“十三五”高等职业教育规划教材:微控制器原理与应用_[中国]刘喜勋;刘璟_9787113220280

本书从微控制器应用开发的角度出发，以80C51系列微控制器为背景，介绍其硬件结构和原理、指令系统及汇编语言程序设计、中断系统和定时/计数器、串行通信技术、C51程序设计入门、微控制器常用接口技术、微控制器应用系统设计与开发技术。本书为微控制器技术初学人员轻松入门微控制器应用而编写，全书共分为8章：前6章为基础应用篇，后2章为扩展提高篇。在内容的选取、编排上根据学生的认知能力，循序渐进，注重学生对应用性知识的理解与掌握，讲述翔实，案例充实。每章都有学习重点及难点、小结，以及题型丰富的自测题。附录中还提供了完整的单片机指令表、微控制器学习和应用的常用网站等资料，以帮助读者获得基本的微控制器应用开发能力，尽快掌握微控制器开发技术。本书适合作为高职高专院校信息技术类、电类计算机应用、自动控制、电气电子、机械等工科专业的教材，也可作为相关专业及工程技术人员的参考用书。

微控制器以成本低、功能强、简单易学、使用方便等独特的优势，在智能仪表、工业测控、数据采集、计算机通信等各个领域得到了极为广泛的应用。目前，微控制器开发技术已经成为电子信息、自动化、通信、电气、机电一体化、计算机应用等专业学生、相关专业技术人员必须掌握的技术。本书选材按照高职必需，够用为度的原则，从实用的角度，采用阶梯化、模块化结构。知识点描述力求循序渐进，清晰易懂，便于教学和自学。书中提供许多可供实用的电路和程序，且都给出详细的硬件电路图和完整的参考程序，便于学生得到从硬件设计到软件编程的完整训练，尽快掌握微控制器应用系统的开发技术。本书针对微控制器课程理论性和实践性都很强但不同院校实验条件和设备又不尽相同的现状，注重基础知识和理论，引入Proteus 仿真软件进行应用系统的仿真调试，融教、学、做于一体，帮助学生理解微控制器应用系统硬件电路的构成和程序的编写，以达到提高微控制器知识的综合应用能力。本书为微控制器技术初学人员轻松入门微控制器应用而编写，全书共分为 8 章：前 6 章为基础应用篇，后 2 章为扩展提高篇。全书以 80C51系列微控制器为背景，介绍其硬件结构和原理、指令系统及汇编语言程序设计、中断系统和定时/计数器、串行通信技术、C51 程序设计入门、微控制器常用接口技术、微控制器应用系统设计与开发技术。每章都有学习重点及难点、小结，以及题型丰富的自测题。附录中还提供了完整的单片机指令表、微控制器学习和应用的常用网站等资料，以帮助读者获得微控制器应用开发的基本能力，尽快掌握单片机应用系统的开发技术。本书由陕西工业职业技术学院刘喜勋、刘璟任主编，姜庆伟任副主编，全书由刘喜勋负责统稿和定稿。具体编写分工如下：刘喜勋编写第1～4章，姜庆伟编写第5章、第6章，刘璟编写第7章、第8 章及附录。在编写本书的过程中我们走访了大量的企业一线工程技术人员，听取了很多宝贵意见和建议，在此深表感谢。虽然我们做了很多努力，但是由于水平有限，书中难免存在疏漏与不妥之处，敬请广大同行和读者不吝指正，以便我们及时改进。编者 2016年4月

基础应用篇第1章基础知识.........................................................................................................1 1.1 微控制器简介................................................................................................................... 1 1.1.1 微型计算机的组成............................................................................................... 1 1.1.2 微控制器的定义................................................................................................... 2 1.1.3 微控制器的发展历程及应用................................................................................ 2 1.2 计算机中数据的表示........................................................................................................ 5 1.2.1 进位计数制及其转换............................................................................................ 5 1.2.2 常用名词术语及字符的表示................................................................................ 8 1.3 微控制器应用系统........................................................................................................... 9 1.3.1 微控制器的硬件系统............................................................................................ 9 1.3.2 微控制器的软件系统.......................................................................................... 10 1.3.3 微控制器开发时用到的程序设计语言............................................................... 10 1.4 微控制器应用开发软硬件准备...................................................................................... 11 1.4.1 微控制器应用开发硬件准备.............................................................................. 11 1.4.2 微控制器应用开发编程软件 Keil ?Vision4 介绍................................................ 11 小结....................................................................................................................................... 17 自测题.................................................................................................................................... 17 第2章80C51系列微控制器硬件结构和原理..............................................................19 2.1 用 80C51 微控制器控制 LED 灯闪烁............................................................................. 19 2.1.1 80C51的引脚定义及功能................................................................................... 19 2.1.2 实例分析............................................................................................................. 21 2.2 80C51 微控制器的存储器结构....................................................................................... 22 2.2.1 程序存储器......................................................................................................... 23 2.2.2 数据存储器......................................................................................................... 23 2.3 80C51 微控制器的结构.................................................................................................. 26 2.3.1 80C51的结构框图.............................................................................................. 26 2.3.2 CPU 结构 ............................................................................................................ 28 2.3.3 位（布尔）处理器............................................................................................. 30 2.4 延时时间的计算............................................................................................................. 30 2.4.1 振荡电路和时钟电路.......................................................................................... 30 2.4.2 CPU 时序 ............................................................................................................ 31 2.5 80C51 微控制器并行 I/O 接口及设计要求..................................................................... 33 2.5.1 P0口的内部结构与运作..................................................................................... 34 目录>>>Contents | 2 微控制器原理与应用 >>>2.5.2 P1口的内部结构与运作..................................................................................... 35 2.5.3 P2口的内部结构与运作..................................................................................... 35 2.5.4 P3口的内部结构与运作..................................................................................... 36 2.5.5 并行 I/O接口的应用要求................................................................................... 36 2.6 微控制器的复位电路及小系统................................................................................... 37 2.6.1 微控制器的复位电路.......................................................................................... 37 2.6.2 80C51微控制器小系统的构成....................................................................... 38 2.7 微控制器的运行模式...................................................................................................... 38 2.7.1 微控制器低功耗运行模式.................................................................................. 38 2.7.2 一款微控制器的掉电保护电路.......................................................................... 39 小结....................................................................................................................................... 39 自测题.................................................................................................................................... 40 第3章80C51的指令系统...........................................................................................43 3.1 基本概念和指令格式...................................................................................................... 43 3.1.1 基本概念............................................................................................................. 43 3.1.2 汇编语言指令格式............................................................................................. 44 3.2 操作数符号约定和寻址方式.......................................................................................... 44 3.2.1 汇编语言指令中操作数的符号约定................................................................... 44 3.2.2 寻址方式............................................................................................................. 45 3.3 指令系统......................................................................................................................... 49 3.3.1 数据传送类指令................................................................................................. 49 3.3.2 算术运算类指令................................................................................................. 52 3.3.3 逻辑运算类指令................................................................................................. 56 3.3.4 控制转移类指令................................................................................................. 59 3.3.5 位操作类指令..................................................................................................... 62 小结....................................................................................................................................... 63 自测题.................................................................................................................................... 64 第4章MCS-51单片机汇编语言程序设计.................................................................68 4.1 汇编语言程序设计的基本方法...................................................................................... 68 4.1.1 程序设计的步骤................................................................................................. 68 4.1.2 伪指令 ................................................................................................................ 69 4.2 汇编语言程序设计......................................................................................................... 71 4.2.1 顺序程序设计..................................................................................................... 71 4.2.2 分支程序设计..................................................................................................... 73 4.2.3 循环程序设计..................................................................................................... 76 4.2.4 子程序调用设计................................................................................................. 78 4.3 综合程序设计分析......................................................................................................... 79 小结....................................................................................................................................... 84 | 3 >>>目录自测题.................................................................................................................................... 85 第5章80C51中断系统、定时/计数器与串行接口......................................................88 5.1 80C51 微控制器的中断系统........................................................................................... 88 5.1.1 中断的概念......................................................................................................... 88 5.1.2 80C51的中断系统.............................................................................................. 90 5.1.3 中断控制............................................................................................................. 90 5.1.4 中断的响应条件及响应过程.............................................................................. 93 5.2 80C51 微控制器的定时/计数器...................................................................................... 96 5.2.1 定时/计数器的结构和工作原理......................................................................... 96 5.2.2 定时/计数器的工作方式寄存器和控制寄存器.................................................. 97 5.2.3 定时/计数器的工作方式..................................................................................... 98 5.2.4 定时/计数器编程步骤...................................................................................... 100 5.3 80C51 微控制器的串行通信 I/O 接口.......................................................................... 102 5.3.1 串行通信概述................................................................................................... 102 5.3.2 串行通信 I/O 接口 ............................................................................................ 104 5.3.3 串行通信 I/O接口编程要点............................................................................. 109 小结......................................................................................................................................111 自测题.................................................................................................................................. 112 第6章单片机C51语言程序设计基础..................................................................... 114 6.1 C51程序的结构............................................................................................................ 114 6.1.1 C51程序的结构特点........................................................................................ 114 6.1.2 C51函数的一般格式........................................................................................ 116 6.2 C51数据类型、常量和变量的定义............................................................................. 117 6.2.1 C51数据类型.................................................................................................... 117 6.2.2 常量的定义....................................................................................................... 117 6.2.3 变量的定义....................................................................................................... 118 6.2.4 C51 定义 SFR字节和位单元............................................................................ 119 6.3 C51程序的运算符、表达式及其语法规则.................................................................. 120 6.3.1 C51算术运算符及其表达式............................................................................. 120 6.3.2 C51关系运算符、表达式及优先级................................................................. 122 6.3.3 C51逻辑运算符、表达式及优先级................................................................. 122 6.3.4 C51位操作及其表达式.................................................................................... 123 6.3.5 自增减运算符、复合运算符及其表达式......................................................... 126 6.4 C51程序设计特点........................................................................................................ 128 6.4.1 C51函数的分类................................................................................................ 128 6.4.2 中断子程序的设计........................................................................................... 130 6.4.3 C51与汇编混合编程........................................................................................ 131 6.5 C51程序设计举例........................................................................................................ 135 | 4 微控制器原理与应用 >>>小结..................................................................................................................................... 140 自测题.................................................................................................................................. 140 扩展提高篇第7章单片机常用接口技术及应用..........................................................................142 7.1 LED 数码管接口原理及应用........................................................................................ 142 7.1.1 LED数码管结构和工作原理............................................................................ 142 7.1.2 LED数码管的控制方式.................................................................................... 144 7.1.3 多色 LED 显示器 .............................................................................................. 146 7.2 LED 点阵显示原理及应用............................................................................................ 147 7.2.1 88 LED 点阵简介............................................................................................ 147 7.2.2 88 LED 点阵的显示原理................................................................................ 148 7.3 LCD 显示器接口电路................................................................................................... 150 7.3.1 LCD 显示器结构和工作原理............................................................................ 150 7.3.2 HS1602A LCD 显示模块及接口电路................................................................ 150 7.4 键盘接口电路............................................................................................................... 159 7.4.1 独立式键盘....................................................................................................... 159 7.4.2 矩阵式键盘....................................................................................................... 162 7.5 D/A、A/D 转换器及其接口.......................................................................................... 164 7.5.1 D/A 转换器 ....................................................................................................... 164 7.5.2 DAC0832接口技术........................................................................................... 165 7.5.3 A/D 转换器 ....................................................................................................... 170 7.5.4 ADC0809接口技术........................................................................................... 171 7.6 步进电动机及驱动接口................................................................................................ 177 7.6.1 步进电动机的结构及原理................................................................................ 177 7.6.2 步进电动机与 80C51 的接口技术.................................................................... 178 7.7 输入/输出通道.............................................................................................................. 182 7.7.1 输入通道........................................................................................................... 182 7.7.2 输出通道........................................................................................................... 183 7.8 光电隔离接口............................................................................................................... 184 7.8.1 光耦合器概述................................................................................................... 184 7.8.2 常用的光耦合器件........................................................................................... 185 7.8.3 光耦合器接口电路........................................................................................... 185 小结..................................................................................................................................... 186 自测题.................................................................................................................................. 187 第8章微控制器应用开发技术.................................................................................188 8.1 微控制器应用系统的设计原则与过程......................................................................... 188 8.1.1 微控制器应用系统的设计原则........................................................................ 188 8.1.2 微控制器应用系统的设计过程........................................................................ 189 | 5 >>>目录8.2 微控制器应用系统的抗干扰设计................................................................................. 193 8.2.1 硬件抗干扰设计............................................................................................... 194 8.2.2 软件抗干扰设计............................................................................................... 194 8.3 微控制器应用实例....................................................................................................... 196 8.3.1 简易计算器设计............................................................................................... 196 8.3.2 数字时钟设计................................................................................................... 207 小结..................................................................................................................................... 226 自测题.................................................................................................................................. 226 附录A ACSII码表...................................................................................................228 附录B 51微控制器指令表.......................................................................................229 附录C 常用IC引脚图.............................................................................................231 附录D 仿真软件中的图形符号与国家标准图形符号对照表........................................234 参考文献....................................................................................................................234

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