微型計算機系統(簡稱系統機)。個人PC機也屬于多板機。
　　圖1-2 微型計算機的組成
　　(2) 單板機。
　　將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設備(小鍵盤、LED顯示器)等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監控程序(固化在ROM中)，就構成了一臺單板微型計算機(簡稱單板機)。
　　單板機的I/O設備簡單，軟件資源少，使用不方便，早期主要用于微型計算機原理的教學及簡單的測控系統，現在已很少使用。
　　(3) 單片機。
　　在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構成了單芯片微型計算機，即單片機。
　　微型計算機的3種應用形態如圖1-3所示。
　　(a) 系統機 (b) 單板機 (c) 單片機
　　圖1-3 微型計算機的3種應用形態
　　① 系統機(桌面應用)：屬于通用計算機，主要應用于數據處理、辦公自動化及輔助設計。
　　② 單板機(嵌入式應用)：屬于專用計算機，主要應用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設備、汽車及軍事電子設備等應用系統。
　　③ 單片機：體積小、價格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應用形態對于滿足嵌入式應用需求具有獨特的優勢。
　　1.2.3 單片機的發展過程
　　單片機技術的發展過程可分為3個主要階段。
　　1. 單芯片微機形成階段
　　1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機，它包含8位CPU、1KB的ROM、64字節的RAM、27根I/O線和1個8位定時/計數器。
　　其特點是：存儲器容量較小，尋址范圍小(不大于4KB)，無串行接口，指令系統的功能不強。
　　2. 性能完善提高階段
　　1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機，它包含8位CPU、4KB的ROM、128字節的RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數器。尋址范圍為64KB，并有控制功能較強的布爾處理器。
　　其特點是：結構體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進一步突出。現在，MCS-51已成為公認的單片機經典機種。
　　3. 微控制器化階段
　　1982年，Intel推出MCS-96系列單片機，芯片內集成有16位CPU、8KB的ROM、232字節的RAM、5個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數器，尋址范圍為64KB，片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。
　　其特點是：片內面向測控系統的外圍電路增強，使單片機可以方便、靈活地用于復雜的自動測控系統及設備。
　　1.2.4 單片機的特點
　　1. 控制性能好且可靠性高
　　單片機的實時控制功能特別強，其CPU可以對I/O端口直接進行操作，位操作能力更是其他計算機無法比擬的。另外，由于CPU、存儲器及I/O接口集成在同一芯片內，各部件間的連接緊湊，數據在傳送時受干擾的影響較小，且不易受環境條件的影響，所以，單片機的可靠性非常高。
　　近期推出的單片機產品，內部集成有高速I/O口、ADC、PWM、WDT等部件，并在低電壓、低功耗、串行擴展總線、控制網絡總線和開發方式(如在系統編程ISP)等方面都有了進一步的增強。
　　2. 體積小、價格低、易于產品化
　　單片機芯片實際上就是一臺完整的微型計算機，對于批量大的專用場合，一方面可以在眾多的單片機品種間進行匹配選擇，同時，還可以專門進行芯片設計，使芯片的功能與應用具有良好的對應關系；在單片機產品的引腳封裝方面，有的單片機引腳已減少到8個或更少，從而使應用系統的印制板減小、接插件減少，安裝簡單方便。
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