单片机应用系统设计与训练

单片机也叫嵌入式微控制器，自20世纪诞生以来，已走过了近30年的发展历程。由于单片机具有体积小、成本低、性能稳定等优点，所以广泛用于仪表、自动控制、通信和家用电器等领域。了解单片机知识、掌握单片机的应用技术具有重要的意义。各大专院校相关专业已将单片机课程作为一门重要课程列入教学计划。

目前，单片机的品种繁多，但由于MCS-51单片机具有结构体系完整、指令系统功能完善和内部寄存器的规范化等特色，在中国的单片机市场上一直是主流芯片。各大专院校相关专业的单片机课程也以讲MCS-51系列单片机为主。

本书主要针对高职高专类学校的学生编写。摆脱以往单片机类书籍的起点高、实践例子少等缺点，由浅入深地使读者尽快掌握单片机的原理、开发及应用。本书结构新颖，从实用的角度，以MCS-51系列单片机为机型，介绍了单片机的基本原理结构、51指令系统、中断、定时器/计数器、串行口、单片机应用系统的扩展、设计实例及抗干扰设计等知识。通过学习可较全面地掌握单片机的基础知识。

本书由胡辉主编，戴永成、黄跃、李国峰任副主编。第1章～第3章、第7章（7.6节）以及第8章和第9章由胡辉编写，第4章由李国峰编写，第6章、第7章（7.1节～7.5节）由戴永成编写，第5章、第7章（7.7节～7.8节）由黄跃编写。全书由胡辉统稿。参加本书大纲讨论的还有李文杰、赵远远等。刘彦顺、杨路、杜春凯等参加了本书绘图、文字校对等工作。

本教材的编写人员都是长期从事单片机教学与科研的教师和工程科技人员，具有丰富的教学和科研经验。

由于时间仓促及编者水平有限，书中难免出现一些错误和不妥之处，恳请广大读者和同仁批评指正。

编者

2004年6月

序
前言
第1章 MCS-51单片机系统结构 1
本章学习目标 1
1.1 单片机概述 1
1.1.1 单片机的概念 1
1.1.2 单片机的发展 2
1.1.3 单片机的系列产品介绍 3
1.2 MCS-51单片机结构简介 4
1.2.1 MCS-51单片机的内部结构 5
1.2.2 80C51/80C52单片机引脚定义及功能 6
1.3 MCS-51单片机的存储器结构 8
1.3.1 内部数据存储器及专用寄存器 8
1.3.2 外部数据存储器 12
1.3.3 程序存储器 14
1.4 单片机并行I/O口 15
1.4.1 P0口 15
1.4.2. P1口 17
1.4.3 P2口 17
1.4.4 P3口 18
1.5 单片机的复位电路与工作方式 19
1.5.1 单片机的复位电路 19
1.5.2 单片机的工作方式 20
1.6 单片机的时钟与CPU时序 22
1.6.1 单片机的时钟 22
1.6.2 单片机的CPU时序 23
本章小结 25
习题一 25
第2章 单片机的指令系统与程序设计 27
本章学习目标 27
2.1 概述 27
2.1.1 指令格式 27
2.1.2 指令分类 28
2.1.3 指令符号的意义 30
2.1.4 伪指令 30
2.2 寻址方式 32
2.2.1 立即寻址 33
2.2.2 直接寻址 33
2.2.3 寄存器寻址 33
2.2.4 寄存器间接寻址 33
2.2.5 相对寻址 34
2.2.6 变址寻址 35
2.2.7 位寻址 36
2.3 指令系统 36
2.3.1 数据传送类指令 36
2.3.2 算术运算类指令 40
2.3.3 逻辑运算指令 44
2.3.4 移位指令 46
2.3.5 控制转移类指令 47
2.3.6 位操作指令 50
2.4 程序设计 52
2.4.1 延时程序 53
2.4.2 循环程序 54
2.4.3 分支程序 56
2.4.4 地址表法散转程序 56
2.4.5 转移表法散转程序 57
2.4.6 查表程序设计 58
2.4.7 代码转换类程序设计 60
2.4.8 定点数运算程序设计 63
2.4.9 浮点数运算程序 69
本章小结 79
习题二 80
第3章 单片机的中断系统与定时器/计数器 83
本章学习目标 83
3.1 中断系统 83
3.1.1 中断的定义 84
3.1.2 中断源 85
3.1.3 中断的优先级 85
3.1.4 中断控制 86
3.1.5 中断响应 88
3.1.6 中断响应的撤除 89
3.2 外部中断的使用 90
3.2.1 使用查询法扩展外部中断源 90
3.2.2 利用定时器扩展外部中断源 91
3.2.3 利用优先权编码器扩展外部中断源 92
3.3 定时器/计数器 95
3.3.1 定时器/计数器的结构 95
3.3.2 定时器/计数器的控制寄存器及工作方式 95
3.4 单片机外部中断与定时器/计数器的应用训练 98
3.4.1 外部中断INT0的应用训练 98
3.4.2 多级外部中断的应用训练 99
3.4.3 定时器方式0的应用训练 101
3.4.4 定时器方式1的应用训练 103
3.4.5 外部脉冲宽度的测量训练 104
3.4.6 单片机内部软件看门狗的应用训练 105
本章小结 106
习题三 107
第4章 单片机的串行通信 109
本章学习目标 109
4.1 串行通信概念 109
4.1.1 串行通信的基本方式 109
4.1.2 串行通信的波特率 111
4.2 串行通信的结构及工作方式 111
4.2.1 串行通信口的结构 111
4.2.2 串行通信的工作方式 113
4.2.3 双机通信 116
4.2.4 多机通信 118
4.3 串行口的扩展应用 120
4.3.1 串行口扩展显示器训练 121
4.3.2 串行口扩展的键盘训练 122
4.4 串行通信的应用 124
4.4.1 双机通信训练 124
4.4.2 用电流环实现远距离通信训练 127
4.4.3 计算机与单片机的通信训练 128
4.4.4 多机通信训练 133
本章小结 138
习题四 139
第5章 外部I/O口的扩展训练 140
本章学习目标 140
5.1 MCS-51外部I/O扩展原理概述 140
5.1.1 MCS-51外部I/O扩展概述 140
5.1.2 MCS-51外部I/O扩展常用芯片 140
5.2 TTL芯片扩展I/O并行接口的应用训练 141
5.2.1 用74LS377扩展8位并行输出接口的使用训练 141
5.2.2 用74LS373扩展8位并行输入接口的使用训练 142
5.2.3 用三态门扩展8位并行输入接口的使用训练 142
5.3 8255A可编程外围并行接口的应用训练 143
5.3.1 8255A可编程外围并行接口结构及性能介绍 143
5.3.2 训练内容 146
5.3.3 电路图 146
5.3.4 参考程序 147
5.4 8155/8156可编程I/O接口的结构及性能 148
5.4.1 8155/8156可编程外围I/O接口的结构及性能介绍 148
5.4.2 训练内容 151
5.4.3 电路图 151
5.4.4 参考程序 151
5.5 8253/8254可编程定时/计数器的应用训练 152
5.5.1 8253/8254可编程定时/计数器结构及性能简介 152
5.5.2 训练内容 153
5.5.3 电路图 154
5.5.4 参考程序 154
本章小结 155
习题五 155
第6章 A/D、D/A转换器的应用训练 157
本章学习目标 157
6.1 8位逐次比较式A/D转换器的训练 157
6.1.1 ADC0809的逻辑结构与引脚功能 157
6.1.2 单片机与ADC0809接口的训练 159
6.2 12位串行接口A/D转换器的训练 161
6.2.1 MAX187的主要特性与引脚功能 161
6.2.2 MAX187的工作原理 162
6.2.3 单片机与MAX187接口的训练 162
6.3 12位并行A/D转换器的使用训练 164
6.3.1 AD574A的引脚功能及真值表 164
6.3.2 AD574A的单极性和双极性输入 165
6.3.3 单片机与AD574A接口的训练 166
6.4 8位D/A转换器的训练 168
6.4.1 DAC0832的内部结构和引脚功能 168
6.4.2 DAC0832工作方式与输出极性 169
6.4.3 单片机与DAC0832接口的训练 170
6.5 I2C总线接口芯片PCF8591的使用训练 172
6.5.1 PCF8591的主要特性与引脚功能 172
6.5.2 结构与应用原理 173
6.5.3 PCF8591的数据操作格式 174
6.5.4 总线操作时序及数据操作模拟 175
6.5.5 总线接口芯片PCF8591的使用训练 180
6.6 V/F转换器的使用训练 182
6.6.1 V/F转换原理 182
6.6.2 LM331的引脚功能与特性 183
6.6.3 LM331的外部接线 184
6.6.4 LM331的使用训练 185
本章小结 186
习题六 187
第7章 单片机的综合应用 188
本章学习目标 188
7.1 三相步进电机的控制 188
7.1.1 步进电机的工作原理 188
7.1.2 步进电机的控制 188
7.1.3 步进电机的单片机控制 190
7.2 单片机与功率驱动接口电路的连接 192
7.2.1 扩大驱动电流的方法 192
7.2.2 单片机控制强电电路的开关器件 194
7.3 数字频率计的设计 198
7.3.1 系统组成与设计方案 198
7.3.2 频率计程序框图 199
7.3.3 频率计程序设计 199
7.4 大型数字显示时钟的设计 204
7.4.1 系统组成与工作原理 204
7.4.2 数字电子钟程序框图 206
7.4.3 数字电子钟程序 207
7.5 汉字液晶显示器的设计 214
7.5.1 液晶显示控制器HD61830 214
7.5.2 HD61830液晶模块的应用 216
7.6 多路温度巡检系统的设计 221
7.6.1 设计目标与预备知识 221
7.6.2 设计方案 222
7.6.3 软件设计 223
7.8 大容量数据存储器的应用设计 229
7.8.1 设计目标 229
7.8.2 功能和硬件原理 229
7.9 高速AD在MCS-51单片机中的应用设计 230
7.9.1 设计思路 230
7.9.2 功能和硬件原理 230
本章小结 232
第8章 单片机的可靠性设计与抗干扰设计 233
本章学习目标 233
8.1 单片机应用系统的可靠性设计 233
8.1.1 可靠度 233
8.1.2 提高可靠性的措施 234
8.2 抗干扰的设计原则 234
8.2.1 干扰的来源 234
8.2.2 抗干扰的设计原则 235
8.3 软件抗干扰的设计 235
8.3.1 数字滤波的设计 235
8.3.2 软件冗余 238
8.3.3 软件陷阱 239
8.3.4 软件看门狗技术 239
8.4 硬件抗干扰的设计 240
8.4.1 滤波技术 240
8.4.2 隔离技术 241
8.4.3 接地技术 242
8.4.4 单片机的自动复位与电源的监测技术 243
本章小结 244
习题八 245
第9章 单片机应用系统的设计方法 246
本章学习目标 246
9.1 单片机应用系统的开发流程 246
9.1.1 设计流程 246
9.1.2 总体设计 247
9.1.3 硬件设计 248
9.1.4 软件设计 248
9.1.5 系统的调试与维护 250
9.2 51单片机应用系统的开发工具 250
9.2.1 51仿真系统简介 251
9.2.2 调试工具简介 253
9.3 编程器的使用方法 255
9.3.1 系统的安装 255
9.3.2 编程操作 255
本章小结 257
习题九 258

1. 单片机应用技术项目教程（C语言版）（第三版） [主编　郭志勇]
2. 单片机原理及应用技术（C语言版） [周国运 鲁庆宾 赵天翔 编著]
3. 单片机实用技术项目教程 [主编 周威 熊辉]
4. 单片机原理及应用项目化教程（C语言版） [主编 谢四连　王善伟　李石林]
5. 单片机控制技术 [李美菊 刘敏 许艳梅]
6. 单片机应用技术项目教程（C语言版）（第二版） [主编 郭志勇]
7. 单片机技术实验实训教程（第二版） [周越 郑棣]
8. 单片机应用教程 [胡云冰 聂振华]
9. 单片机应用系统设计安装与调试 [主编 田浩鹏]
10. 单片机原理及应用设计（第二版） [主编 胡辉 ]
11. 单片机原理及典型应用接口技术 [刘甫 陈健美 编著]
12. 单片机原理及应用教程（C语言版） [主编 周国运]
13. 单片机应用技术项目教程（C语言版） [郭志勇]
14. 单片机原理及应用 [主 编 李英顺]
15. 单片机原理及应用（C语言版） [周国运 主编]
16. 单片机应用技术 [周越 主编]
17. 16位单片机及语音嵌入式系统 [赵定远 马洪江 主编]
18. 单片机原理及应用设计 [胡辉 主编]
19. 单片机原理与应用 [金龙国 主编]
20. 单片机原理与应用技术 [秦实宏 周龙 肖忠 等编著]
21. 单片机接口技术（C51版） [张道德 编著]
22. 单片机原理及基于单片机的嵌入式系统设计 [蔡方凯 主编]
23. 单片机原理与应用 [胡辉 主编]
24. 单片机技术实验实训教程 [周越 等编著]
25. 单片机原理与应用系统设计 [李云钢 等编著]
26. 计算机硬件技术实验教程 [张志勇 戴金波 主编]