新編單片機原理及應用（第2版）

“單片機原理及應用”是電氣資訊類和機電類專業的必修課程，也是一門實踐性很強的應用技術課程。本書從實際應用出發，將單片機的基本知識與基本原理、C51程式設計、μVision5整合式開發環境、實驗板和典型教學實例有機地結合在一起，體系完整，便於教學和自學。
 
本書內容主要包括單片機概述、51系列單片機的內部硬體結構、指令系統與組合語言程式設計、C51語言程式設計、單片機的中斷和定時系統、串列通信、μVision5整合式開發環境的使用和上機實驗指導等內容。在此基礎上，以國產STC8H系列單片機為例，詳細介紹了擴展功能與介面技術；結合全國大學生電子設計競賽、智慧汽車競賽和創新創業活動，介紹了單片機應用系統設計並給出典型實例。
 
本書論述嚴謹、內容新穎、圖文並茂、注重基本原理和基本概念的闡述、強調理論聯繫實際、突出應用技術和實踐。本書可作為高等學校電氣資訊類和機電類專業本科學生的教材和教學參考書，也可作為從事單片機應用開發的工程技術人員的參考書。

第1章單片機概述1
1.1單片機的概念1
1.2單片機的發展1
1.2.1單片機的發展趨勢2
1.2.2常用單片機的分類2
1.3單片機的應用4
1.3.1單片機的主要特點4
1.3.2單片機的應用領域4
1.4單片機應用系統的開發5
1.4.1單片機應用系統的硬體構成5
1.4.2單片機應用系統的開發過程6
1.5單片機應用系統的開發調試模式7
1.5.1整合式開發環境+模擬器+程式設計器的開發模式7
1.5.2整合式開發環境+ISP/IAP的開發模式8
1.6本課程的性質和任務9
習題9

第2章51系列單片機的硬體結構11
2.1內部總體結構11
2.2引腳定義與功能14
2.3記憶體配置17
2.3.1程式記憶體17
2.3.2外部資料記憶體19
2.3.3內部資料記憶體19
2.3.4特殊功能寄存器21
2.4輸入/輸出介面22
2.4.1P0口22
2.4.2P1口24
2.4.3P2口24
2.4.4P3口24
2.5時鐘電路與時序25
2.5.1時鐘電路25
2.5.2單片機的時序單位26
2.6重定和重定電路26
2.7工作方式27
2.7.1程式執行方式28
2.7.2掉電保護方式28
2.7.380C51的低功耗方式28
習題30

第3章指令系統與組合語言程式設計32
3.1指令概述32
3.1.1指令格式32
3.1.2指令中用到的識別字33
3.2定址方式33
3.2.1即時定位33
3.2.2直接定址34
3.2.3寄存器定址34
3.2.4寄存器間接定址35
3.2.5變址定址35
3.2.6相對定址36
3.2.7位定址36
3.3指令系統36
3.3.1指令系統概述36
3.3.2資料傳送指令37
3.3.3算數運算指令40
3.3.4邏輯操作指令43
3.3.5控制轉移指令44
3.3.6位元操作指令46
3.4虛擬指令47
3.5組合語言程式設計48
3.5.1編寫組合語言程式的基本格式49
3.5.2運算程式50
3.5.3資料的拼拆和轉換51
3.5.4多分支轉移程式52
3.5.5顯示程式53
習題55

第4章C51語言程式設計58
4.1C51語言簡介58
4.1.1C51程式結構58
4.1.2C51程式的編輯和編譯60
4.2C51對C語言的擴展61
4.2.1特殊功能寄存器的定義61
4.2.2資料類型63
4.2.3資料存儲空間的定義63
4.2.4 位址訪問65
4.2.5函數的使用66
4.2.6C51指針69
4.2.7庫函數70
4.2.8關鍵字71
4.3C51使用技巧71
4.3.1C51與組合語言程式介面71
4.3.2C51程式的優化75
4.4C51程式設計方法76
4.4.1C51程式設計的基本過程76
4.4.2問題分析77
4.4.3方案設計78
4.4.4編寫代碼79
4.4.5代碼的調試和測試81
4.4.6C51程式設計範例81
習題83

第5章單片機的中斷與定時系統85
5.1中斷系統85
5.1.1中斷的基本概念85
5.1.2中斷源及插斷要求86
5.1.3中斷系統結構86
5.1.4中斷控制86
5.1.5中斷處理過程89
5.1.6中斷系統的應用91
5.2計時器/計數器介面93
5.2.1計時器/計數器的主要特性93
5.2.2計時器/計數器T0、T1的結構93
5.2.3計時器/計數器的控制寄存器93
5.2.4計時器/計數器的工作方式95
5.2.5計時器/計數器的初始化程式設計及應用99
5.2.6計時器/計數器T2100
5.3中斷及定時系統綜合應用106
習題107

第6章單片機的序列介面及串列通信110
6.1串列通信基礎110
6.1.1非同步串列通信的字元格式110
6.1.2非同步串列通信的信號形式111
6.1.3串列通信的資料通路形式111
6.1.4串列通信的資料傳輸速率111
6.2串列口的結構與工作原理112
6.2.1串列口的結構112
6.2.2串列口的工作原理113
6.3串列口的控制寄存器114
6.3.1串列控制寄存器114
6.3.2電源控制寄存器115
6.3.3中斷允許寄存器115
6.4單片機串列通信的工作方式115
6.4.1串列口工作方式0116
6.4.2串列口工作方式1117
6.4.3串列口工作方式2和方式3121
6.5單片機串列通信介面技術124
6.5.1常用的標準串列通信介面124
6.5.2單片機串列通信介面126
6.5.3單片機與PC通信介面127
6.5.4單片機與電腦通信程式設計128
習題132

第7章STC8H系列單片機硬體結構134
7.1總體結構134
7.2選型表137
7.3引腳定義與功能137
7.4功能腳切換138
7.4.1功能腳切換相關寄存器138
7.4.2寄存器切換引腳功能位的定義138
7.5記憶體配置140
7.5.1程式記憶體140
7.5.2資料記憶體140
7.5.3特殊功能寄存器141
7.6輸入/輸出介面141
7.6.1I/O口結構圖141
7.6.2I/O口配置144
7.6.3I/O口相關寄存器1447.7時鐘、重定與電源管理145
7.7.1系統時鐘控制146
7.7.2內部IRC頻率調整147
7.7.3系統重定148
7.7.4時鐘停振/省電模式與系統電源管理149
7.8IAP/EEPROM150
7.8.1EEPROM相關的SFR150
7.8.2EEPROM的大小及地址152
習題153

第8章STC8H系列的中斷與定時系統155
8.1中斷系統155
8.1.1STC8H系列中斷清單156
8.1.2中斷相關寄存器157
8.1.3中斷允許控制寄存器157
8.1.4插斷要求寄存器160
8.1.5中斷優先順序寄存器163
8.2計時器/計數器介面164
8.2.1計時器的相關寄存器164
8.2.2計時器0/1164
8.2.3計時器2166
8.2.4計時器3/4166
8.2.5掉電喚醒計時器167
8.3綜合應用舉例168
8.3.1跑馬燈程式168
8.3.2電子鐘程式169
8.3.3方波信號發生器程式170
8.3.4開關次數計數程式170
習題171

第9章單片機的介面擴展技術173
9.1脈衝寬度調製技術173
9.1.1脈衝寬度調製技術原理173
9.1.2STC8H系列單片機的PWM寄存器174
9.1.3PWM時基單元195
9.1.4PWM時鐘/觸發控制器203
9.1.5PWM捕獲/比較通道212
9.1.6PWM中斷226
9.2類比量輸入介面技術226
9.2.1A/D轉換原理227
9.2.2STC8H系列單片機A/D介面原理227
9.3類比量輸出介面技術231
9.3.1D/A轉換原理231
9.3.2STC8H系列單片機PWM實現D/A輸出232
9.4綜合應用舉例235
9.4.1帶死區控制的PWM互補輸出235
9.4.2利用ADC 5通道測量外部電壓或電池電壓235
9.4.3利用PWM實現16位DAC236
習題237

第10章單片機串列匯流排擴展技術239
10.1SPI匯流排界面技術239
10.1.1SPI匯流排原理240
10.1.2SPI相關的寄存器241
10.1.3SPI介面的資料通信方式243
10.1.4SPI模組配置244
10.1.5資料模式時序246
10.2I2C匯流排界面技術247
10.2.1I2C匯流排原理248
10.2.2I2C協議249
10.2.3STC8H系列單片機I2C介面原理250
10.3綜合應用舉例258
10.3.1SPI單主單從系統（中斷方式）258
10.3.2I2C主機模式訪問PCF8563259
習題259

第11章專案一溫度控制系統設計實例261
11.1單片機應用系統的開發過程261
11.2可行性分析的主要內容261
11.3系統設計方案262
11.3.1系統的主要功能與性能262
11.3.2硬體結構設計265
11.3.3軟體結構設計266
11.4系統調試267
11.4.1調試工具267
11.4.2硬體調試268
11.4.3軟體調試270
11.4.4模擬調試272
11.4.5現場調試272
11.5溫度控制系統設計274
11.6本章小結278
習題278

第12章專案二基於STC8H8K64的兩輪平衡車設計280
12.1兩輪自平衡車的基本構造280
12.1.1兩輪自平衡車的機體結構280
12.1.2車模簡介280
12.1.3測速感測器的安裝281
12.1.4陀螺儀的安裝282
12.2兩輪自平衡車的控制原理282
12.2.1直立控制原理283
12.2.2速度控制原理283
12.2.3轉向控制原理284
12.3兩輪自平衡車硬體電路設計284
12.3.1控制核心板介紹284
12.3.2電源單元285
12.3.3角度檢測單元286
12.3.4車速檢測單元287
12.3.5直流電機驅動單元288
12.4兩輪自平衡車控制軟體設計289
12.4.1系統初始化290
12.4.2車模角度和角速度的測量291
12.4.3控制策略及控制演算法292
12.5平衡車系統調試296
12.5.1硬體調試296
12.5.2軟體調試296
12.5.3整車調試297
習題300

第13章項目三智慧汽車競賽電磁車實例301
13.1電磁車路徑檢測系統設計301
13.1.1磁場檢測方法301
13.1.2感測器模組設計302
13.1.3信號調理電路303
13.1.4檢測系統設計與調試303
13.2電磁車電機控制系統設計305
13.2.1機電傳動系統305
13.2.2電機驅動電路原理307
13.2.3電機驅動電路設計309
13.2.4電機轉速測量方法315
13.3智慧車控制策略318
13.3.1感測器佈局設計318
13.3.2轉向控制策略320
13.3.3速度控制策略321
13.4尋線行駛演算法實現322
13.4.1定位演算法322
13.4.2基於位置式PID的方向控制323
13.4.3基於增量式PID的速度控制324
13.4.4彎道策略分析324
13.4.5轉向舵機的PID控制演算法326
13.4.6驅動電機的PID控制演算法327
13.5電磁車系統調試327
習題330

第14章μVision5整合式開發環境的使用331
14.1μVision5簡介331
14.1.1μVision5軟體的下載331
14.1.2μVision5軟體的安裝332
14.1.3μVision5軟體工具的介面335
14.2使用μVision5創建自己的應用341
14.2.1添加STC系列單片機資料庫341
14.2.2啟動μVision5並創建一個項目343
14.2.3新建一個原始檔案346
14.2.4為目標設置工具選項347
14.2.5編譯專案並生成HEX檔348
14.3使用μVision5調試應用程式349
14.3.1調試模式的設置350
14.3.2啟動調試模式351
14.3.3常用調試窗口352
14.3.4片上資源的模擬354
14.3.5運行調試圖示356
14.4調試技巧356
14.4.1KeilC51與MDK共存357
14.4.2自訂快速鍵357
14.4.3文本編輯相關設置357
14.4.4代碼格式化工具358
習題360

第15章單片機實驗指導361
15.1STC8H實驗板使用說明361
15.1.1STC8H實驗板外觀圖361
15.1.2STC8H實驗板元器件分佈圖361
15.1.3SC8H實驗板元器件361
15.2實驗輔助軟體介紹363
15.2.1在系 程軟體的使用363
15.2.2stc-isp-15xx-v6.87H串口助手的使用363
15.3實驗指導365
15.3.1實驗一使用μVision設計、調試組合語言程式365
15.3.2實驗二使用μVision設計、調試C51語言程式367
15.3.3實驗三跑馬燈實驗368
15.3.4實驗四單片機計時器/計數器的應用程式設計與調試369
15.3.5實驗五七段數碼管電子鐘顯示實驗370
15.3.6實驗六單片機外部中斷實驗371
15.3.7實驗七矩陣鍵盤實驗371
15.3.8實驗八串列通信實驗373
15.3.9實驗九利用ADC 5通道測量外部電壓或電池電壓375
15.3.10實驗十PWM模組的應用程式設計與調試376
參考文獻377