单片机原理及接口技术（C51编程）（微课版第3版）

张毅刚

扉页
1章单片机概述 1
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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　8051内核单片机与AT89S5x系列单片机　6
1．7　各种衍生品种的8051单片机　7
1．7．1　STC系列单片机　7
1．7．2　C8051F×××单片机　8
1．7．3　ADμC812单片机　9
1．7．4　台湾华邦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　9
1．8．1　PIC系列单片机　9
1．8．2　AVR系列单片机　10
1．9　其他的嵌入式处理器简介　11
1．9．1　嵌入式DSP处理器　11
1．9．2　嵌入式微处理器　12
思考题及习题　12
第　2章 AT89S51单片机片内硬件结构　14
2．1　AT89S51单片机的片内硬件结构　14
2．2　AT89S51的引脚功能　15
2．2．1　电源及时钟引脚　15
2．2．2　控制引脚　16
2．2．3　并行I/O口引脚　17
2．3　AT89S51的CPU　18
2．3．1　运算器　19
2．3．2　控制器　20
2．4　AT89S51单片机存储器的结构　20
2．4．1　程序存储器空间　21
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　25
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　29
2．6　时钟电路与时序　30
2．6．1　时钟电路设计　30
2．6．2　机器周期、指令周期与指令时序　31
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　AT89S51单片机的最小应用系统　33
2．9　看门狗定时器（WDT）的使用　34
2．10　低功耗节电模式　35
2．10．1　空闲模式　36
2．10．2　掉电运行模式　36
2．11　AT89S52单片机与AT89S51单片机的差异　37
2．11．2　AT89S52的引脚　37
2．11．3　AT89S52单片机的存储器结构　38
思考题及习题　41
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
3．2．3　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　55
3．2．6　C51的数组　61
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　65
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　67
3．3．6　宏定义与文件包含　67
3．3．7　库函数　68
思考题及习题　68
开发与仿真工具　70
4．1　Keil C51的使用　70
4．1．1　Keil C51简介　70
4．1．2　基本操作　70
4．1．3　添加用户源程序文件　72
4．1．4　程序的编译与调试　75
4．1．5　项目的设置　77
4．2　Proteus虚拟仿真工具介绍　80
4．2．1　Proteus功能简介　80
4．2．2　Proteus ISIS的虚拟仿真　80
4．2．3　Proteus的各种虚拟仿真调试工具　87
4．2．4　虚拟设计仿真举例　91
思考题及习题　97
5．1　单片机控制发光二极管显示　98
5．1．1　单片机与发光二极管的连接　98
5．1．2　I/O端口的编程控制　99
5．2　开关状态检测　102
5．2．1　开关检测案例1　102
5．2．2　开关检测案例2　103
5．3　单片机控制LED数码管的显示　104
5．3．1　LED数码管的显示原理　104
5．3．2　LED数码管的静态显示与动态显示　107
5．4　单片机控制LED点阵显示器显示　110
5．4．1　LED点阵显示器的结构与显示原理　110
5．4．2　控制16×16 LED点阵显示屏的案例　111
5．5．1　LCD 1602液晶显示模块简介　114
5．6．1　引脚及显示原理　124
5．6．2　控制命令　125
5．6．3　单片机控制LCD12864显示的案例　127
5．7　键盘接口设计　131
5．7．1　键盘接口设计应解决的问题　132
5．7．2　独立式键盘接口设计案例　133
5．7．3　矩阵式键盘的接口设计案例　139
5．7．4　非编码键盘扫描方式的选择　141
思考题及习题　152
中断系统的工作原理及应用　154
6．1　AT89S51中断技术概述　154
6．2　AT89S51中断系统结构　154
6．2．1　中断请求源　155
6．2．2　中断请求标志寄存器　155
6．3　中断允许与中断优先级的控制　156
6．3．1　中断允许寄存器IE　157
6．3．2　中断优先级寄存器IP　157
6．4　响应中断请求的条件　158
6．5　外部中断的响应时间　159
6．6　外部中断的触发方式选择　160
6．6．1　电平触发方式　160
6．6．2　跳沿触发方式　160
6．7　中断请求的撤销　160
6．8　中断函数　161
6．9　中断系统应用举例　163
6．9．1　单一外中断的应用　163
6．9．2　两个外中断的应用　164
6．9．3　中断嵌套的应用　166
6．10　AT89S52与AT89S51中断系统的差别　167
6．10．1　中断请求源的差别　167
6．10．2　中断请求标志寄存器的差别　168
思考题及习题　170
定时器/计数器的工作原理及应用　172
7．1　定时器/计数器的结构　172
7．1．2　定时器/计数器控制寄存器TCON　173
7．2　定时器/计数器的4种工作方式　174
7．2．1　方式0　174
7．2．2　方式1　175
7．2．3　方式2　175
7．2．4　方式3　176
7．4　定时器/计数器T0、T1的编程应用　178
7．4．1　P1口控制8只LED每0．5s闪亮一次　178
7．4．2　计数器的应用　179
7．4．3　控制P1．0产生周期为2ms的方波　181
7．4．4　利用T1控制发出1kHz的音频信号　182
7．4．5　LED数码管秒表的制作　184
7．4．7　LCD时钟的设计　188
7．5　AT89S52新增定时器/计数器T2简介　190
7．5．1　T2的特殊功能寄存器T2CON和T2MOD　190
7．5．2　T2的16位自动重装载方式　192
7．5．3　T2的捕捉方式　194
思考题及习题　197
串行口的工作原理及应用　199
8．1　串行通信基础　199
8．1．1　并行通信与串行通信　199
8．1．2　同步通信与异步通信　200
8．1．3　串行通信的传输模式　201
8．1．4　串行通信的错误校验　201
8．2　串行口的结构　202
8．2．1　串行口控制寄存器SCON　202
8．2．2　特殊功能寄存器PCON　203
8．3　串行口的4种工作方式　204
8．3．1　方式0　204
8．3．2　方式1　208
8．3．3　方式2　210
8．3．4　方式3　211
8．4　多机通信　211
8．5　波特率的制定方法　212
8．5．1　波特率的定义　213
8．5．2　定时器T1产生波特率的计算　213
8．6　串行口应用设计案例　214
8．6．2　方式1的应用设计　217
8．6．3　方式2和方式3的应用设计　223
8．6．4　多机通信的应用设计　225
8．6．5　单片机与PC串行通信的设计　231
思考题及习题　237
单片机系统的并行扩展　239
9．1　系统并行扩展技术　239
9．1．1　系统并行扩展结构　239
9．1．2　地址空间分配　241
9．1．3　外部地址锁存器　243
9．2　外部数据存储器的并行扩展　244
9．2．1　常用的静态RAM（SRAM）芯片　244
9．2．2　读写片外RAM的操作时序　245
9．2．3　并行扩展数据存储器的设计　246
9．3　片内Flash存储器的编程　250
9．3．1　使用通用编程器的程序写入　250
9．3．2　使用下载线的ISP编程　251
9．4　E2PROM的并行扩展　251
9．4．1　并行E2PROM芯片简介　252
9．5　AT89S51扩展并行I/O芯片82C55的设计　253
9．5．1　I/O接口扩展概述　253
9．5．2　并行I/O芯片82C55简介　254
9．5．3　82C55的3种工作方式　258
9．5．4　AT89S51单片机与82C55的接口设计　262
9．6　利用74LSTTL电路扩展并行I/O口　264
9．7．1　用74LS165扩展并行输入口　265
9．7．2　用74LS164扩展并行输出口　266
思考题及习题　267
第　10章 AT89S51单片机系统的串行扩展　269
10．1　单总线串行扩展　269
10．2　SPI总线串行扩展　275
10．3　I2C总线的串行扩展　276
10．3．1　I2C串行总线系统的基本结构　276
10．3．2　I2C总线的数据传送规定　277
10．3．3　AT89S51的I2C总线扩展系统　280
10．3．4　I2C总线数据传送的模拟　281
思考题及习题　290
第　11章 AT89S51单片机与DAC、ADC的接口　292
11．1　单片机扩展DAC概述　292
11．2　单片机扩展并行8位DAC0832的设计　293
11．2．1　DAC0832简介　293
11．2．3　案例设计：波形发生器的制作　296
11．3　单片机扩展串行10位DAC—TLC5615　300
11．3．1　串行DAC—TLC5615简介　300
11．4　单片机扩展ADC概述　304
11．5　单片机并行扩展8位A/D转换器ADC0809　305
11．6　单片机扩展串行8位A/D转换器TLC549　311
11．6．1　TLC549的特性及工作原理　311
11．7．1　TLC2543的特性及工作原理　314
思考题及习题　319
第　12章单片机各种应用设计　321
12．1　单片机控制步进电机的设计　321
12．2　单片机控制直流电机　323
12．3　频率计的制作　325
12．4　电话机拨号的模拟　328
12．5　8位竞赛抢答器设计　333
思考题及习题　344
第　13章功率接口设计　345
13．2　单片机与光电耦合器的接口　347
13．3　单片机与继电器的接口　350
13．4　单片机与晶闸管的接口　352
13．4．1　单向晶闸管　352
13．4．2　双向晶闸管　352
13．4．3　光耦合双向晶闸管驱动器　352
13．5．1　集成功率电子开关TWH8751简介　355
13．6　单片机与固态继电器的接口　356
13．6．1　固态继电器的特性与分类　356
13．6．2　固态继电器的应用　357
13．7　低压开关量信号输出技术　360
思考题及习题　360
14．1　干扰的来源　362
14．2　供电系统干扰及其抗干扰措施　363
14．2．1　电源噪声来源、种类及危害　363
14．2．2　供电系统的抗干扰设计　363
14．3　过程通道干扰的抑制措施—隔离　364
14．3．1　光电隔离的基本配置　364
14．3．2　光电隔离的实现　365
14．4　空间干扰及抗干扰措施　366
14．4．1　接地技术　367
14．4．2　屏蔽技术　368
14．5　反电势干扰的抑制　369
14．6　印制电路板的抗干扰设计　370
14．6．1　地线及电源线设计　370
14．6．2　去耦电容的配置　371
14．7　软件抗干扰措施　372
14．7．1　软件抗干扰的一般方法　372
14．7．2　软件滤波　372
思考题及习题　374
第　15章单片机应用系统的设计与调试　376
15．1　单片机应用系统的设计步骤　376
15．2　单片机应用系统设计　377
15．2．1　硬件设计应考虑的问题　377
15．2．2　典型的单片机应用系统　378
15．2．3　系统设计中的总线驱动　379
15．2．4　软件设计考虑的问题　381
15．3　单片机应用系统的仿真开发与调试　381
思考题及习题　385
附录A　386
基础实验题目　386
实验1　单片机I/O口实验——LED流水灯　386
实验2　单个外部中断实验　386
实验3　中断嵌套实验　387
实验4　定时器/计数器的定时实验　387
实验5　定时器/计数器的计数器实验　387
实验6　串口方式0扩展并行输出口实验　388
实验7　串行口方式0扩展并行输入口实验　388
实验8　双单片机串行通信　389
实验9　扩展82C55并行I/O实验　390
实验10　独立式键盘实验　390
实验11　矩阵式键盘扫描实验　391
实验13　DAC0832的D/A转换实验　392
实验14　ADC0809的A/D转换实验　392
附录B　394
课程设计题目　394
题目1　节日彩灯控制器的设计　394
题目2　单一外中断的应用　394
题目3　LED数码管秒表的制作　395
题目4　音乐音符发生器的制作　395
题目5　用定时器设计的门铃　396
题目6　控制数码管循环显示单个数字　396
题目7　基于DS18B20的数字温度计设计　396
题目9　电话键盘及拨号的模拟　398
题目10　双机串行口方式1单工通信　398
题目11　数码管显示4×4 矩阵键盘的键号　399
题目12　波形发生器的制作　399
题目13　频率计的制作　399
题目14　数字电压表设计　400
题目16　单片机控制16×16 阵列LED的显示　401
题目17　直流电机控制实验　402
题目18　步进电机控制实验　402
附录C　406
头文件 LCD1602．h 清单　406
附录D　408
头文件 DS1302．h 清单　408
参考书目　412

单片机原理及接口技术（C51编程）（ 微课版 第3版）

单片机原理及接口技术（C51编程）（微课版第3版）