单片机原理及应用设计（第二版）

•采用“任务驱动”的编写方式，引入案例和启发式教学方法

•从标准C起步学习C51，适合短学时的C51授课，内容浓缩精炼

•更新了单片机外围芯片的应用，设计多个综合实践教程供读者参考，提高开发技巧

•各程序实例均有详细的说明和注释，其中许多C函数可作为模块资源加以利用

《单片机原理及应用设计》自2005年7月出版以来，多所高校的相关专业选用了本书，同时也得到了不少高校教师和学生的意见和建议。随着教学改革的需要和发展，教材编制组根据本课程教学内容所提出的一些新要求，制定了第二版修订方案，使本教材在原来的基础上得到进一步的完善。

随着电子技术的发展，单片机在国民经济的各个领域得到了广泛的应用。单片机以体积小、功能全、性价比高等诸多优点，在数据采集、工业控制、家用电器、通信设备、信息处理、航空、航天等各种领域得到广泛应用。目前市场上单片机的品种繁多，单片机功能越来越多，速度越来越快，第一版教材中介绍的有些内容相对陈旧，已经不能够满足读者的需求，为了让读者更好地了解市场上流行单片机的种类及特点，在第二版上增加了此部分内容。由于MCS-51单片机具有结构体系完整、指令系统功能完善和内部寄存器的规范化等特色，与其配套的各类开发系统和各类软件也比较完善，因此在中国的单片机市场上一直是主流芯片，所以在第二版中依然保留了以MCS-51单片机的结构为例学习掌握单片机的应用技术的方法。

本版保留了第一版的组织结构，在此基础上进行了修改和扩充，删去了一些比较浅显和累赘的内容，补充了部分应用实例，同时引入了一些实用技术。修改的主要内容为：将第1章的单片机系统基础知识中的单片机常用逻辑电路一节介绍去掉，增加常用单片机的选择及简介，突出市场流行单片机的介绍；简化了第2章中单片机内部结构的部分不常用电路的介绍；修改了第3章和第4章的部分例题和习题；对于第9章内容作了大幅度的调整，去掉一些目前单片机不常用的外围接口电路的应用（8155A和9279），增加了串行总线芯片的应用（I2C总线、SPI总线）；对于第11章的单片机应用实例内容进行了进一步的优化，选取的例子都是具有代表性的，只给出设计方案，删除了实例的程序；对于第12章的内容进行了更换，将单片机可靠性设计与抗干扰设计换成了单片机常用仿真工具介绍，充分满足实践教学的需求。

修订后本书的特色如下：

（1）面向学习和一般应用，介绍51单片机的典型芯片，在掌握51单片机的使用的同时也了解市场上其他流行单片机的特点，更好的选择单片机进行系统设计；

（2）介绍单片机的常用开发工具和开发手段，特别是对μVision下的调试资源和调试操作进行了较详细的描述；

（3）从标准C起步学习C51，适合短学时的C51授课，内容比较浓缩精炼；

（4）更新了单片机外围芯片的应用，提供了较多的参考资料，设计了多个综合实践教程，供学习者参考，提高开发技巧；

（5）每个程序实例都有详细的说明和注释，其中许多C函数可以作为模块资源来加以利用。

本书共12章，以MCS-51系列单片机为机型，介绍单片机的基础知识、基本原理结构、51指令系统、中断、定时器/计数器、串行通信、C51程序设计、单片机的扩展、应用实例及单片机常用仿真工具等知识。学生通过学习可较全面地掌握单片机的应用技术。本书基本概念突出、逻辑性强、突出实践性环节、结构新颖，注重理论与实际相结合，务求实用。

本教材参考学时为56个，各院校可根据具体情况进行讲授。通过本课程的学习，能使学生在单片机应用技术方面具备一定的实用能力。

本书编写人员都是长期从事单片机教学与科研的教师和工程技术人员，具有丰富的教学和科研经验。本书由胡辉任主编，李叶紫、王晓任副主编。第1、2、5、6章由胡辉编写，第3、4章由李叶紫编写，第7～8章由王晓编写，第9～10章由戴永成编写，第11～12章由李宗睿编写，附录部分由郜文参、孟冬青、李万军编写。全书由胡辉统稿。参加本书大纲讨论的有孟庆敏、李文杰等。参加本书绘图及校对工作的有宗文闯、杜春凯、杨路等。

由于编写时间仓促，编者水平有限，书中难免出现一些错误和不妥之处，恳请广大读者和同仁批评指正。

再版前言

第1章 单片机系统基础知识 1
本章学习目标 1
1.1 概述 1
1.1.1 单片机的基本概念 1
1.1.2 单片机的发展概况 3
1.1.3 单片机的特点和应用 5
1.2 单片机的数制表示法 6
1.2.1 二进制、十进制与十六进制 6
1.2.2 数制的转换 7
1.2.3 原码、反码与补码 8
1.2.4 计算机中常用的编码 10
1.3 常用单片机的选择及简介 13
1.3.1 单片机的选择 13
1.3.2 单片机系列产品简介 14
本章小结 19
习题一 19
第2章 单片机的内部结构及工作原理 21
本章学习目标 21
2.1 单片机的内部结构 21
2.1.1 内部结构 21
2.1.2 引脚定义及功能 23
2.2 单片机的存储器结构 25
2.2.1 内部数据存储器及专用寄存器 25
2.2.2 外部数据存储器 29
2.2.3 程序存储器 30
2.3 单片机并行I/O口 32
2.3.1 P0口的结构及特点 32
2.3.2 P1口的结构及特点 33
2.3.3 P2口的结构及特点 34
2.3.4 P3口的结构及特点 34
2.4 单片机的时钟与时序 35
2.4.1 时钟电路 35
2.4.2 单片机的CPU时序 36
2.5 单片机的工作方式 38
2.5.1 程序执行方式 38
2.5.2 节电工作方式 38
2.5.3 复位 40
本章小结 41
习题二 42
第3章 单片机的指令系统 43
本章学习目标 43
3.1 单片机指令系统概述 43
3.1.1 指令格式 43
3.1.2 指令符号 44
3.1.3 指令分类 44
3.2 寻址方式 46
3.2.1 直接寻址 47
3.2.2 立即寻址 47
3.2.3 寄存器寻址 47
3.2.4 间接寻址 47
3.2.5 相对寻址 48
3.2.6 变址寻址 49
3.2.7 位寻址 49
3.3 指令系统 50
3.3.1 数据传送类指令 50
3.3.2 算术运算类指令 54
3.3.3 逻辑运算指令 58
3.3.4 移位指令 58
3.3.5 控制转移类指令 59
3.3.6 位操作指令 62
3.4 伪指令 64
3.4.1 起始地址伪指令 64
3.4.2 汇编结束伪指令 64
3.4.3 数据地址赋值伪指令 65
3.4.4 赋值伪指令 65
3.4.5 定义字节伪指令 65
3.4.6 定义字伪指令 65
3.4.7 位地址赋值伪指令 66
3.4.8 定义存储区伪指令 66
本章小结 66
习题三 67
第4章 程序设计 70
本章学习目标 70
4.1 简单汇编语言程序设计 70
4.1.1 分支程序 70
4.1.2 循环程序 73
4.1.3 延时程序 75
4.2 MCS-51常用子程序 76
4.2.1 代码转换类程序设计 76
4.2.2 查表程序设计 78
4.2.3 定点数运算子程序 80
4.2.4 浮点数运算子程序 83
本章小结 91
习题四 91
第5章 单片机的中断系统 94
本章学习目标 94
5.1 中断的概念 94
5.1.1 中断的定义 94
5.1.2 中断源 95
5.1.3 中断的优先级 96
5.1.4 中断控制 97
5.1.5 中断响应 98
5.1.6 中断响应的撤除 99
5.2 外部中断的使用 100
5.2.1 外部中断源的应用 100
5.2.2 利用定时器扩展外部中断源 104
5.2.3 多级外部中断的扩展 104
本章小结 107
习题五 107
第6章 单片机的定时器/计数器 108
本章学习目标 108
6.1 定时器/计数器 108
6.1.1 定时器/计数器的结构 108
6.1.2 定时器/计数器的控制寄存器 109
6.1.3 定时器/计数器的工作方式 110
6.2 定时器/计数器的应用 112
6.2.1 定时器方式0的应用 112
6.2.2 定时器方式1的应用 113
6.2.3 外部脉冲宽度的测量 114
6.2.4 单片机内部软件看门狗的应用 115
本章小结 116
习题六 116
第7章 单片机的串行通信 117
本章学习目标 117
7.1 串行通信的概念 117
7.1.1 异步通信与同步通信 117
7.1.2 串行通信的波特率 118
7.1.3 串行通信的方式 118
7.2 单片机串行的通信原理及工作方式 119
7.2.1 单片机串行口的结构 119
7.2.2 单片机串行口的控制 120
7.2.3 单片机串行口的工作方式 121
7.3 单片机串行口的应用 123
7.3.1 串行口扩展显示器 123
7.3.2 串行口扩展的键盘 125
7.3.3 双机通信 126
7.3.4 多机通信 127
7.3.5 计算机与单片机的通信 133
本章小结 135
习题七 135
第8章 单片机C51程序设计 136
本章学习目标 136
8.1 C51的结构 136
8.1.1 C51的结构特点 137
8.1.2 C51的数据类型 137
8.1.3 C51的常量与变量 138
8.2 C51程序的格式 141
8.2.1 C51的运算符 141
8.2.2 C51的基本语句 148
8.3 C51程序设计 151
8.3.1 头文件 151
8.3.2 特殊功能寄存器的读写 152
8.3.3 位的控制 153
8.3.4 基本I/O口 154
8.3.5 中断的设计 155
8.4 C51程序应用 157
8.4.1 延时程序 157
8.4.2 I/O口的应用 159
8.4.3 LED显示器的扩展 161
8.4.4 方波发生器 163
本章小结 164
习题八 164
第9章 I/O口的应用与扩展 166
本章学习目标 166
9.1 基本I/O的应用与扩展 166
9.1.1 P1口的应用 166
9.1.2 P0口的扩展 168
9.2 显示器的扩展 169
9.2.1 基本LED显示原理 169
9.2.2 LED的静态显示 171
9.2.3 LED的动态显示 173
9.2.4 LCD显示器的扩展 174
9.3 键盘的扩展 183
9.3.1 键盘概述 183
9.3.2 独立式键盘的扩展 185
9.3.3 矩阵式键盘的扩展 186
9.4 I/O通用芯片8255A的扩展与应用 189
9.4.1 8255A概述 189
9.4.2 8255A的应用 193
9.5 串行总线芯片的扩展 197
9.5.1 I2C总线 197
9.5.2 SPI总线 204
本章小结 208
习题九 209
第10章 A/D、D/A转换器的应用 210
本章学习目标 210
10.1 A/D转换器的应用 210
10.1.1 8位逐次比较式A/D转换器
ADC0809的应用 210
10.1.2 12位并行A/D转换器AD574A
的应用 215
10.1.3 12位串行A/D转换器TLC2543
的应用 219
10.2 D/A转换器的应用 222
10.2.1 8位D/A转换器DAC0832
的应用 223
10.2.2 12位串行D/A转换器TLV5616
的应用 227
本章小结 230
习题十 230
第11章 单片机应用系统设计 232
本章学习目标 232
11.1 简易电阻测量仪 232
11.1.1 设计目的 232
11.1.2 技术指标 232
11.1.3 设计方案 232
11.2 密码锁控制器 233
11.2.1 设计目的 233
11.2.2 技术指标 233
11.2.3 设计方案 233
11.3 简易体育比赛计分器的设计 235
11.3.1 设计目的 235
11.3.2 技术指标 235
11.3.3 设计方案 235
11.4 IC卡读写器设计 237
11.4.1 设计目的 237
11.4.2 技术指标 237
11.4.3 设计方案 237
11.5 温度检测系统的设计 238
11.5.1 设计目的 238
11.5.2 技术指标 238
11.5.3 设计方案 238
11.6 简易步进电机控制器的设计 243
11.6.1 设计目的 243
11.6.2 技术指标 243
11.6.3 设计方案 243
本章小结 244
第12章 单片机常用仿真工具 245
本章学习目标 245
12.1 单片机系统开发软件Keil 245
12.1.1 Keil μVision4的安装 246
12.1.2 Keil μVision4的工具软件 246
12.1.3 Keil μVision4的菜单命令说明 247
12.1.4 Keil μVision4的软件开发过程 250
12.1.5 Keil μVision4的模拟仿真 254
12.1.6 联合仿真 255
12.2 单片机系统开发软件WAVE 256
12.2.1 文件的建立 256
12.2.2 文件的编译 258
12.3 STC单片机程序下载 259
12.3.1 STC单片机下载线的制作 260
12.3.2 单片机下载软件 262
本章小结 263
附录 MCS-51系列单片机指令集 264
参考文献 268

1. 单片机应用技术项目教程（C语言版）（第三版） [主编　郭志勇]
2. 单片机原理及应用技术（C语言版） [周国运 鲁庆宾 赵天翔 编著]
3. 单片机实用技术项目教程 [主编 周威 熊辉]
4. 单片机原理及应用项目化教程（C语言版） [主编 谢四连　王善伟　李石林]
5. 单片机应用技术项目教程（C语言版）（第二版） [主编 郭志勇]
6. 电子技术项目教程（Proteus版） [主编 郭志勇]
7. 单片机应用教程 [胡云冰 聂振华]
8. 单片机应用系统设计安装与调试 [主编 田浩鹏]
9. 单片机原理及典型应用接口技术 [刘甫 陈健美 编著]
10. 单片机原理及应用教程（C语言版） [主编 周国运]
11. 单片微型计算机原理及接口技术实验指导与实训 [林军 等编著]
12. 单片微型计算机原理及应用 [赵秀珍 单永磊 主编]