单片微型计算机原理及应用

近年来，单片微型计算机的应用越来越广泛，单片机的功能越来越完善，特别在工业测控、仪器仪表、航天航空、军事武器、家用电器等领域得到了广泛的应用。MCS-51单片机系列目前在世界上的生产量最大，产品品种多，基本上可以满足广大用户的需要，特别是8051在国内是应用最多、影响最大的单片机。

本书主要以8051为例进行介绍，全书共12章，主要内容为：第1章、第2章介绍MCS-51单片机的结构特点和原理；第3章、第4章介绍MCS-51的指令系统和应用程序的设计方法；第5章到第8章分别介绍MCS-51单片机的系统扩展、串行接口和中断系统；第9章通过作者本人的应用实例介绍应用系统设计的基本方法；第10章介绍单片机应用系统开发的基本步骤和基本开发调试方法；第11章介绍了ATMEL公司生产的AT89系列；第12章对MCS-96系列16位单片机（它是一种来源于8051而又优于8051的系列，可以与8051兼容，在国内的应用日趋广泛）作了简要介绍。

本书是作者20多年从事单片机教学的经验以及多项科研成果的结晶。其中有些实例来自作者从事单片微型计算机在智能仪器仪表，自动控制方面的科研成果。

总之，本书深入浅出，层次分明；实例丰富，通俗易懂；突出实用，可操作性强，并配有教学电子教案，特别适合高职高专计算机专业类、电子类和电气自动化及机械专业的学生使用（参考学时为50~60学时），也可以作为高等学校相应专业的教材，还可作为单片原理及应用的培训班教材。同时亦可供从事微机应用、智能仪器仪表领域的工程技术人员阅读和参考。

在使用本教材时应注意，除了应具备数字及模拟电子技术、计算机组成原理的基础知识外，在学习的过程中要加强实验，以便真正掌握单片机原理并用于实践中。

本书由赵秀珍教授、单永磊担任主编，丁启胜、王乃钊、潘汪杰、王计元任副主编，参加本书编写的还有宋卫海、张铮、林军、丁建军、白钟钢、李梅、郑敏等。

由于时间仓促，不足之处，恳请读者和同行不吝赐教。

编　者

2001年3月

序
前言
第1章 单片微型计算机概述 1
1.1 单片机的发展概况 1
1.2 单片机的结构特点 2
1.3 单片机的主要品种及系列 2
1.3.1 4位单片机 2
1.3.2 8位单片机 2
1.4 单片机的应用 3
1.4.1 单片机在仪器仪表中的应用 3
1.4.2 单片机在机电一体化中的应用 3
1.4.3 单片机在智能接口和多机系统中的应用 4
1.4.4 单片机在生活中的应用 4
习题和思考题 4
第2章 MCS-51单片机的结构和原理 5
2.1 MCS-51单片机的结构原理 5
2.1.1 8051单片机的结构 5
2.1.2 8051单片机的内部结构和工作原理 6
2.2 MCS-51单片机的时序 14
2.2.1 时钟周期、机器周期和指令周期（图2-9） 14
2.2.2 MCS-51单片机指令的取指和执行的时序 15
2.2.3 访问外部ROM和RAM的时序 16
2.3 MCS-51单片机的时钟和复位电路 17
2.3.1 时钟电路 17
2.3.2 复位电路及复位状态 18
2.4 MCS-51单片机的低功耗工作方式 19
2.4.1 电源控制寄存器PCON 20
2.4.2 等待工作方式 20
2.4.3 掉电方式 20
习题和思考题 20
第3章 MCS-51 单片机的指令系统 22
3.1 指令系统概述 22
3.1.1 机器码指令与汇编语言指令 22
3.1.2 指令格式 23
3.2 寻址方式 24
3.2.1 寄存器寻址 24
3.2.2 直接寻址 24
3.2.3 立即寻址 25
3.2.4 寄存器间接寻址 25
3.2.5 变址寻址 26
3.2.6 相对寻址 27
3.2.7 位寻址 27
3.3 MCS-51单片机的指令系统 28
3.3.1 数据传送类指令 29
3.3.2 算术运算类指令 32
3.3.3 逻辑操作类指令 37
3.3.4 控制转移类指令 40
3.3.5 布尔变量操作类指令 45
习题和思考题 49
第4章 MCS-51单片机的应用程序设计 52
4.1 运算程序 53
4.1.1 多字节数加法 54
4.1.2 多字节数减法 55
4.1.3 多字节十进制数(BCD码)加法 56
4.1.4 多字节数乘法 57
4.1.5 多字节数除法 57
4.2 数据的拼拆和转换 59
4.2.1 数据的拼拆 59
4.2.2 数据的转换 61
4.3 查表程序 64
4.4 散转程序 68
4.4.1 采用转移指令表的散转程序 68
4.4.2 采用地址偏移量表的散转程序 70
4.4.3 采用转向地址表的散转程序 71
4.4.4 采用“RET”指令的散转程序 72
4.5 I/O端口控制程序 72
4.6 子程序调用时的参数传递方法 75
4.6.1 通过寄存器或片内RAM传递参数 75
4.6.2 通过堆栈传递参数 77
4.6.3 利用指针寄存器传递参数 78
习题和思考题 80
第5章 定时/计数器 82
5.1 定时/计数器的结构及工作原理 82
5.1.1 定时/计数器的结构和原理 82
5.1.2 定时/计数器方式寄存器TMOD 83
5.1.3 定时控制寄存器TCON 84
5.2 定时/计数器的工作方式 84
5.2.1 方式0 84
5.2.2 方式1 85
5.2.3 方式2 85
5.2.4 方式3 86
5.3 定时/计数器的应用 87
5.3.1 方式0、方式1的应用 87
5.3.2 方式2的应用 88
5.3.3 门控位的应用 88
习题和思考题 90
第6章 MCS-51单片机的系统扩展 91
6.1 MCS-51单片机的引脚定义及最小应用系统 91
6.1.1 8051的引脚定义及功能 91
6.1.2 MCS-51单片机最小应用系统 93
6.2 MCS-51单片机外部存储器的扩展 93
6.2.1 外部程序存储器的扩展及取指过程 93
6.2.2 数据存储器的扩展 96
6.2.3 综合扩展实例 97
6.3 并行I/O口的扩展 97
6.3.1 简单I/O口的扩展 98
6.3.2 可编程I/O口的扩展 99
习题和思考题 106
第7章 MCS-51系统的串行接口 107
7.1 串行通讯概述 107
7.1.1 串行通讯的两种基本方式 107
7.1.2 波特率 108
7.1.3 数据传送的方向 109
7.2 MCS-51单片机的串行接口 110
7.2.1 MCS-51串行口结构 110
7.2.2 MCS-51串行的工作方式 113
7.2.3 MCS-51串行通信的波特率 116
7.3 MCS-51单片机串行口的应用 118
7.3.1 串行口方式0用作扩展并行I/O口 118
7.3.2 方式1与点对点的异步通讯 119
7.3.3 方式2、方式3与多机通讯 121
7.3.4 微机与单片机之间的通讯 125
7.4 相互通道接口标准及其选择 126
7.4.1 相互通道的典型结构 126
7.4.2 关于RS-232C、RS-449、RS-422、RS-423和RS-485接口 127
习题和思考题 131
第8章 MCS-51单片机的中断系统 132
8.1 中断系统及其管理 133
8.1.1 中断源及中断入口 133
8.1.2 外部中断请求标志 133
8.1.3 中断允许控制 134
8.1.4 中断源优先级的设定 135
8.1.5 中断响应处理过程 136
8.2 扩充外部中断源 137
8.2.1 利用定时器进行扩充 137
8.2.2 采用中断和查询相结合的方法扩充外部中断源 138
8.3 中断系统的应用 139
习题和思考题 142
第9章 单片机应用系统的设计方法及实例 143
9.1 显示器、键盘与单片机的连接 143
9.1.1 LED数码管与单片机的连接 143
9.1.2 按键与单片机的连接 149
9.1.3 键盘与单片机的接口 152
9.2 A/D转换器与单片机的连接 156
9.2.1 A/D转换器概述 156
9.2.2 A/D转换器与单片机的接口 157
9.3 D/A转换器与单片机的连接 159
9.3.1 D/A转换器的基本原理 159
9.3.2 D/A转换器与单片机的接口 160
9.4 MCS-51单片机应用系统设计举例 162
9.4.1 系统构成及控制原理 162
9.4.2 硬件电路 164
9.4.3 软件设计 166
习题和思考题 175
第10章 单片机的开发及开发工具 177
10.1 概述 177
10.1.1 单片机的开发 177
10.1.2 开发手段的选择 178
10.1.3 开发的一般过程 179
10.2 单片机的开发软件 180
10.2.1 805l宏汇编语言 181
10.2.2 PL/M-51语言 181
10.2.3 C-51语言 182
习题和思考题 182
第11章 AT89系列FLASH单片机简介 184
11.1 AT89系列FLASH单片机简介 184
11.1.1 AT89系列单片机概况 184
11.1.2 AT89系列单片机系统结构 186
11.2 AT89系列主要单片机型号 189
11.2.1 AT89C51/LV51单片机 189
11.2.2 AT89C52/LV52单片机 191
11.2.3 AT89C1051/2051 FLASH 单片机 198
11.2.4 AT89系列其他型号单片机 200
习题和思考题 202
第12章 MCS-96系列单片机简介 203
12.1 MCS-96概述 203
12.1.1 8098单片机的性能特点 203
12.1.2 芯片引脚排列及功能 204
12.1.3 内部结构框图 205
12.2 中央处理器 206
12.2.1 CPU总线 206
12.2.2 寄存器算术逻辑单元RALU 206
12.2.3 时钟信号 207
12.3 8098存储空间 208
12.4 中断系统 210
12.5 定时器 212
12.5.1 定时器1（TIMER1） 212
12.5.2 定时器2（TIMER2） 212
12.5.3 监督定时器（WATCHDOG） 212
12.6 I/O接口 213
12.6.1 并行输入/输出接口 213
12.6.2 高速输入/输出接口 213
12.7 A/D转换及脉宽调制D/A输出 218
12.7.1 内部A/D转换器 218
12.7.2 脉宽调制PWM输出及D/A转换 220
12.8 串行接口 221
12.9 MCS-96系列单片机的指令系统 222
12.9.1 操作数类型 222
12.9.2 寻址方式 223
12.9.3 符号约定 225
12.9.4 指令系统 225
习题和思考题 240
附录 80C51指令表 242
主要参考文献 203

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. 单片机应用技术项目教程（C语言版）（第二版） [主编 郭志勇]
6. 电子技术项目教程（Proteus版） [主编 郭志勇]
7. 单片机应用教程 [胡云冰 聂振华]
8. 单片机应用系统设计安装与调试 [主编 田浩鹏]
9. 单片机原理及应用设计（第二版） [主编 胡辉 ]
10. 单片机原理及典型应用接口技术 [刘甫 陈健美 编著]
11. 单片机原理及应用教程（C语言版） [主编 周国运]
12. 单片微型计算机原理及接口技术实验指导与实训 [林军 等编著]