單片機原理及接口技術（微課版 第3版）

本書詳細介紹了美國Atmel公司的AT89S51單片機的硬體結構與工作原理、8051組合語言指令系統，並從應用設計的角度介紹了AT89S51單片機的各種硬體擴展介面設計、介面驅動程式設計，以及AT89S51單片機應用系統設計，同時給出較多的典型設計案例。另外，本書還對AT89S51單片機應用系統設計中的各種器件加以介紹。

本書配有PPT課件、教學大綱、教學設計、基礎實驗題目、基礎實驗指導、思考題及習題答案、模擬試卷及答案、課程設計題目及要求、擴充學習資料等教學資源，用書老師可在人郵教育社區免費下載使用。本書可作為各類工科院校電子技術、工業自動化、電腦、自動控制、智慧型儀器器儀錶、電氣工程、機電一體化等專業單片機課程教材，也可供從事單片機應用設計的工程技術人員參考。

第1章　單片機概述　1
1.1　單片機簡介　1
1.2　單片機的發展歷史　2
1.3　單片機的特點　2
1.4　單片機的應用　3
1.5　單片機的發展趨勢　3
1.6　MCS-51系列與AT89S5x系列單片機　4
1.6.1　MCS-51系列單片機　5
1.6.2　8051內核單片機與AT89S5x系列單片機簡介　5
思考題及習題　6

第2章 AT89S51單片機的片內硬體結構　7
2.1　AT89S51單片機的硬體組成　7
2.2　AT89S51的引腳功能　8
2.2.1　電源引腳和時鐘引腳　9
2.2.2　控制引腳　9
2.2.3　並行I/O口引腳　10
2.3　AT89S51的CPU　11
2.3.1　運算器　11
2.3.2　控制器　12
2.4　AT89S51單片機記憶體的結構　13
2.4.1　程式記憶體空間　13
2.4.2　資料記憶體空間　14
2.4.3　特殊功能寄存器　15
2.4.4　位位址空間　17
2.5　AT89S51單片機的並行I/O埠　19
2.5.1　P0口　19
2.5.2　P1口　20
2.5.3　P2口　21
2.5.4　P3口　21
2.6　時鐘電路與時序　22
2.6.1　時鐘電路設計　23
2.6.2　時鐘週期、機器週期、運算速度與指令時序　24
2.7　重定操作和重定電路　24
2.7.1　復位操作　24
2.7.2　重定電路設計　25
2.8　AT89S51單片機的 小應用系統　26
思考題及習題　26

第3章　8051指令系統與程式設計基礎　28
3.1　指令系統概述　28
3.2　指令格式　28
3.3　指令系統的定址方式　29
3.4　8051指令系統分類介紹　31
3.4.1　資料傳送類指令　32
3.4.2　算數運算類指令　36
3.4.3　邏輯操作類指令　40
3.4.4　控制轉移類指令　43
3.4.5　位元元操作類指令　45
3.5　8051指令匯總　47
3.6　某些指令的說明　50
3.7　8051組合語言程式設計基礎　52
3.7.1　程式設計語言概述　52
3.7.2　組合語言語句和格式　52
3.7.3　虛擬指令　54
3.7.4　組合語言來源程式的彙編　56
3.8　8051組合語言程式設計舉例　57
3.8.1　副程式的設計　57
3.8.2　查表程式設計　58
3.8.3　分支轉移程式設計　60
3.8.4　迴圈程式設計　62
思考題及習題　63

第4章　AT89S51單片機的中斷系統　64
4.1　AT89S51中斷技術概述　64
4.2　AT89S51中斷系統結構　64
4.2.1　插斷要求源　65
4.2.2　插斷要求標誌寄存器　65
4.3　中斷允許與中斷優先順序的控制　66
4.3.1　中斷允許寄存器IE　66
4.3.2　中斷優先順序寄存器IP　68
4.4　回應插斷要求的條件　70
4.5　外部中斷的回應時間　71
4.6　外部中斷的觸發方式選擇　71
4.6.1　電平觸發方式　71
4.6.2　跳沿觸發方式　71
4.7　插斷要求的撤銷　71
4.8　中斷服務副程式的設計　72
思考題及習題　75

第5章　單片機與開關/鍵盤以及顯示器件的介面設計　76
5.1　單片機控制發光二極體的顯示　76
5.1.1　單片機與發光二極體的連接　76
5.1.2　單片機I/O埠控制發光二極體的程式設計　77
5.2　開關狀態檢測　78
5.3　單片機控制LED數碼管的顯示　79
5.3.1　LED數碼管顯示原理　79
5.3.2　LED數碼管的顯示方式　81
5.3.3　LED數碼管靜態顯示設計　82
5.3.4　LED數碼管動態顯示設計　83
5.4　單片機控制LED點陣顯示器顯示　85
5.4.1　LED點陣顯示器結構與顯示原理　85
5.4.2　控制16×16 LED點陣顯示器的設計　86
5.5　單片機控制LCD1602液晶顯示器的顯示　90
5.5.1　LCD1602液晶顯示模組簡介　90
5.5.2　單片機控制字元型LCD1602的顯示案例　94
5.6　鍵盤介面設計　97
5.6.1　鍵盤介面設計應解決的問題　97
5.6.2　獨立式鍵盤的設計　98
5.6.3　矩陣式鍵盤的設計　101
思考題及習題　104

第6章　AT89S51單片機的計時器/計數器　105
6.1　計時器/計數器的結構　105
6.1.1　工作方式控制寄存器TMOD　106
6.1.2　計時器/計數器控制寄存器TCON　106
6.2　計時器/計數器的4種工作方式　107
6.2.1　方式0　107
6.2.2　方式1　108
6.2.3　方式2　108
6.2.4　方式3　109
6.3　對外部輸入的計數信號的要求　111
6.4　計時器/計數器的程式設計和應用　111
6.4.1　方式1的應用　111
6.4.2　方式2的應用　113
6.4.3　方式3的應用　116
思考題及習題　118

第7章　AT89S51單片機的串列口　119
7.1　串列通信基礎　119
7.1.1　並行通信與串列通信　119
7.1.2　同步串列通信與非同步串列通信　120
7.1.3　串列通信的傳輸模式　121
7.1.4　串列通信的錯誤校驗　121
7.2　串列口的結構　122
7.2.1　串列口控制寄存器SCON　122
7.2.2　特殊功能寄存器PCON　124
7.3　串列口的4種工作方式　124
7.3.1　方式0　124
7.3.2　方式1　126
7.3.3　方式2　128
7.3.4　方式3　130
7.4　多機通信　130
7.5　串列傳輸速率的設置方法　131
7.5.1　串列傳輸速率的定義　131
7.5.2　計時器T1產生串列傳輸速率的計算　131
7.6　串列口的應用　133
7.6.1　串列通信介面標準　133
7.6.2　串列通信介面設計需要考慮的問題　136
7.6.3　雙機串列通信軟體程式設計　136
思考題及習題　141

第8章　AT89S51單片機外部記憶體的並行擴展　142
8.1　系統並行擴展結構　142
8.2　記憶體位址空間分配和外部位址鎖存器　143
8.2.1　記憶體位址空間分配　143
8.2.2　外部位址鎖存器　147
8.3　靜態RAM的並行擴展　148
8.3.1　常用的靜態RAM（SRAM）晶片　148
8.3.2　片外RAM的讀寫操作時序　149
8.3.3　AT89S51單片機與片外RAM的介面設計與軟體程式設計　151
8.4　片內Flash記憶體的程式設計　153
8.4.1　使用通用程式設計器的程式寫入　154
8.4.2　使用下載線的ISP　155
思考題及習題　155

第9章　單片機系統的並行擴展技術　157
9.1　I/O介面並行擴展　157
9.1.1　擴展的I/O介面的功能　157
9.1.2　I/O埠的編址　158
9.1.3　I/O資料的傳送方式　158
9.1.4　I/O介面晶片　159
9.2　AT89S51單片機擴展I/O介面晶片82C55的設計　159
9.2.1　82C55簡介　159
9.2.2　工作方式選擇控制字及埠PC置位/復位控制字　161
9.2.3　82C55的3種工作方式　162
9.2.4　AT89S51單片機與82C55的介面設計　166
思考題及習題　168

第10章 單片機系統的串列擴展技術　169
10.1　單匯流排串列擴展　169
10.1.1　單匯流排系統的典型應用——DS18B20的溫度測量系統　169
10.1.2　單匯流排DS18B20溫度測量系統的設計　172
10.2　SPI匯流排串列擴展　176
10.3　I2C匯流排串列擴展　177
10.3.1　I2C匯流排系統的基本結構　178
10.3.2　I2C匯流排的資料傳送規定　178
10.3.3　AT89S51的I2C匯流排系統擴展　181
10.3.4　I2C匯流排資料傳送的類比　182
思考題及習題　184

第11章 AT89S51單片機與DAC、ADC的介面　185
11.1　單片機擴展DAC概述　185
11.2　單片機擴展並行8位元DAC0832的介面設計　186
11.2.1　DAC0832簡介　186
11.2.2　AT89S51單片機與DAC0832的介面設計　188
11.3　單片機擴展ADC概述　192
11.4　單片機擴展並行8位元ADC0809的介面設計　193
11.4.1　ADC0809簡介　193
11.4.2　AT89S51單片機與ADC0809的介面設計　194
思考題及習題　197

第12章 其他常用的介面設計　198
12.1　步進電機的控制　198
12.1.1　控制步進電機的工作原理　198
12.1.2　控制步進電機的設計案例　199
12.2　直流電機的控制　200
12.2.1　控制直流電機的工作原理　201
12.2.2　控制直流電機的設計案例　201
12.3　基於時鐘/日曆晶片DS1302的電子鐘的介面設計　203
12.3.1　DS1302的工作原理　203
12.3.2　DS1302的應用設計案例　206
思考題及習題　212

第13章 單片機應用系統的設計　213
13.1　單片機應用系統的設計步驟　213
13.2　單片機應用系統的設計　214
13.2.1　硬體設計應考慮的問題　214
13.2.2　典型的單片機應用系統　215
13.2.3　系統設計中的匯流排驅動　216
13.2.4　軟體設計應考慮的問題　218
13.2.5　軟體的總體框架設計　218
思考題及習題　219

參考文獻　220

張毅剛
 
哈爾濱工業大學教授，精品課《單片機原理》、精品資源分享課《單片機原理》、首批精品線上開放課程《單片機原理》、本科課程負責人。黑龍江省教學名師獎獲得者，全國高校網路培訓中心《單片機原理》骨研修班特聘主講教授。主持並獲得教材二等獎1項，省高等教育教學成果一等獎2項，二等獎2項。獲教學成果一等獎1項（排名3）。主編出版普通高等教育“十五”規劃教材1本、“十一五”規劃教材2本、“十二五”普通高等教育本科規劃教材2本。主要科研方向為自動化測試技術。參加多項科研專案，獲科技進步二等獎1項，部委科技進步獎6項。