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单片机原理与应用系统设计

中国水利水电出版社
    【作 者】李云钢 等编著 【I S B N 】978-7-5084-5121-3 【责任编辑】张玉玲 【适用读者群】本科 【出版时间】2008-01-01 【开 本】16开本 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版 【页 数】360 【千字数】 【印 张】 【定 价】34 【丛 书】普通高等教育“十一五”国家级规划教材 【备注信息】
图书详情

    本书系统讲述单片机应用系统设计技术。内容涵盖了MCS-51单片机的系统结构、硬件资源、指令系统和编程技术,单片机的串/并行扩展技术,PIC和ARM系列单片机的原理与应用技术,单片机应用系统设计实例与选题等。书中实例均来源于工程实践,涉及面广、实用性强。

    本书内容丰富、深入浅出、实例新颖、易于掌握,即可作为高等院校自动化、电子工程等专业本科生和研究生的教材,也可作为单片机系统开发人员的技术参考书。

    单片机是最小的计算机,它具有结构简洁、应用方便的优点,是嵌入式系统中普遍使用的核心器件。单片机课程是自动化、机电工程、仪器仪表、电子工程、信息工程、通信工程、光电工程和计算机应用等许多专业学生的必修课程。我们在长期从事单片机应用系统开发工作的基础上,结合多年的单片机课程教学实践,编写了本教材,2004年以来作为内部讲义在本科教学中试用,取得了良好效果。这次在对讲义进行修订的基础上,作为普通高等教育“十一五”国家级规划教材公开出版,希望得到同行的认可和批评指正。

    本教材以最普及的MCS-51单片机为基本内容,同时还介绍PIC系列和ARM系列单片机。单片机品种繁多,其中MCS-51单片机硬件结构清晰,汇编指令可读性强,是目前应用最广泛的单片机,常用作初学的首选,因此本教材以之为基础,介绍单片机的基本概念、内部结构、指令系统、主要资源及开发方法。PIC单片机是采用精简指令集计算机(RISC)技术的单片机的代表,具有指令效率高、抗干扰强、简单实用等优点,是应用十分广泛的另一种8位单片机。而ARM系列单片机则是一种更高级的精简指令集单片机(Advanced RISC Machines)的代表,具有速度快、功耗低、功能强、价格低廉等显著特点,是目前应用极广的32位嵌入式微控制器,在单片机市场上,实际上它已扮演着类似于8位单片机市场上MCS-51的角色。通过这几种单片机的学习,可以让读者了解单片机的全貌。

    本教材共分10章。第1章介绍单片机的基本知识以及单片机应用系统的软件开发过程,第2章介绍MCS-51单片机的系统结构,第3章介绍MCS-51单片机的指令系统及编程技术,第4章主要介绍MCS-51单片机的定时器、异步串口和中断系统的工作方式及其配置与控制方法,第5章介绍MCS-51单片机的并行扩展技术,第6章介绍MCS-51单片机的串行扩展技术,第7章介绍PIC系列单片机的基本原理与应用,第8章介绍ARM系列单片机的基本原理与应用,第9章给出三个具有工程应用背景的单片机应用系统的详细设计实例,第10章给出单片机应用系统设计选题10例,作为单片机应用系统开发的练习实践和设计参考。

    本教材的特点可归纳如下:

    (1)用6章的篇幅重点介绍MCS-51单片机,其资源、开发方法、扩展方法及应用都介绍得非常详细,分别用一章的篇幅介绍PIC单片机和ARM单片机,以拓展知识面。重点突出,内容丰富。

    (2)在讲解单片机原理和资源的同时,还介绍了单片机应用程序的开发方法。介绍了WAVE6000、Keil uVision、MPLAB、IAR EWARM和Qt/Embedded等多种集成开发环境,介绍了单片机的汇编语言和C语言程序的开发,以做到学习和实践的紧密结合。

    (3)结合工程实践,给出了三个具有代表意义的单片机应用系统的开发全过程。在实际系统中,单片机往往只是一小部分,单片机要在其他的背景知识和平台中发生作用。通过这三个实例,可以引导读者在学习中既要注重电路设计和程序设计,还要重视系统设计。

    (4)面向单片机在信号检测、通信、自动控制等领域的应用,给出了大量的实用系统设计选题,可作为单片机应用系统开发的练习实践和设计参考的课题。

    本教材是在整理多年教学讲义的基础上,参考有关公司的技术手册和近年来出版的同类教材著作而写成的,第1、2、3、4、7、10章由李云钢编写,第5、6章由龙志强编写,第8章由邹逢兴编写,第9章由李云钢和邹逢兴共同编写。邹逢兴对全书进行了统稿、修改和最后审查。程虎、张晓、张鼎、陈慧星、柯朝雄、杨祚唐、闫宇壮、张颖、吴志添、王强、王成春等同志在编写过程中付出了大量辛勤劳动,在此深表谢意。

    在我们开展单片机教学和本书编写过程中,北京胜创特电子科技有限公司作为PHILIPS公司在中国的代理商,为我们提供了有关PHILIPS公司单片机产品特别是ARM芯片产品的资料;IAR System 公司为我们提供了多套他们的J-Link ARM 仿真器及参考资料。对于这两个公司的支持和帮助,在此我们也表示衷心感谢。

    由于时间仓促及作者水平有限,书中错误和疏漏之处在所难免,敬请广大读者批评指正。

    编者

    2007年10月

    总序
    前言
    第1章 单片机及其应用系统设计概述 1
    1.1 单片机基本知识 2
    1.1.1 单片机概述 2
    1.1.2 单片机应用系统概述 2
    1.1.3 单片机的分类 3
    1.1.4 单片机系统设计的常用术语 4
    1.2 单片机应用系统开发入门 6
    1.2.1 单片机应用系统的开发方法概述 6
    1.2.2 单片机的集成开发环境 7
    1.2.3 仿真与仿真器 8
    1.2.4 单片机应用程序开发快速入门 11
    思考题与习题 18
    第2章 MCS-51单片机系统结构 19
    2.1 MCS-51系列单片机概述 20
    2.2 MCS-51单片机的总体结构 20
    2.3 MCS-51单片机的中央处理器 22
    2.3.1 概述 22
    2.3.2 时钟电路 23
    2.3.3 复位电路 24
    2.3.4 MCS-51单片机的指令长度与指令周期 26
    2.4 MCS-51单片机的存储器组织 27
    2.4.1 程序存储器 28
    2.4.2 片内RAM数据存储器 29
    2.4.3 特殊功能寄存器 31
    2.4.4 扩展存储器 33
    2.5 MCS-51单片机的端口结构与功能 33
    2.5.1 P1口的结构与功能 35
    2.5.2 P3口的结构与功能 35
    2.5.3 P2口的结构与功能 35
    2.5.4 P0口的结构与功能 36
    2.5.5 端口实验举例 36
    思考题与习题 38
    第3章 MCS-51单片机指令系统及编程技术 39
    3.1 MCS-51汇编指令概述 40
    3.1.1 汇编指令格式及常用符号说明 40
    3.1.2 寻址方式 41
    3.1.3 指令类型 42
    3.2 数据传送指令 42
    3.2.1 内部数据传送指令 42
    3.2.2 外部数据传送指令 44
    3.2.3 查表指令 44
    3.3 算术运算指令 45
    3.3.1 加法指令 45
    3.3.2 减法指令 47
    3.3.3 乘法指令 47
    3.3.4 除法指令 48
    3.4 逻辑运算指令 48
    3.4.1 累加器A的逻辑运算指令 48
    3.4.2 两个操作数的逻辑运算指令 49
    3.5 位操作指令 50
    3.5.1 位变量传送指令 50
    3.5.2 位变量修改指令 50
    3.5.3 位变量逻辑操作指令 50
    3.6 控制转移指令 51
    3.6.1 无条件转移指令 51
    3.6.2 条件转移指令 52
    3.6.3 调用和返回指令 53
    3.7 汇编程序设计举例 53
    3.7.1 查表程序举例 53
    3.7.2 子程序及调用举例 53
    3.7.3 控制转移程序举例 54
    3.7.4 算术运算程序举例 55
    3.7.5 逻辑运算程序举例 56
    3.8 单片机C语言程序开发及设计举例 56
    3.8.1 单片机C语言程序设计概述 56
    3.8.2 基于WAVE6000开发单片机的C语言程序 56
    3.8.3 基于Keil uVision开发单片机C语言程序 57
    3.8.4 MCS-51单片机的C语言编程举例 65
    思考题与习题 70
    第4章 MCS-51单片机的定时器、串口和中断系统 73
    4.1 MCS-51单片机的定时器 74
    4.1.1 定时器T0和T1 74
    4.1.2 定时器T2 77
    4.2 MCS-51单片机的串口 81
    4.2.1 串口的一般概念 81
    4.2.2 MCS-51单片机串口的结构 82
    4.2.3 MCS-51单片机串口的工作方式 83
    4.2.4 多机通信原理 84
    4.2.5 MCS-51单片机串口的波特率 85
    4.2.6 MCS-51单片机串口应用编程实例 86
    4.3 MCS-51单片机的中断系统 87
    4.3.1 MCS-51单片机的中断源 88
    4.3.2 MCS-51单片机的中断控制 88
    4.3.3 MCS-51单片机的中断响应过程 89
    4.3.4 MCS-51单片机的中断编程举例 90
    思考题与习题 93
    第5章 MCS-51单片机系统的并行扩展技术 95
    5.1 单片机并行扩展概述 96
    5.1.1 单片机的外部扩展总线 96
    5.1.2 系统扩展常用芯片 97
    5.1.3 系统扩展的寻址方法 100
    5.2 外部存储器的扩展 101
    5.2.1 程序存储器扩展 101
    5.2.2 数据存储器扩展 103
    5.3 并行I/O接口的扩展 104
    5.3.1 简单的I/O扩展 105
    5.3.2 可编程I/O接口电路的扩展 106
    5.4 键盘与显示器的接口技术 111
    5.4.1 键盘接口技术 111
    5.4.2 显示器接口技术 114
    5.4.3 典型键盘/显示器接口实例 118
    5.4.4 可编程键盘/显示器接口8279 118
    5.5 并行A/D和D/A转换器接口 127
    5.5.1 8位A/D转换器及其与单片机的接口 127
    5.5.2 12位A/D转换器及其与单片机的接口 131
    5.5.3 8位D/A转换器及其与单片机的接口 133
    5.5.4 12位D/A转换器及其与单片机的接口 136
    思考题与习题 138
    第6章 单片机系统串行扩展技术 139
    6.1 单片机串行扩展概述 140
    6.2 I2C总线 140
    6.2.1 I2C总线的基本原理 140
    6.2.2 I2C总线数据传输格式 141
    6.2.3 AT24系列串行E2PROM 143
    6.3 SPI串行外设接口 146
    6.3.1 SPI的基本原理 146
    6.3.2 SPI数据传输格式 147
    6.4 单总线(1-Wire Bus) 148
    6.4.1 单总线的基本原理 148
    6.4.2 单总线的数据传输格式 149
    6.5 串行A/D和D/A转换接口 151
    6.5.1 8位串行A/D转换器TLC0834 151
    6.5.2 12位串行A/D转换器MAX1247 153
    6.5.3 8位串行D/A转换器TLC5620C 156
    6.5.4 12位串行D/A转换器MAX531 158
    思考题与习题 160
    第7章 PIC系列单片机原理与应用 161
    7.1 PIC系列单片机简介 162
    7.1.1 PIC系列单片机的主要特点 162
    7.1.2 PIC系列单片机选型指南 162
    7.2 PIC16C54单片机的硬件结构 166
    7.2.1 PIC16C54单片机的主要资源及引脚功能 166
    7.2.2 中央处理器 168
    7.2.3 存储器结构 171
    7.2.4 特殊功能寄存器 172
    7.2.5 系统配置字 175
    7.2.6 看门狗 175
    7.3 PIC16C5X系列单片机的指令系统 175
    7.3.1 指令格式 176
    7.3.2 寻址方式 177
    7.3.3 PIC16C5X的指令集 177
    7.3.4 PIC16C5X指令详解 179
    7.4 PIC单片机的开发环境 190
    7.4.1 MPLAB简介 190
    7.4.2 MPLAB IDE快速入门 191
    7.5 PIC16C73单片机简介 200
    7.5.1 PIC16C73单片机的内部结构和引脚功能 200
    7.5.2 定时器 204
    7.5.3 CCP模块 206
    7.5.4 A/D转换器 207
    7.5.5 中断系统 209
    思考题与习题 211
    第8章 ARM系列单片机原理与应用 213
    8.1 ARM系列单片机概述 214
    8.1.1 ARM核的结构特性 214
    8.1.2 ARM7系列处理器核简介 215
    8.1.3 常用ARM系列单片机选型指南 215
    8.2 ARM处理器的编程模型 217
    8.2.1 ARM的工作状态与运行模式 217
    8.2.2 ARM的数据类型与存储器格式 217
    8.2.3 内部寄存器组织 218
    8.2.4 异常中断及响应机理 221
    8.3 ARM系列单片机的硬件结构 222
    8.3.1 LPC2212/2214单片机简介 222
    8.3.2 S3C44BOX单片机简介 237
    8.4 ARM系列单片机指令系统及编程 238
    8.4.1 ARM的指令寻址方式 239
    8.4.2 ARM指令集 241
    8.4.3 Thumb指令集及其与ARM指令集的区别 255
    8.4.4 ARM的编程 256
    8.5 ARM系列单片机集成开发环境 259
    8.5.1 IAR EWARM简介 259
    8.5.2 Qt/Embedded简介 272
    思考题与习题 276
    第9章 单片机应用系统设计实例 279
    9.1 基于AT89C52控制的磁悬浮球演示系统 280
    9.1.1 磁悬浮球演示系统的组成与工作原理 280
    9.1.2 磁悬浮球演示系统的硬件电路设计 282
    9.1.3 磁悬浮球演示系统的软件程序设计 284
    9.2 基于PIC16C54的光栅式定位系统 296
    9.2.1 光栅式定位系统的组成及工作原理 296
    9.2.2 光栅式定位系统的硬件电路设计 297
    9.2.3 光栅式定位系统的软件程序设计 298
    9.3 基于LPC2212的三关节机器人控制系统 306
    9.3.1 三关节机器人控制系统的结构与功能 306
    9.3.2 三关节机器人控制系统的硬件电路设计 307
    9.3.3 三关节机器人控制系统的软件设计 315
    第10章 单片机应用系统设计选题 329
    10.1 基于单片机的温度检测系统设计 330
    10.2 基于单片机控制的智能充电器设计 331
    10.3 基于单片机的红外通信系统设计 333
    10.4 基于MCS-51单片机的主从式多机通信系统设计 335
    10.5 CAN总线站点设计与通信实验 337
    10.6 利用单片机和GSM模块实现短消息通信 338
    10.7 基于单片机的安全计算机结构设计与实验 340
    10.8 基于单片机的步进电机控制系统设计 341
    10.9 基于单片机的无刷直流电机调速器设计 342
    10.10 简易MP3播放器设计 345
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