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第1章 单片机概述1

1.1 什么是单片机1

1.2 单片机的发展历史2

1.3 单片机的特点2

1.4 单片机的应用3

1.5 单片机的发展趋势4

1.6 MCS-51系列与AT89S5x系列单片机5

1.6.1 MCS-51系列单片机5

1.6.2 AT89S5x系列单片机6

1.7 各种衍生品种的8051单片机8

1.7.1 STC系列单片机8

1.7.2 C805 1F ×××单片机9

1.7.3 ADμC812单片机9

1.7.4 华邦W77系列、W78系列单片机9

1.8 PIC系列单片机与AVR系列单片机10

1.8.1 PIC系列单片机10

1.8.2 AVR系列单片机11

1.9 其他的嵌入式处理器简介11

1.9.1 嵌入式DSP处理器12

1.9.2 嵌入式微处理器12

思考题及习题13

第2章 AT89S51单片机片内硬件结构15

2.1 AT89S51单片机的片内硬件结构15

2.2 AT89S51的引脚功能17

2.2.1 电源及时钟引脚17

2.2.2 控制引脚17

2.2.3 并行I/O口引脚18

2.3 AT89S51的CPU19

2.3.1 运算器19

2.3.2 控制器21

2.4 AT89S51单片机存储器的结构21

2.4.1 程序存储器空间22

2.4.2 数据存储器空间22

2.4.3 特殊功能寄存器23

2.4.4 位地址空间26

2.5 AT89S51单片机的并行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30

2.6 时钟电路与时序30

2.6.1 时钟电路设计31

2.6.2 机器周期、指令周期与指令时序32

2.7 复位操作和复位电路32

2.7.1 复位操作32

2.7.2 复位电路设计33

2.8 看门狗定时器（WDT）的使用33

2.9 低功耗节电模式35

2.9.1 空闲模式35

2.9.2 掉电运行模式36

2.10 AT89S52单片机与AT89S51单片机的差异36

2.10.1 AT89S52单片机与AT89S51单片机片内硬件资源的差别37

2.10.2 AT89S52的引脚37

2.10.3 AT89S52单片机的存储器结构37

思考题及习题40

第3章 C51编程语言基础43

3.1 C51编程语言简介43

3.1.1 C51语言与8051汇编语言的比较43

3.1.2 C51语言与标准C语言的比较44

3.2 C51语言程序设计基础44

3.2.1 C51语言中的数据类型与存储类型45

3.2.2 C51语言的特殊功能寄存器及位变量定义49

3.2.3 C51语言的绝对地址访问51

3.2.4 C51的基本运算52

3.2.5 C51的分支与循环程序结构54

3.2.6 C51的数组60

3.2.7 C51的指针62

3.3 C51语言的函数63

3.3.1 函数的分类63

3.3.2 函数的参数与返回值64

3.3.3 函数的调用65

3.3.4 中断服务函数66

3.3.5 变量及存储方式66

3.3.6 宏定义与文件包含66

3.3.7 库函数67

思考题及习题68

第4章 开发与仿真工具69

4.1 Keil C51的使用69

4.1.1 Keil C51简介69

4.1.2 基本操作69

4.1.3 添加用户源程序文件71

4.1.4 程序的编译与调试73

4.1.5 项目的设置75

4.2 Proteus虚拟仿真工具介绍77

4.2.1 Proteus功能简介77

4.2.2 Proteus ISIS的虚拟仿真78

4.2.3 Proteus的各种虚拟仿真调试工具84

4.2.4 虚拟设计仿真举例87

思考题及习题93

第5章 单片机与开关、键盘以及显示器件的接口设计94

5.1 单片机控制发光二极管显示94

5.1.1 单片机与发光二极管的连接94

5.1.2 I/O端口的编程控制95

5.2 开关状态检测98

5.2.1 开关检测案例198

5.2.2 开关检测案例299

5.3 单片机控制LED数码管的显示100

5.3.1 LED数码管的显示原理100

5.3.2 LED数码管的静态显示与动态显示103

5.4 单片机控制LED点阵显示器显示106

5.4.1 LED点阵显示器的结构与显示原理106

5.4.2 控制16×16 LED点阵显示屏的案例107

5.5 单片机控制LCD 1602液晶显示器的显示109

5.5.1 LCD 1602液晶显示模块简介110

5.5.2 单片机控制字符型LCD 1602显示案例116

5.6 键盘接口设计119

5.6.1 键盘接口设计应解决的问题119

5.6.2 独立式键盘接口设计案例120

5.6.3 矩阵式键盘的接口设计案例127

5.6.4 非编码键盘扫描方式的选择129

5.6.5 单片机与专用键盘/显示器芯片HD7279的接口设计130

思考题及习题140

第6章 中断系统的工作原理及应用142

6.1 AT89S51中断技术概述142

6.2 AT89S51中断系统结构142

6.2.1 中断请求源143

6.2.2 中断请求标志寄存器143

6.3 中断允许与中断优先级的控制144

6.3.1 中断允许寄存器IE145

6.3.2 中断优先级寄存器IP145

6.4 响应中断请求的条件146

6.5 外部中断的响应时间147

6.6 外部中断的触发方式选择148

6.6.1 电平触发方式148

6.6.2 跳沿触发方式148

6.7 中断请求的撤销148

6.8 中断函数149

6.9 中断系统应用举例150

6.9.1 单一外中断的应用151

6.9.2 两个外中断的应用152

6.9.3 中断嵌套的应用153

思考题及习题155

第7章 定时器/计数器的工作原理及应用157

7.1 定时器/计数器的结构157

7.1.1 定时器/计数器工作方式寄存器TMOD158

7.1.2 定时器/计数器控制寄存器TCON158

7.2 定时器/计数器的4种工作方式159

7.2.1 方式0159

7.2.2 方式1160

7.2.3 方式2160

7.2.4 方式3161

7.3 计数器对外部输入的计数信号的要求162

7.4 定时器/计数器T0、T1的编程应用163

7.4.1 P1口控制8只LED每0.5s闪亮一次163

7.4.2 计数器的应用164

7.4.3 控制P1.0产生周期为2ms的方波166

7.4.4 利用T1控制发出1kHz的音频信号167

7.4.5 LED数码管秒表的制作169

7.4.6 测量脉冲宽度——门控位GATEx的应用171

7.4.7 LCD时钟的设计173

7.5 AT89S52新增定时器/计数器T2简介175

7.5.1 T2的特殊功能寄存器T2CON和T2MOD175

7.5.2 T2的16位自动重装载方式177

7.5.3 T2的捕捉方式179

7.5.4 T2的波特率发生器方式及可编程时钟输出179

思考题及习题182

第8章 串行口的工作原理及应用184

8.1 串行通信基础184

8.1.1 并行通信与串行通信184

8.1.2 同步通信与异步通信185

8.1.3 串行通信的传输模式186

8.1.4 串行通信的错误校验186

8.2 串行口的结构187

8.2.1 串行口控制寄存器SCON187

8.2.2 特殊功能寄存器PCON188

8.3 串行口的4种工作方式189

8.3.1 方式0189

8.3.2 方式1193

8.3.3 方式2194

8.3.4 方式3195

8.4 多机通信196

8.5 波特率的制定方法197

8.5.1 波特率的定义197

8.5.2 定时器T1产生波特率的计算197

8.6 串行口应用设计案例198

8.6.1 串行通信标准接口RS232、RS422与RS485简介199

8.6.2 方式1的应用设计201

8.6.3 方式2和方式3的应用设计208

8.6.4 多机通信的应用设计210

8.6.5 单片机与PC串行通信的设计216

8.6.6 PC与单片机或与多个单片机的串行通信220

思考题及习题221

第9章 单片机系统的并行扩展223

9.1 系统并行扩展技术223

9.1.1 系统并行扩展结构223

9.1.2 地址空间分配225

9.1.3 外部地址锁存器227

9.2 外部数据存储器的并行扩展228

9.2.1 常用的静态RAM（SRAM）芯片228

9.2.2 读写片外RAM的操作时序229

9.2.3 并行扩展数据存储器的设计230

9.2.4 单片机外扩数据存储器RAM6264的案例设计232

9.3 片内Flash存储器的编程233

9.3.1 使用通用编程器的程序写入234

9.3.2 使用下载线的ISP编程234

9.4 E2 PROM的并行扩展235

9.4.1 并行E2PROM芯片简介235

9.4.2 AT89S51单片机扩展E2 PROMAT2864的设计236

9.5 AT89S51扩展并行I/O芯片82C55的设计237

9.5.1 I/O接口扩展概述237

9.5.2 并行I/O芯片82C55简介238

9.5.3 82C55的3种工作方式241

9.5.4 AT89S51单片机与82C55的接口设计245

9.6 利用74LSTTL电路扩展并行I/O口247

9.7 用AT89S51单片机的串行口扩展并行输入/输出口248

9.7.1 用74LS165扩展并行输入口248

9.7.2 用74LS164扩展并行输出口249

思考题及习题250

第10章 AT89S51单片机系统的串行扩展252

10.1 单总线串行扩展252

10.1.1 单总线扩展的典型应用——DS 18B20的温度测量系统252

10.1.2 设计案例：单总线DS 18B20温度测量系统255

10.2 SPI总线串行扩展258

10.3 I2C总线的串行扩展259

10.3.1 I2C串行总线系统的基本结构259

10.3.2 I2C总线的数据传送规定260

10.3.3 AT89S51的I2C总线扩展系统263

10.3.4 I2C总线数据传送的模拟264

10.3.5 利用I2C总线扩展E2 PROMAT24C02的IC卡设计267

思考题及习题273

第11章 AT89S51单片机与DAC、ADC的接口274

11.1 单片机扩展DAC概述274

11.2 单片机扩展并行8位DAC0832的设计275

11.2.1 DAC0832简介275

11.2.2 案例设计：单片机扩展DAC0832的程控电源276

11.2.3 案例设计：波形发生器的制作278

11.3 单片机扩展串行10位DAC——TLC5615282

11.3.1 串行DAC——TLC5615简介282

11.3.2 案例设计：单片机扩展串行DAC——TLC5615的设计284

11.4 单片机扩展ADC概述286

11.5 单片机并行扩展8位A/D转换器ADC0809287

11.5.1 案例设计：单片机控制ADC0809进行A/D转换288

11.5.2 案例设计：两路输入的数字电压表的设计290

11.6 单片机扩展串行8位A/D转换器TLC549293

11.6.1 TLC549的特性及工作原理293

11.6.2 案例设计：单片机扩展TLC549的设计294

11.7 单片机扩展串行12位ADC——TLC2543的设计296

11.7.1 TLC2543的特性及工作原理296

11.7.2 案例设计：单片机扩展TLC2543的设计298

思考题及习题300

第12章 单片机各种应用设计302

12.1 单片机控制步进电机的设计302

12.2 单片机控制直流电机304

12.3 频率计的制作306

12.4 电话机拨号的模拟309

12.5 8位竞赛抢答器设计314

12.6 基于时钟/日历芯片DS 1302的电子钟设计318

思考题及习题324

第13章 功率接口设计325

13.1 单片机与外围集成数字驱动电路的接口325

13.2 单片机与光电耦合器的接口327

13.2.1 晶体管输出型光电耦合器驱动接口327

13.2.2 晶闸管输出型光电耦合器驱动接口329

13.3 单片机与继电器的接口330

13.3.1 单片机与直流电磁式继电器功率接口330

13.3.2 单片机与交流电磁式接触器的接口331

13.4 单片机与晶闸管的接口332

13.4.1 单向晶闸管332

13.4.2 双向晶闸管332

13.4.3 光耦合双向晶闸管驱动器332

13.5 单片机与集成功率电子开关输出接口334

13.5.1 集成功率电子开关TWH8751简介334

13.5.2 集成功率电子开关TWH8751的典型应用335

13.6 单片机与固态继电器的接口336

13.6.1 固态继电器的特性与分类336

13.6.2 固态继电器的应用337

13.7 低压开关量信号输出技术339

思考题及习题340

第14章 单片机应用系统抗干扰与可靠性设计341

14.1 干扰的来源341

14.2 供电系统干扰及其抗干扰措施342

14.2.1 电源噪声来源、种类及危害342

14.2.2 供电系统的抗干扰设计342

14.3 过程通道干扰的抑制措施——隔离343

14.3.1 光电隔离的基本配置343

14.3.2 光电隔离的实现344

14.4 空间干扰及抗干扰措施345

14.4.1 接地技术345

14.4.2 屏蔽技术347

14.5 反电势干扰的抑制348

14.6 印制电路板的抗干扰设计349

14.6.1 地线及电源线设计349

14.6.2 去耦电容的配置349

14.6.3 印制电路板的布线的抗干扰设计350

14.7 软件抗干扰措施350

14.7.1 软件抗干扰的一般方法350

14.7.2 软件滤波351

14.7.3 开关量输入/输出软件抗干扰设计352

14.8 看门狗定时器的使用352

思考题及习题353

第15章 单片机应用系统的设计与调试355

15.1 单片机应用系统的设计步骤355

15.2 单片机应用系统设计356

15.2.1 硬件设计应考虑的问题356

15.2.2 典型的单片机应用系统357

15.2.3 系统设计中的总线驱动358

15.2.4 软件设计考虑的问题360

15.3 单片机应用系统的仿真开发与调试360

思考题及习题365

附录A 基础实验题目366

实验1 单片机I/O口实验——LED流水灯366

实验2 单个外部中断实验366

实验3 中断嵌套实验367

实验4 定时器/计数器的定时实验367

实验5 定时器/计数器的计数器实验367

实验6 串口方式0扩展并行输出口实验367

实验7 串行口方式0扩展并行输入口实验368

实验8 双单片机串行通信368

实验9 扩展82C55并行I/O实验369

实验10 独立式键盘实验369

实验11 矩阵式键盘扫描实验369

实验12 单片机控制1602液晶显示器显示字符369

实验13 DAC0832的D/A转换实验370

实验14 ADC0809的A/D转换实验370

实验15 I2C总线串行扩展AT24C02存储器读写370

附录B 课程设计题目372

题目1 节日彩灯控制器的设计372

题目2 单一外中断的应用372

题目3 LED数码管秒表的制作373

题目4 音乐音符发生器的制作373

题目5 用定时器设计的门铃373

题目6 控制数码管循环显示单个数字374

题目7 基于DS18B20的数字温度计设计374

题目8 利用定时器在P1.0上产生周期为2ms的方波374

题目9 电话键盘及拨号的模拟375

题目10 双机串行口方式1单工通信375

题目11 数码管显示4×4矩阵键盘的键号375

题目12 波形发生器的制作376

题目13 频率计的制作376

题目14 数字电压表设计376

题目15 单片机控制串行DAC——TLC5615的调压器377

题目16 单片机控制16×16阵列LED的显示377

题目17 直流电机控制实验378

题目18 步进电机控制实验378

附录C 头文件“LCD1602.h”清单379

附录D 头文件“DS1302.h”清单381

参考文献385