单片机原理与应用

出版时间：2012-7  出版社：电子工业出版社  作者：朱兆优，陈坚，邓文娟　编著  页数：382  字数：714000  

前言

推　荐　序　　21世纪全球全面进入了计算机智能控制/计算时代，而其中的一个重要方向就是以单片机为代表的嵌入式计算机控制/计算。由于最适合中国工程师/学生入门的8051单片机已有30多年的应用历史，绝大部分工科院校均有此必修课，有几十万名对该单片机十分熟悉的工程师可以相互交流开发/学习心得，有大量的经典程序和电路可以直接套用，从而大幅降低了开发风险，极大地提高了开发效率，这也是STC宏晶科技基于8051系列单片机产品的巨大优势。　　Intel 8051技术诞生于20世纪70年代，不可避免地面临着落伍的危险，如果不对其进行有效的创新，我国的单片机教学与应用就会陷入被动局面。本书在系统介绍了基于8051内核单片机原理和编程规范基础上，顺应现实形势，站在教学高度，结合实际对现有的单片机教材进行了有益改良，淘汰了一些过时的教学内容，补充了单片机的新技术(如串行总线接口技术)，增加了STC宏晶科技最新推出的STC15F2K60S2系列单片机内容的讲授。由于STC15F2K60S2系列单片机采用Flash技术(可反复编程10万次以上)和ISP/IAP(在系统可编程/在应用可编程)技术，完全兼容8051，但指令执行速度最快提高了24倍；针对抗干扰进行了专门设计，具有超强抗干扰能力，并有特别加密设计，无法解密；同时，片内集成了A/D、CCP/PCA/PWM、高速同步串行通信端口SPI、高速异步串行通信端口UART、双串口、看门狗、大容量SRAM、E2PROM(Data Flash)和大容量Flash程序存储器，定时器最多可达6个，片内高可靠复位电路可彻底省掉外部复位，内部高精准时钟可彻底省掉外部昂贵的晶振，使单片机应用系统设计真正步入“单片”时代。　　如今的高性能单片机，内部都集成了丰富的硬件资源。因此，在单片机应用系统设计中，应逐步摒弃多芯片设计方法，转变传统单片机应用系统的设计思路，充分利用单片机内部资源开发新产品、掌握新技术，提高系统的可靠性和稳定性。也正是这些高性能单片机的不断推出，使智能电子产品的小型化、袖珍式设计变为可能。　　本书作者朱兆优老师长期从事单片机应用系统设计和项目开发工作，在8051单片机应用中积累了丰富的教学经验和实践能力，从而保证本书内容的理论性、实践性、前瞻性于一体。本书的特点是准确把握了单片机发展的脉络，精简或摒弃了很多已淘汰的并行器件(如8255、8155、8279、0809等)的扩展，对比较实用的串行总线技术、串行总线器件接口应用做了必要的补充，对新型高性能STC15F2K60S2系列单片机进行了系统讲述与实践应用，对ASM编程、C语言编程和混合编程技术也进行了实例展示，使之兼有时代感、大融合和创新性。本书配有简单实用的单片机应用开发板，为单片机应用开发提供了众多典型教学案例和实践应用，可有效保证单片机教学的时效性和实用性，对提升单片机教学水平、教学效果有诸多益处。　　最后，感谢Intel公司发明了经久不衰的8051体系结构，感谢朱兆优教授编写出版的新书，从而保证了中国30多年来的单片机教学与世界同步。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　STC创始人：姚永平　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　www.STCMCU.com 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2012.6前　　言　　自1972年Intel公司推出第一款微处理器以来，计算机技术遵循着摩尔定律，以每18个月为一个周期微处理器性能提高一倍、价格降低一半的速度快步向前发展。以微处理器为核心的微型计算机在最近20年中发生了巨大的变化，经历了从8088/8086到286、386、486、586、PⅡ、PⅢ等系列众多CPU的飞跃。计算机对整个社会进步的影响有目共睹，其应用面的迅速拓宽，对个人与社会多方面的渗透表明，计算机技术已不再是深踞于高层次科技领域里的宠儿，它已经深入到社会活动的一切领域之中，闯进了平常百姓的生活里，使人们跨入信息时代、数字时代。　　随着电子技术的发展和近代超大规模集成电路的出现，通过对计算机的功能部件进行剪裁及优化，将CPU、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、并行I/O口(PIO)、串行I/O口(SIO)、定时/计数器(CTC)及中断控制器(ICU)等基本部件集成在一块芯片中，制成了单芯片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，简称单片机，又称为微控制器(Micro Controller Unit，MCU)。由于它能嵌入到某个电路或电子产品设备中，也称为嵌入式控制器(Embedded Controller)。要把前面提到的众多功能集合在一起，在过去需要具备专门的知识，采用很多电路组建成一个电子系统来实现。而今却简化成只需选择一片合适的单片机，并对其已有的功能、指标、参数及引脚进行合理的使用即可完成。单片机与可编程逻辑器件相结合，构成了新一代电子工程应用技术。　　20世纪90年代，单片机在我国迅速普及。在电子技术日新月异的今天，在人们的生活里，到处都可以看到单片机的具体应用。单片机可以嵌入到各种电子产品之中，成为机电产品的核心部件，控制着各种产品的工作。随着大规模集成电路的发展，单片机已从过去的单一品种，发展成为多品种、多系列机型，内部结构从过去的基本部件发展到集成有A/D、D/A、监控定时器(WDT)、通信控制器(CCU)、脉宽调制器(PWM)、浮点运算器(FPU)、模糊控制器(FCU)、数字信号处理器(DSP)，以及具有I2C、SPI、ISP等众多特殊功能部件，成为功能越来越强的增强型、高档型单片机。由于单片机具有功能强、体积小、功耗低、成本低、裸机编程、软件代码少、工作可靠、自动化程度高、实时响应速度快、使用方便等特点，因此被广泛应用于工业制造、过程控制、数据采集、通信、智能化仪器仪表、汽车、船舶、航空航天、军工及消费类电子产品中。　　由单片机作为主控制器的全自动洗衣机、高档电风扇、电子厨具、变频空调、遥控彩电、摄像机、VCD/DVD机、组合音响、电子琴等产品早已进入了人们的生活。从家用消费类电器到复印机、打印机、扫描仪、传真机等办公自动化产品；从智能仪表、工业测控装置到CT、MRI、γ刀等医疗设备；从数码相机、摄录一体机到航天技术、导航设备、现代军事装备；从形形色色的电子货币(如电话卡、水电气卡)到身份识别卡、门禁控制卡、档案管理卡以及相关读/写卡终端机等，都有单片机在其中扮演重要角色。因此有人说单片机“无处不在，无所不能”。　　现今，炙手可热的“三网”(即电信网、有线电视网、国际互联网)融合产品、物联科技已开始兴起；在汽车中普遍都需要有30多个单片机被用于其中的空调、音响、仪表盘、自动窗、遥控门、自控前后盖、空气质量监测、反射镜角度调整、自动灭火、防盗报警等的控制，协调控制着发动机、传动器、制动器、安全气囊、车载全球定位系统(GPS)等有条不紊地工作；此外，还有工业自动化控制和军事科技等。这些领域的应用开发都还存在很多技术问题尚要解决，这正是电子技术人员可以大展拳脚的领域。　　从学习的角度，单片机作为一个完整的数字处理系统，具备了构成计算机的主要单元部件，在这个意义上称为单片微机并不过分。通过学习和应用单片机进入计算机硬件设计之门，可达到事半功倍的效果。 　　从应用的角度，单片机是一片大规模集成电路，可自成一体，对于其他微处理器所需的大量外部器件的连接都在单片机内部完成，各种信息传递的时序关系变得非常简单，易于理解和接受。用单片机实现某个特定的控制功能十分方便。　　从设计思想的角度，单片机的应用意味着“从以硬件电路设计为主的传统设计方法向以软件设计为主、对单片机内部资源及外部引脚功能加以利用的设计方法的转变”，从而使硬件成本大大降低，设计工作灵活多样。往往只需改动部分程序，就可以增加产品功能，提高产品性能。　　单片机技术的功效神奇，有时也给人一种神秘莫测、难于驾驭之感。究其原因，很多初学者不太重视实践，缺乏行之有效的经验总结，缺乏将分散的实践经验上升到知识的理解层面。其实，如果从应用的角度来看，单片机既不神秘，也不难驾驭。单片机课程是一门实践性、综合性、应用性很强的课程，初学者应树立在学中“做”，在做中“学”的思想。先学习单片机硬件结构、存储结构、指令系统及中断系统，然后不断地进行编程练习，通过实验提升技能，加深理解，结合单片机最小系统板或开发板等实物进行硬件编程控制，提高动手能力。如此循序渐进、举一反三，才会有“登堂入室”之感，才能逐步将单片机应用于各种场合中以解决实际问题。　　总之，单片机不同于通用微型计算机，它能够灵活嵌入到各类电子产品中，使电子产品具备智能化和“傻瓜”化操作，已经成为电子自动化技术的核心基础。因此，学习单片机非常有必要。　　由于目前的单片机教材大多是沿用20世纪80年代的内容，使用的芯片(如8031)过于陈旧，很多学生学完单片机课程后，到工作单位从事实际的单片机系统设计时总感觉学无所用，而且脱离实际。现在，单片机的应用已真正步入“单片”时代。单片机内部集成的功能部件越来越多，功能越来越强，对单片机应用系统的设计已很少采用外部的并行总线扩展RAM和ROM，而是采用选择包含不同存储容量的单片机。即使是需要扩展外部RAM存储器，也往往会选用串行I2C、SPI总线扩展技术。对I/O口的扩展也不再使用8255或8155这样的芯片，而是选择具有不同引脚封装的单片机。当需要的I/O口少时，可以选择封装引脚少的单片机(最少的只有8个引脚，含6个I/O口引脚)；若需要的I/O口较多时，可以

内容概要

　　本书系统、全面地介绍了基于8051内核单片机的基本原理、硬件结构、指令系统，并从应用的角度介绍了汇编语言程序设计、单片机外部电路的扩展，以及与键盘、LED显示、LCD显示、打印机等多种硬件接口的设计方法，详细介绍了串行、并行接口的A/D、D/A转换器功能特点和典型应用，STC15F2K60S2系列增强型单片机的应用技术、单片机C51程序设计、单片机应用系统设计、Proteus仿真、单片机实验等内容。本书从现实教学和工程实际应用出发，对传统单片机教材内容进行了改良。针对单片机更注重单芯片、少引脚扩展应用，对并行器件、并行总线扩展及8255、8155、8279等已经淘汰的器件进行了精简或摒弃，只着重介绍它们的扩展方法、原理和典型应用，补充了串行总线技术、串行总线器件接口应用、STC15F2K60S2系列单片机体系结构和内部新增功能部件的使用，以及C51编程规范等内容。结构完整，内容丰富，应用实例翔实，实验内容精练，力求做到与市场接轨，与现实同步，既重视原理，更注重实效。
　　本书配有PPT、程序源代码、课程设计指导书等教学资源；为便于实验环节的教学，可为任课教师提供本书设计的单片机实验开发板。

书籍目录

第1章　单片机概述 (1)
　　1.1　什么叫单片机 (1)
　　1.2　单片机的特点 (2)
　　1.3　单片机的发展概况 (2)
　　1.4　单片机主要制造厂家和机型 (3)
　　1.5　8位单片机系列介绍 (4)
　　　　　1.5.1　8051内核的单片机 (4)
　　　　　1.5.2　Motorola内核的单片机 (8)
　　　　　1.5.3　PIC内核的单片机 (8)
　　　　　1.5.4　其他公司8位单片机 (9)
　　1.6　16位和32位单片机系列介绍 (10)
　　　　　1.6.1　16位单片机 (10)
　　　　　1.6.2　32位单片机 (10)
　　1.7　单片机的发展趋势 (11)
　　1.8　单片机的应用领域 (13)
　　1.9　单片机技术主要网站介绍 (14)
　　本章小结 (15)
　　练习与思考题 (15)
第2章　8051单片机体系结构 (16)
　　2.1　8051单片机内部结构 (16)
　　2.2　8051单片机芯片引脚功能 (18)
　　2.3　8051中央处理器 (20)
　　　　　2.3.1　运算器 (20)
　　　　　2.3.2　控制器 (22)
　　　　　2.3.3　程序执行过程 (23)
　　2.4　8051单片机的存储结构 (24)
　　　　　2.4.1　8051单片机的存储器结构 (24)
　　　　　2.4.2　程序存储器 (25)
　　　　　2.4.3　内部数据存储器 (25)
　　　　　2.4.4　特殊功能寄存器 (28)
　　　　　2.4.5　外部数据存储器 (30)
　　2.5　并行输入/输出端口 (31)
　　　　　2.5.1　P0口结构 (31)
　　　　　2.5.2　P1口结构 (33)
　　　　　2.5.3　P2口结构 (33)
　　　　　2.5.4　P3口结构 (34)
　　2.6　单片机的时序与复位操作 (35)
　　　　　2.6.1　时钟电路 (35)
　　　　　2.6.2　CPU的时序 (36)
　　　　　2.6.3　复位电路 (38)
　　　　　2.6.4　复位和复位状态 (40)
　　2.7　单片机的省电工作模式 (41)
　　本章小结 (42)
　　练习与思考题 (42)
第3章　8051单片机指令系统 (44)
　　3.1　指令系统概述 (44)
　　3.2　指令格式 (44)
　　　　　3.2.1　指令的构成 (44)
　　　　　3.2.2　指令格式 (45)
　　　　　3.2.3　指令中常用的符号 (45)
　　3.3　指令系统的寻址方式 (46)
　　3.4　8051单片机指令系统 (50)
　　　　　3.4.1　数据传送类指令 (50)
　　　　　3.4.2　算术操作类指令 (55)
　　　　　3.4.3　逻辑运算与移位指令 (61)
　　　　　3.4.4　控制转移类指令 (64)
　　　　　3.4.5　位操作指令 (69)
　　本章小结 (71)
　　练习与思考题 (71)
第4章　单片机汇编语言程序设计 (74)
　　4.1　汇编语言程序设计概述 (74)
　　　　　4.1.1　计算机编程语言 (74)
　　　　　4.1.2　单片机源程序的汇编 (75)
　　　　　4.1.3　伪指令 (75)
　　　　　4.1.4　汇编程序分段格式 (78)
　　4.2　汇编语言程序设计 (79)
　　　　　4.2.1　基本结构 (79)
　　　　　4.2.2　汇编语言程序设计步骤 (82)
　　　　　4.2.3　程序流程图 (82)
　　4.3　汇编语言程序设计实例 (83)
　　　　　4.3.1　分支转移程序 (83)
　　　　　4.3.2　循环程序 (85)
　　　　　4.3.3　子程序 (86)
　　　　　4.3.4　算术运算程序 (87)
　　　　　4.3.5　逻辑运算程序 (89)
　　　　　4.3.6　数制转换程序 (90)
　　　　　4.3.7　查表程序 (93)
　　　　　4.3.8　关键字查找程序 (95)
　　　　　4.3.9　数据极值查找程序 (96)
　　　　　4.3.10　数据排序程序 (96)
　　本章小结 (98)
　　练习与思考题 (98)
第5章　8051单片机的中断系统 (101)
　　5.1　中断的概念 (101)
　　5.2　8051单片机中断系统结构 (102)
　　　　　5.2.1　中断系统结构 (102)
　　　　　5.2.2　中断源 (102)
　　　　　5.2.3　中断的控制(IE、IP) (104)
　　5.3　中断响应处理过程 (106)
　　　　　5.3.1　中断响应条件 (106)
　　　　　5.3.2　外部中断响应时间 (107)
　　　　　5.3.3　中断请求的撤销 (107)
　　　　　5.3.4　中断返回 (108)
　　　　　5.3.5　中断服务程序编程方法 (108)
　　5.4　外部中断扩充方法 (110)
　　　　　5.4.1　中断和查询结合法 (110)
　　　　　5.4.2　矢量中断扩充法 (110)
　　5.5　中断系统软件设计 (112)
　　5.6　中断系统应用实例 (113)
　　本章小结 (114)
　　练习与思考题 (115)
第6章　8051单片机定时器/计数器
　　　　及应用 (117)
　　6.1　8051单片机定时器/计数器
　　　　 的结构 (117)
　　　　　6.1.1　工作方式控制寄存器
　　　　　　　　TMOD (117)
　　　　　6.1.2　定时器/计数器控制寄存器
　　　　　　　　TCON (118)
　　6.2　定时器/计数器的工作方式 (118)
　　　　　6.2.1　方式0 (118)
　　　　　6.2.2　方式1 (119)
　　　　　6.2.3　方式2 (119)
　　　　　6.2.4　方式3 (120)
　　6.3　定时器/计数器的编程 (121)
　　　　　6.3.1　定时器/计数器的初始化 (121)
　　　　　6.3.2　定时器/计数器的编程实例 (122)
　　6.4　定时器/计数器的应用实例 (125)
　　　　　6.4.1　门控位GATE的应用 (125)
　　　　　6.4.2　简易实时时钟设计 (126)
　　　　　6.4.3　读定时器/计数器 (128)
　　　　　6.4.4　用定时器/计数器作外部
　　　　　　　　中断 (128)
　　本章小结 (129)
　　练习与思考题 (129)
第7章　8051单片机串行口及应用 (131)
　　7.1　单片机串行口结构 (131)
　　　　　7.1.1　串行口的结构 (131)
　　　　　7.1.2　串行口控制寄存器SCON (132)
　　　　　7.1.3　特殊功能寄存器PCON (132)
　　7.2　串行口的工作方式 (133)
　　　　　7.2.1　方式0 (133)
　　　　　7.2.2　方式1 (134)
　　　　　7.2.3　方式2和方式3 (134)
　　7.3　单片机串行通信波特率 (135)
　　　　　7.3.1　波特率的定义 (135)
　　　　　7.3.2　波特率的计算 (135)
　　7.4　串行口的编程应用 (136)
　　　　　7.4.1　串行口做串/并转换 (137)
　　　　　7.4.2　串行口双机通信接口 (137)
　　　　　7.4.3　串行口多机通信接口 (139)
　　本章小结 (140)
　　练习与思考题 (140)
第8章　STC15系列单片机技术应用 (142)
　　8.1　STC15系列单片机性能特点 (142)
　　8.2　STC15系列单片机体系结构 (143)
　　8.3　STC15系列单片机内部存储器 (145)
　　　　　8.3.1　STC15系列单片机内部
　　　　　　　　存储器的使用 (145)
　　　　　8.3.2　单片机ISP/IAP技术 (148)
　　8.4　STC15系列单片机输入/输出口 (151)
　　8.5　STC15系列单片机中断系统 (152)
　　　　　8.5.1　中断系统结构 (153)
　　　　　8.5.2　中断控制寄存器 (154)
　　　　　8.5.3　中断系统应用程序设计 (156)
　　8.6　STC15系列单片机定时器/
　　　　 计数器 (157)
　　　　　8.6.1　定时器/计数器的控制
　　　　　　　　寄存器 (157)
　　　　　8.6.2　定时器/计数器的工作方式 (158)
　　　　　8.6.3　定时器/计数器的编程应用 (158)
　　8.7　STC15系列单片机串行通信 (159)
　　　　　8.7.1　STC15系列单片机串行
　　　　　　　　通信口 (160)
　　　　　8.7.2　SPI同步串行外围接口 (162)
　　8.8　STC15系列单片机片上A/D
　　　　 转换器 (167)
　　　　　8.8.1　片上A/D转换器原理 (167)
　　　　　8.8.2　片上A/D转换器的使用 (169)
　　8.9　STC15系列单片机片上PCA/PWM
　　　　 模块 (170)
　　　　　8.9.1　PCA/PWM模块工作原理 (170)
　　　　　8.9.2　CCP/PCA模块的工作模式 (174)
　　　　　8.9.3　CCP/PCA模块编程使用 (177)
　　8.10　STC15系

章节摘录

版权页：   插图：   2.6.3 复位电路 通过某种方式，使单片机内部各类寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。单片机的复位是由外部的复位电路来实现的，单片机片内复位电路结构如图2—17所示。复位引脚RST通过—个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用做噪声抑制，在每个机器周期的S5P2时刻，复位电路采样一次施密特输出电平，获得内部复位操作所需要的信号。当单片机的时钟电路正常工作后，CPU在RST/VPD引脚上连续采集到两个机器周期的高电平后就可以完成复位操作了，但在实际应用时，复位电平的正脉冲宽度一般应大于1ms。 复位电路通常采用上电复位、手动按键复位和看门狗电路复位三种方式。 （1）上电复位电路 上电复位是最简单的复位电路，在RST复位输入引脚上连接—个电容至Vcc，再连接—个电阻到地即可，如图2—18所示。 上电复位是通过外部复位电路中的电容充放电来实现的，也就是通过电容给RST端输入—个短暂的高电平，此高电平随着VCC对电容充电时间的增加而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为保证单片机能可靠地复位，必须使RST引脚至少保持两个机器周期高电平，CPU在第2个机器周期内执行内部复位操作，以后每—个机器周期重复一次，直至RST端电平变低。

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用户评论 (总计5条)

•   想学STC单片机还是可以看看，新书
•   这本书主要用汇编，书还可以
•   比较浅显的一本51单片机书籍，实用性不强
•   例程都是汇编的，现在都学C了，最好在网上简介中说明全部是汇编程序，买回来才不后悔
•   内容很丰富，讲解的很详细，如果是C语言的就好了