51單片機原理與程序設計

作者：王欣飛 謝龍漢 謝鋒然

定價：46元

印次：1-1

ISBN：9787302343707

出版日期：2014.02.01

印刷日期：2014.01.15

出版社：清華大學出版社

本書基于51單片機基本型進行編寫，共12講和兩個附錄，依次介紹了單片機基礎知識、MCS-51單片機結構與原理、MCS-51單片機匯編指令系統、匯編程序設計、51單片機C語言程序設計、單片機應用系統開發、MCS-51單片機中斷系統、MCS-51單片機定時/計數器、單片機存儲器與并行口的擴展、單片機串行接口與通信、MCS-51單片機接口技術和綜合實例等內容。全書主要章節以“實例·模仿→內容講解→實例·操作→實例·練習”為表述方式，通過適量的典型實例操作和重點知識相結合的方法對51單片機的使用進行了詳細講解。

本書在講解過程中，一方面以精練的語言針對基礎以及原理性知識進行較為全面的闡述，幫助讀者了解和掌握51單片機工作的來龍去脈；另一方面針對關鍵性的知識進行細致講解，并配合實例演示，幫助讀者學習和掌握51單片機的使用方法。本書的實例介紹采用匯編語言和C語言相結合的方法，讀者可以通過對比匯編語言和C語言編程實現的異同，加深對兩種語言使用的認識。本書實例還采用proteus硬件仿真和keil軟件仿真相結合的方法進行闡述，通過硬件仿真一方面可以加深讀者對程序功能的認識，同時也為讀者使用單片機完成功能打下基礎。

本書語言簡練、功能全面且層次遞進，同時配有全程操作視頻，包括相關寄存器的使用及程序的編寫，讀者可以通過觀看視頻來學習。

本書可作為51單片機初學者入門和提高的學習寶典，也可作為各大中專院校、培訓機構的專業教材，還可作為從事單片機開發領域的專業人員的實用參考書。

第1講 單片機基礎知識 1

1.1 單片機概述 1

1.1.1 有關單片機的幾個概念 1

1.1.2 單片機的發展歷史 2

1.1.3 單片機的基本組成與特點 3

1.1.4 單片機的應用 7

1.1.5 單片機的發展趨勢 8

1.2 單片機中的預備知識 8

1.2.1 數制及其轉換 9

1.2.2 計算機中的常用編碼 11

1.2.3 計算機中的運算 14

1.3 習題 17

第2講 MCS-51單片機結構與原理 18

2.1 MCS-51單片機的類型與結構 18

2.1.1 MCS-51單片機的基本類型 18

2.1.2 MCS-51單片機的基本結構 20

2.1.3 MCS-51單片機的封裝與引腳 24

2.2 MCS-51單片機存儲器 27

2.2.1 單片機存儲器組織結構 27

2.2.2 程序存儲器 28

2.2.3 片外數據存儲器 28

2.2.4 片內數據存儲器 29

2.2.5 特殊功能寄存器 30

2.3 MCS-51單片機并行I/O口 31

2.3.1 P0口 31

2.3.2 P1口 32

2.3.3 P2口 33

2.3.4 P3口 33

2.3.5 并行口數據的讀取 34

2.4 MCS-51單片機時序 35

2.4.1 時鐘信號的產生 35

2.4.2 時序定時單位 36

2.4.3 單片機基本指令時序 37

2.5 MCS-51單片機工作方式 38

2.5.1 復位方式 38

2.5.2 程序執行方式 39

2.5.3 節電方式 40

2.6 習題 41

第3講 MCS-51單片機匯編指令系統 42

3.1 實例·模仿--數據運算與轉移 42

3.2 MCS-51單片機匯編指令概述 42

3.2.1 指令與指令系統 43

3.2.2 51單片機匯編指令 43

3.2.3 51匯編指令格式及常用符號解釋 44

3.3 7種尋址方式 45

3.3.1 寄存器尋址 45

3.3.2 寄存器間接尋址 45

3.3.3 立即尋址 46

3.3.4 直接尋址 46

3.3.5 變址尋址 47

3.3.6 相對尋址 47

3.3.7 位尋址 48

3.4 51單片機指令系統 48

3.4.1 數據傳送指令（29條） 48

3.4.2 算術運算指令（24條） 53

3.4.3 邏輯運算指令 56

3.4.4 移位指令 59

3.4.5 控制轉移指令（17條） 59

3.4.6 位操作指令 63

3.5 實例·操作--BCD加減法實現 64

3.6 實例·練習--條件轉移指令的

使用 65

3.7 習題 66

第4講 匯編程序設計 68

4.1 實例·模仿--寄存器數據交換 68

4.2 匯編語言格式 68

4.3 常用偽指令 70

4.4 匯編程序的結構及常用子程序設計 73

4.4.1 順序結構 73

4.4.2 分支結構 74

4.4.3 循環結構 75

4.4.4 子程序結構 76

4.4.5 查表程序 77

4.4.6 延時程序 78

4.5 實例·操作--數據排列和計數 78

4.6 實例·練習--并串行數據轉換 80

4.7 習題 81

第5講 51單片機C語言程序設計 82

5.1 實例·模仿--數值的循環累加 82

5.2 51單片機C語言編程概述 83

5.2.1 C語言特點 83

5.2.2 51單片機的C語言編程 84

5.2.3 C51與標準C語言編程的異同 84

5.3 C51的基本語法 85

5.3.1 基本數據類型 85

5.3.2 常量與變量 86

5.3.3 C51存儲模式和地址訪問 90

5.3.4 運算符及表達式 91

5.4 指針和數組 94

5.4.1 指針 94

5.4.2 數組 95

5.5 C51常用的編程控制語句 96

5.5.1 選擇控制語句 96

5.5.2 循環控制語句 100

5.6 函數 101

5.7 實例·操作--多種結構類型程序

設計 103

5.8 實例·練習--數值判斷及數學

運算 107

5.9 習題 109

第6講 單片機應用系統開發 111

6.1 實例·模仿--keil及proteus

使用 111

6.2 單片機系統開發工具與過程 113

6.2.1 單片機的開發環境 113

6.2.2 單片機的開發過程 114

6.3 Keil仿真軟件 114

6.3.1 keil軟件簡介 115

6.3.2 工程創建 115

6.3.3 添加程序代碼 117

6.3.4 代碼編譯及調試 118

6.4 proteus仿真軟件 120

6.4.1 proteus軟件簡介 120

6.4.2 利用proteus繪制電路圖 120

6.4.3 proteus仿真 123

6.4.4 keil和proteus聯調 124

6.5 實例·操作--并行口的讀寫 126

6.6 實例·練習--跑馬燈程序 128

6.7 習題 131

第7講 MCS-51單片機中斷系統 132

7.1 實例·模仿--中斷的使用 132

7.2 中斷的概念 135

7.2.1 輸入/輸出數據傳送方式 135

7.2.2 中斷的定義 136

7.3 MCS-51中斷控制系統 136

7.3.1 中斷系統結構 136

7.3.2 中斷源 137

7.3.3 中斷控制寄存器 138

7.3.4 中斷優先級結構和中斷嵌套 140

7.4 MCS-51中斷過程 142

7.4.1 中斷響應條件 142

7.4.2 中斷處理過程 143

7.4.3 中斷響應時間 144

7.4.4 中斷響應撤銷 145

7.5 MCS-51單片機外部中斷源的擴展 146

7.5.1 定時/計數器溢出擴展法 146

7.5.2 硬件申請軟件查詢擴展法 147

7.6 實例·操作--中斷擴展 148

7.7 實例·練習--跑馬燈的中斷控制 152

7.8 習題 155

第8講 MCS-51單片機定時/計數器 157

8.1 實例·模仿--定時器的使用 157

8.2 定時/計數器工作原理 160

8.3 定時/計數器控制 161

8.3.1 工作模式寄存器TMOD（89H） 161

8.3.2 控制寄存器TCON 162

8.4 定時/計數器工作方式 163

8.4.1 工作方式0 163

8.4.2 工作方式1 164

8.4.3 工作方式2 164

8.4.4 工作方式3 165

8.5 定時/計數器的初始化 166

8.5.1 初始化的步驟 166

8.5.2 計數器初值的計算 166

8.5.3 定時器初值的計算 167

8.6 實例·操作--方式2的應用 167

8.7 實例·練習--定時時間的擴展 169

8.8 習題 176

第9講 單片機存儲器與并行口的擴展 177

9.1 實例·模仿--8031最小系統實現 177

9.2 系統擴展概述 178

9.2.1 單片機最小系統 178

9.2.2 片外三總線結構 179

9.2.3 系統擴展的幾個方面 180

9.2.4 幾種常用的擴展器件介紹 180

9.3 存儲器擴展 182

9.3.1 單片機存儲器擴展概述 182

9.3.2 程序存儲器的擴展 183

9.3.3 數據存儲器的擴展 187

9.4 并行I/O口的擴展 189

9.4.1 并行口擴展概述 189

9.4.2 TTL芯片擴展I/O口 190

9.4.3 8255芯片擴展I/O口 192

9.4.4 8155芯片擴展I/O口 199

9.5 實例·操作--存儲器的擴展 202

9.6 實例·練習--8255的擴展 203

9.7 習題 205

第10講 單片機串行接口與通信 206

10.1 實例·模仿--串行口I/O擴展 206

10.2 串行通信基礎知識 209

10.2.1 兩種基本通信方式 209

10.2.2 串行通信制式 209

10.2.3 串行通信兩種基本方式 210

10.2.4 串行通信基本電路 212

10.3 51單片機串口通信原理 215

10.3.1 51單片機串口電路 215

10.3.2 串口控制寄存器（SCON和

PCON） 216

10.4 串行口的工作方式 217

10.4.1 方式0 217

10.4.2 方式1 218

10.4.3 方式2和方式3 218

10.5 波特率的指定 219

10.6 異步串行通信接口電路 220

10.6.1 TTL電平直接傳輸 221

10.6.2 RS232接口傳輸 221

10.6.3 RS422和RS485接口 223

10.7 單片機多機通信 224

10.8 實例·操作--串行通信實現 225

10.9 實例·練習--多機通信 229

10.10 習題 236

第11講 MCS-51單片機接口技術 238

11.1 實例·模仿--LED顯示器的使用 238

11.2 單片機與顯示器接口技術 242

11.2.1 常用顯示器功能概述 243

11.2.2 7段LED顯示器的工作方法 245

11.2.3 LCD顯示器的工作方法 248

11.3 單片機與鍵盤接口技術 251

11.3.1 按鍵狀態的輸入與檢測 251

11.3.2 獨立式鍵盤 253

11.3.3 矩陣式鍵盤 254

11.4 單片機與D/A轉換器接口技術 255

11.4.1 D/A轉換技術概述 256

11.4.2 DAC0832基本結構 256

11.4.3 DAC0832與單片機接口 258

11.5 單片機與A/D轉換器接口技術 260

11.5.1 A/D轉換技術概述 260

11.5.2 ADC0809基本結構 260

11.5.3 ADC0809與單片機接口 262

11.6 實例·操作--LCD及數據采集 263

11.7 實例·練習--數據采集系統 268

11.8 習題 272

第12講 綜合實例 274

12.1 步進電機控制 274

12.1.1 步進電機的工作原理 274

12.1.2 51單片機的步進電機控制 275

12.2 鍵盤輸入和LCD顯示 286

附錄A 51單片機指令表 299

附錄B 習題答案 303

《51系列單片機及C51程序設計》首先詳細介紹了51系列單片機的結構原理和系統設計，然后介紹了單片機調試軟件KEIL51的應用及其調試技巧，目的在于使讀者能夠邊學邊用，為以后的使用奠定必要的基礎。同時《51系列單片機及C51程序設計》還講述了C51程序設計的基本語法、函數、數組和指針、結構、聯合及枚舉等內容，并給出大量例題，便于讀者學習。

第1章緒論 1

1.1單片機概論 1

1.1.1微處理器、微型計算機與單片機 1

1.1.2單片機的分類和指標 3

1.1.3單片機的內部結構 3

1.1.4單片機的應用領域及趨勢 4

1.1.5單片機的編程語言概述 7

1.1.6如何學習單片機這門技術 8

1.2常用的51單片機 9

1.2.1Intel公司系列單片機 9

1.2.2Atmel公司系列單片機 9

1.2.3Philips公司系列單片機 10

1.2.4STC公司系列單片機 10

1.3本章小結 10

習題 11

第2章單片機硬件基礎 12

2.1單片機內部結構 12

2.1.1中央處理器(CPU) 12

2.1.2存儲器結構 15

2.1.3I/O端口結構 22

2.1.4定時器/計數器結構 25

2.1.5中斷系統 25

2.2單片機引腳功能 26

2.2.1芯片封裝 26

2.2.2芯片引腳及功能 27

2.3單片機工作時序 29

2.3.1時鐘電路 29

2.3.2時序定時單位 30

2.3.3指令的執行時序 30

2.4單片機的工作方式 31

2.4.1復位工作方式 31

2.4.2程序執行方式 32

2.4.3低功耗工作方式 32

2.4.4其他工作方式 33

2.5單片機的最小系統 33

2.6本章小結 34

習題 35

第3章單片機的指令系統 37

3.1單片機的指令系統概述 37

3.1.1指令格式 37

3.1.2符號說明 37

3.2單片機的尋址方式 38

3.2.1立即尋址 38

3.2.2直接尋址 39

3.2.3寄存器尋址 39

3.2.4間接尋址(寄存器間接尋址) 39

3.2.5變址尋址 40

3.2.6相對尋址 40

3.2.7位尋址 40

3.2.8尋址方式總匯 41

3.3單片機的指令說明 42

3.3.1數據傳送類指令 42

3.3.2算術運算類指令 46

3.3.3邏輯運算類指令 50

3.3.4控制轉移類指令 52

3.3.5位操作指令 55

3.3.6單片機的偽指令 56

3.4匯編程序設計 59

3.5本章小結 62

習題 63

第4章單片機的KeilμVision4軟件開發環境 66

4.1Keil開發工具 66

4.1.1集成環境 66

4.1.2啟動程序 68

4.1.3工作環境 69

4.2單片機軟件開發流程 74

4.2.1建立工程 74

4.2.2建立源代碼文件 76

4.2.3工程設置 78

4.2.4軟件編譯與連接 83

4.2.5硬件編程 84

4.2.6程序下載 85

4.3軟件調試 85

4.3.1調試窗口 86

4.3.2調試命令 91

4.4本章小結 94

習題 94

第5章C51程序設計基礎及

實例剖析 96

5.1C程序的基本概念 96

5.1.1主函數 97

5.1.2標識符和關鍵字 97

5.1.3數據的基本類型 99

5.1.4常量和變量 100

5.1.5運算符與表達式 103

5.1.6函數 109

5.2基本的程序設計結構 113

5.2.1順序結構 113

5.2.2選擇結構 115

5.2.3循環結構 119

5.3C51構造數據類型 126

5.3.1數組 126

5.3.2指針 129

5.3.3結構 134

5.3.4聯合 139

5.3.5枚舉 140

5.4本章小結 141

實驗與設計 142

實驗5-1用*號輸出字母C51的圖案 142

實驗5-2用自增自減運算控制P1口流水花樣 144

實驗5-3用不同數據類型控制燈閃爍的時間 146

實驗5-4燈的左移右移程序 148

習題 149

第6章C51語言的進階應用 152

6.1程序設計及編程方法 152

6.1.1單片機程序的編制過程 152

6.1.2單片機程序設計技巧 152

6.2KeilC51的預處理器 155

6.2.1宏定義 155

6.2.2文件包含 161

6.2.3條件編譯 162

6.3KeilC51常用庫函數 164

6.3.1內部函數intrins.h 165

6.3.2輸入/輸出流函數stdio.h 165

6.3.3動態內存分配函數stdlib.h 167

6.3.4字符函數ctype.h 167

6.3.5緩沖區和字符串操作函數string.h 168

6.3.6絕對地址訪問absacc.h 169

6.3.7訪問SFR和SFR_bit地址regxx.h 169

6.4在KeilμVision中編寫用戶自己的庫函數 169

6.4.1用戶庫函數的建立步驟 170

6.4.2用戶庫函數的引用步驟 170

6.4.3一個用戶庫函數的應用實例 170

6.5C51語言的編譯常見報警錯誤以及解決辦法 172

6.5.1變量未被使用警告(Warning280) 173

6.5.2函數未被聲明警告(WarningC206) 173

6.5.3頭文件無法打開錯誤(ErrorC318) 173

6.5.4函數名稱重復定義錯誤(ErrorC237) 174

6.5.5函數未被調用警告 174

6.5.6內存空間溢出錯誤 174

6.5.7函數重入警告 174

6.5.8常見編譯器錯誤列表 175

6.6本章小結 179

實驗與設計 180

實驗6-1處理代碼段中未被使用的變量 180

實驗6-2內存空間溢出錯誤處理 180

習題 181

第7章51單片機的內部資源 182

7.1輸入/輸出控制 182

7.2中斷系統 183

7.2.1中斷的基本概念 184

7.2.2中斷源及其中斷的入口地址 184

7.2.3中斷控制相關的寄存器 185

7.2.4中斷響應過程 187

7.2.5C51中斷的程序設計 188

7.3定時/計數器 192

7.3.1定時/計數器的結構和工作方式 192

7.3.2定時/計數器的寄存器 194

7.3.3定時/計數器的工作方式 196

7.3.4定時/計數器的程序設計 199

7.4本章小結 202

實驗與設計 203

實驗7-1設計報警器 203

實驗7-2統計外中斷1的中斷次數 204

實驗7-3定時/計數器T0作定時應用實驗 206

習題 208

第8章51單片機的系統擴展 210

8.1單片機外部擴展資源和擴展編址技術概述 210

8.1.1單片機外部擴展資源簡介 210

8.1.2單片機系統擴展原理 211

8.1.3存儲器擴展的編址技術 214

8.2程序存儲器的擴展 215

8.2.1程序存儲器的典型芯片 215

8.2.2EEPROM與單片機的連接 216

8.3數據存儲器的擴展 217

8.3.1單片機RAM的讀寫時序 217

8.3.2RAM與單片機的連接 218

8.4并行I/O口的擴展 219

8.4.1采用TTL電路擴展I/O接口 220

8.4.2采用8255芯片擴展I/O接口 220

8.5可編程外圍定時/計數器8253 224

8.5.18253的結構和引腳 224

8.5.28253的工作方式和控制字 226

8.5.38253與C51單片機的接口 226

8.6外部中斷的擴展 229

8.6.1采用定時/計數器溢出中斷擴展外部中斷源 229

8.6.2采用串行通信接口擴展外部中斷源 230

8.6.3采用中斷源查詢法擴展外部中斷源 230

8.6.4用優先權編碼器擴展中斷源 231

8.7I2C接口芯片AT24CXX 233

8.7.1I2C總線的特點 233

8.7.2I2C總線通信技術 234

8.7.3AT24C系列與C51的接口 235

8.8SPI接口芯片X5045 240

8.8.1SPI總線的組成 241

8.8.2X5045簡介 241

8.8.3X5045芯片與C51單片機的連接 243

8.9本章小結 247

實驗與設計 248

實驗8-18255并口擴展實驗 248

實驗8-2I2C總線實驗 249

習題 253

第9章51單片機的串行通信接口 256

9.1串行通信方式 256

9.1.1串行通信分類 256

9.1.2數據的傳輸模式 257

9.1.3波特率 257

9.2串口結構 258

9.2.151單片機串行口的硬件結構 258

9.2.2數據緩沖寄存器SBUF 260

9.2.3串行口控制寄存器SCON 260

9.2.4特殊功能寄存器PCON 261

9.3MCS-51串口工作方式 261

9.3.1方式0 262

9.3.2方式1 262

9.3.3方式2和方式3 262

9.3.4各方式下波特率的計算 263

9.4串行通信接口標準RS-232 263

9.4.1RS-232C標準 264

9.4.2單片機串行通信的連接 266

9.5串行通信接口標準RS-422和

RS-485 266

9.5.1RS-422通信協議 267

9.5.2RS-485通信協議 269

9.6本章小結 271

實驗與設計 271

習題 273

第10章51單片機的A/D與D/A轉換 276

10.1數/模轉換 276

10.1.1D/A轉換器 276

10.1.2D/A轉換芯片DAC0832 278

10.1.3DAC0832應用實例 280

10.2模/數轉換 282

10.2.1A/D轉換器 282

10.2.2A/D轉換芯片ADC0809 284

10.2.3MCS-51單片機與ADC0809接口 286

10.3本章小結 289

實驗與設計 289

實驗10-1簡易直流電源的設計 289

實驗10-2簡單數字電壓表的設計 290

習題 293

第11章輸入設備 296

11.1輸入設備的分類及結構 296

11.1.1開關和按鍵 296

11.1.2按鍵去抖動 296

11.1.3非編碼獨立式鍵盤 297

11.1.4非編碼矩陣式鍵盤 298

11.1.5編碼鍵盤 298

11.2鍵盤與單片機的接口 298

11.2.1獨立式鍵盤與單片機的接口 299

11.2.2矩陣式鍵盤與單片機的接口 300

11.3本章小結 304

實驗與設計 304

習題 306

第12章輸出設備 310

12.1輸出設備的種類及結構 310

12.1.1發光二極管 310

12.1.2數碼管 310

12.1.3液晶顯示模塊 312

12.2輸出設備的接口及其編程 312

12.2.1LED指示燈功能的程序實現 313

12.2.2數碼管與單片機接口的程序實現 314

12.3本章小結 317

實驗與設計 318

習題 320

第13章51單片機系統開發基礎 322

13.1單片機系統的基本開發過程 322

13.1.1系統開發概述 322

13.1.2總體方案設計 323

13.1.3硬件設計 325

13.1.4軟件設計 326

13.1.5系統調試 327

13.2系統的優化設計 329

13.2.1系統的可靠性設計 329

13.2.2系統自診斷 332

13.3本章小結 334

習題 334

第14章單片機系統綜合實例——投票系統 336

14.1實例需求說明 336

14.2實例設計 336

14.2.1總體設計 336

14.2.2投票系統中心端硬件設計 337

14.2.3投票系統終端硬件設計 338

14.2.4通信協議設計 340

14.3應用代碼設計 340

14.3.1投票系統中心端應用代碼設計 340

14.3.2中心端應用代碼綜合 348

14.3.3投票系統終端應用代碼設計 351

14.3.4終端應用代碼綜合 357

實驗與設計 359

實驗14-1呼吸燈 359

實驗14-2跑步機啟停/速度

控制模塊 360

實驗14-3簡易電子琴 361

實驗14-4手機撥號模塊 362

實驗14-5簡易頻率計 364

實驗14-6天車控制系統 365

實驗14-7PC中控系統 366

實驗14-8負載平衡監控系統 366

實驗14-9電子抽獎系統 368

實驗14-10簡易波形發生器 369

單片機作為微型計算機的一個重要分支，應用面很廣，發展也很快。盡管單片機種類繁多，但其中最為典型、應用最廣泛的仍當屬Intel公司的51系列單片機。本書介紹了單片機技術、C語言使用和應用系統開發等相關知識，內容包括單片機的內部結構、指令系統、C語言及編譯器Keil μVision4的使用、內部各模塊的開發、接口編程和擴展技術，以及單片機應用系統的開發。