单片机原理与应用-第二版初稿

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单片机原理与应用-第二版初稿

戴胜华老师修改最新版 % a4 H$ q" o# t1 ?1 [% `单片机原理与应用（第二版，初稿） 中国大学 MOOC 专用 戴胜华等编著 第 1章 单片机概述  ...............................................................................................................................8 ; [4 O" K' N) h! P# ]1.1 单片机的历史及发展概况 ............................................................................................................... 8 1.2 单片机的发展趋势 .......................................................................................................................... 8 1.2.1 CPU 的改进.................................................................................................................................. 9 1.2.2 存储器的发展 .............................................................................................................................. 9 1.2.3 片内I/O 的改进  ........................................................................................................................... 9 1.2.4 集成更多的外围电路 .................................................................................................................. 9 1.2.5 引脚的多功能 ............................................................................................................................ 10 - t$ q2 J& |$ ^- l1.2.6 低功耗 ........................................................................................................................................ 10 3 |% S# S& J5 _' O, b5 U& j1.2.7 专用型单机发展加快 ................................................................................................................ 10 1.3 单片机的应用 ................................................................................................................................ 10 $ I  v' V- O8 s1.3.1 单片机在各类仪器仪表中的应用............................................................................................. 10 # ~, a+ M# W) {0 j" i0 J1.3.2 单片机在工业测控中的应用 .................................................................................................... 10 1.3.3 单片机在计算机网络与通信技术中的应用  ............................................................................. 11 ' v& X; `5 u4 x+ _% o1.3.4 单片机在日常生活及家电中的应用  ......................................................................................... 11 5 j2 G7 ~$ o6 o$ Q1.4 8位单片的主要生产厂家和机型 .................................................................................................. 11 1.4.1 单片机主要厂商 ........................................................................................................................ 11 1.4.2 单片机主要产品 ........................................................................................................................ 12 4 U) r3 S% V# u( ^1 b0 r5 L! Z第 2章MCS-51单片机的结构与原理  .................................................................................................... 14 - \1 n* v; S- J& {, a5 e: E" w2.1 MCS-51单片机的硬件功能  ............................................................................................................ 15 2.2 MCS-51硬件系统结构  .................................................................................................................. 18 ; e0 d7 {8 |" P  Z5 m% O; f; c2.2.1   运算部件 .................................................................................................................................. 18 " B0 f) j7 ^( ~. D& z9 G& A5 r: A2.2.2   控制部件 .................................................................................................................................. 19 2.3存储器结构  ................................................................................................................................... 19 ' d  y. T8 Y8 i* ]: U" G7 M2.3.1程序存储器 ................................................................................................................................. 21 2.3.2数据存储器 ................................................................................................................................. 23 / Y- v5 H9 S- L5 a2.4    I/O 端口  ....................................................................................................................................... 31 2.4.1 P0 口  ............................................................................................................................................ 32 $ n7 a! `& f* Z1 R2.4.2 P1 口  ............................................................................................................................................ 32 3 _3 i! P; e" R8 U2.4.3 P2 口  ............................................................................................................................................ 32 2.4.4 P3 口  ............................................................................................................................................ 32 4 V6 f! t$ ~7 A& }8 n2.4.5 I/O 的接口要求与负载能力  ....................................................................................................... 33 1 d3 H" K0 e& J% G, Z% T$ N2.4.6 I/O 口的读一修改—写特性  ....................................................................................................... 33 8 \4 O; A4 p6 ]; A2.5 复位电路  .................................................................................................................................... 34 " w, _+ B. r9 [8 M3 y2.5.1 复位时片内各寄存器的状态 .................................................................................................... 34 / o' o  i$ @8 z! A6 s6 S; V2.5.2 复位电路 .................................................................................................................................... 35 7 y+ [2 b( k0 `2.6 CPU时序 ........................................................................................................................................ 35 0 P" N) m- V4 ?9 d/ `2.6.1 时钟电路 .................................................................................................................................... 35 & Q1 X$ U6 }+ y$ \! m0 U2.6.2 时序  ............................................................................................................................................ 36 . q! ]4 }7 S) c7 Y: u2.7 CPU引脚功能................................................................................................................................... 38 0 q& }" q' Y7 Q4 }' y& s3 M2.7.1 MCS-51单片机引脚功能  ........................................................................................................... 41 2.8单片机的工作方式 .......................................................................................................................... 42 ' o9 M( j: v4 `' I8 K2.8.1 复位方式 .................................................................................................................................... 43 2.8.2 程序执行方式 ............................................................................................................................ 43 0 L9 ]0 f+ @) M" \* t2.8.3 CHMOS 型单片机低功耗工作方式 .......................................................................................... 43 0 Y3 F9 ~' |8 j8 m1 E2.8.4 编程和校验方式 ........................................................................................................................ 44 & d& P' D) X) G& K* V习题  ................................................................................................................................................... 44 第 3章MCS-51系列单片机指令系统  ..................................................................................................... 46 3.1    MCS-51系列单片机指令系统简介  ............................................................................................... 46 ; b& Y4 z* D6 O4 A$ x3.1.1 汇编指令 .................................................................................................................................... 46 , F+ F5 S1 z) n3 L3.1.2 指令代码的格式 ........................................................................................................................ 47 ! A* r& c; V+ B( P' K9 Z# s3.1.3 指令中的常用符号 .................................................................................................................... 47 3.2 寻址方式  .................................................................................................................................... 47 5 @% \& {: d: P; M+ ]) S& j3.2.1 寄存器寻址方式 ........................................................................................................................ 48 2 g8 o1 s# C0 P  f7 X& Z3.2.2 寄存器间接寻址 ........................................................................................................................ 48 3.2.3 立即寻址 .................................................................................................................................... 49 7 Q6 b+ w/ L5 _! p+ Q3.2.4 直接寻址 .................................................................................................................................... 49 3.2.5 基址寄存器+变址寄存器的间接寻址 ...................................................................................... 50 $ u9 Y5 P  V, G# `" R3.2.6 相对寻址 .................................................................................................................................... 50 * A2 a8 h# s+ E' Y3.2.7 位寻址 ........................................................................................................................................ 51 3.3 指令系统  ..................................................................................................................................... 51 3.3.1 数据传送指令 ............................................................................................................................ 51 6 ?0 g: W! W! @1 c3 P2 k3.3.2 算术运算指令 ............................................................................................................................ 57 3.3.3 逻辑运算指令 ............................................................................................................................ 62 3.3.4 控制转移指令 ............................................................................................................................ 66 . E8 W) `- D6 ?6 r6 {3.3.5 位操作指令 ................................................................................................................................ 71 ; K- S# a5 X4 P习题  .................................................................................................................................................. 72 6 {9 A! U1 m7 S* o/ C第 4章 汇编语言及程序设计  .............................................................................................................. 75 + ]# F! p/ z) a5 I0 C: G8 ~8 g+ d+ T4.1 汇编语言及格式 .......................................................................................................................... 75 4.1.1 汇编语言的特点 ........................................................................................................................ 75 4.1.2 汇编语言的语句格式 ................................................................................................................ 76 4.1.3 伪指令 ..................................................................................................................................... 76 4.1.4 汇编语言程序的汇编 ................................................................................................................ 78 7 B# i8 ]: U$ D4.2 汇编语言程序设计 ...................................................................................................................... 79 4 o5 ?) A$ q5 Z- R# @4.2.1 汇编语言程序设计的基本步骤................................................................................................. 79   M1 V6 r2 u" E6 q2 b4.2.2 程序的基本结构 ..................................................................................................................... 79 ; [* c. k& Z2 ^7 Q" F7 r4.2.3 简单程序设计 ......................................................................................................................... 80 4.2.4 分支程序设计 ......................................................................................................................... 81 4.2.5 循环程序设计 ....................................................................................................................... 84 : X; j  e! Z6 X" l. J" j" J4.2.6 子程序设计 ............................................................................................................................ 87 ! |9 K2 F4 r, c% Z, m& x; J6 C+ D4.3 汇编语言程序设计举例 ............................................................................................................... 90 4.3.1 查表程序 ................................................................................................................................. 90 4.3.2 数制转换程序 ............................................................................................................................ 92 9 e9 P" V6 i# A& u' J6 \; y$ _4.3.3 算术运算程序 ............................................................................................................................ 92 4.3.4 数字滤波程序 ............................................................................................................................ 95 4.3.5 排序与检索程序 ........................................................................................................................ 96 4.3.6 布尔处理程序 ............................................................................................................................ 96 习题  .................................................................................................................................................. 97 " I1 d& ?6 e3 i4 J6 R8 |) q第 5章  C51语言  ........................................................................................................................ 99 5.1    C51语言基础  ...................................................................................................................... 99 / v) R( C$ E" m: _2 M# Y5.1.1    C51 语言概述  ..................................................................................................................... 99 5.1.2    C51 的数据类型及存储模式  ................................................................................................. 100 5.1.3    C51 变量  ................................................................................................................................. 101 5.1.4    C51 中的头文件  ..................................................................................................................... 103   H  `: m! Q. x" s2 @  n5.1.5    C51  函数声明扩展  ................................................................................................................ 104 3 K! i3 e( M: j5.1.6   用C51编写中断  .................................................................................................................... 104 5.2    C51语言程序设计  .................................................................................................................. 106 5.2.1    C51 顺序结构程序设计  ......................................................................................................... 106 9 B# @0 Z, D2 r# b& N5.2.2    C51 分支结构程序设计  ......................................................................................................... 106 1 T5 x9 t: d# i+ S. ?5.2.3    C51 循环结构程序设计  ......................................................................................................... 107 + i" W% O6 a+ f% M5 U5.2.4    C51 子函数调用  ..................................................................................................................... 108 5.2.5    C51 程序设计举例  ................................................................................................................. 108 习题  ................................................................................................................................................... 111 第 6章 定时器/计数器  ......................................................................................................................... 113 6.1 定时器/计数器的结构  ................................................................................................................... 113 6.1.1 定时方法概述 .......................................................................................................................... 113 6.1.2 定时器/计数器的结构 ............................................................................................................. 113 6.2 定时器/计数器的工作方式 ......................................................................................................... 116 6.2.1工作方式0 ................................................................................................................................ 116 ' d! @3 e  a: I3 J3 B5 f) u6.2.2 工作方式1 ............................................................................................................................... 117 4 E( F! J1 E' l6.2.3 工作方式2 ............................................................................................................................... 117 6.2.4工作方式3 ................................................................................................................................ 118 + o7 [) |$ U) E2 N# G6.3 定时器/计数器T2 的特殊功能  .................................................................................................... 118 % \, B' T" h6 l$ y7 P6.3.1 T2 的特殊功能寄存器  .............................................................................................................. 119   4 0 p+ N& `* L6 ]: `6.3.2 T2 的工作方式  .......................................................................................................................... 120 # q$ E4 @) [9 x8 L  r5 ^6.4定时器/计数器的编程和应用 .......................................................................................................... 122 1 t: h& b, Q, {% X( \  H! v8 t9 V# x6.4.1定时器/计数器对输入信号的要求 .......................................................................................... 122 . H% e" L# A- U6 X$ h$ M  c6.4.2 定时器/计数器初值的求法 ..................................................................................................... 122 6.4.3 运行中读定时器/计数器 ......................................................................................................... 124 . j3 X8 x9 b# b# K0 d, O. M- b6.4.4 门控制位GATE 的功能和使用方法 ...................................................................................... 124 6.4.5 定时器/计数器的应用 ............................................................................................................. 125 " P" q4 U: {' k4 |5 C1 U习题  ................................................................................................................................................ 128 . V9 m& q7 a. H第 7章 串行通信接口  ....................................................................................................................... 129 7.1 串行通信基础 ............................................................................................................................. 129 7.1.1 基本通信方式 .......................................................................................................................... 129   ]7 N. g$ Q/ ]* i1 l7.1.2 异步通信和同步通信 .............................................................................................................. 130 7.1.3 串行接口芯片 .......................................................................................................................... 132 7.2 串行通信总线标准及其接口 ........................................................................................................ 133 - O* ^) i; L) S# q" H7.3 SST89E58 的串行接口  .............................................................................................................. 133 7.3.1 串行口的结构 .......................................................................................................................... 133 7.3.2 串行口的工作方式0 ............................................................................................................... 137 % U' F* a! a! V: M7.3.3 串行口的工作方式1 ............................................................................................................... 138 9 R. Q' l: ~' A3 F1 C7.3.4 串行口的工作方式2 ............................................................................................................... 139 : U/ n; \9 j8 N% K% x; V$ r% T7.3.5 串行口的工作方式3 ............................................................................................................... 141 7.3.6 串行通信的波特率 .................................................................................................................. 141 7.3.7 自动地址识别 .......................................................................................................................... 142 8 g3 [  P1 s$ o, M5 S$ l% Y/ ^$ D7.4 异步单工通信应用举例 ............................................................................................................... 143   M2 a+ m, @8 s( Y; v8 M& B习题  ................................................................................................................................................... 150 第 8章 中断系统  ................................................................................................................................. 151 2 E) q3 X, y6 C: l8.1 中断的定义和作用 ......................................................................................................................... 151 , l3 [4 Z. ?7 q+ o4 Y7 P: W7 w8.1.1  中断的作用 ........................................................................................................................ 151 8.1.2  中断源 ................................................................................................................................ 152 ' K: z  E) N* H  t8.1.3  中断系统的功能 ................................................................................................................ 152 8.2 SST89E58 单片机中断系统  .............................................................................................. 153 8.2.1  SST89E58 单片机的中断系统结构  .................................................................................. 153 8 f0 N6 o& ?& P( e7 t  h8.2.2  中断管理 ............................................................................................................................ 156 . s  B! M1 s- Q8.2.3  外部中断方式的选择 ........................................................................................................ 158 4 V5 w; G/ Q, N' }+ e( z$ P8.2.4  中断响应时间 .................................................................................................................... 159 3 \( G( R; ^, s% {: f+ i4 K+ ?8.2.5  中断请求的撤除 ................................................................................................................ 159 0 C$ O4 {* y5 n2 H6 g* z8.2.6  SST89E58 中断系统的初始化  .......................................................................................... 159 8.3 扩充外中断源 ....................................................................................................................... 160 8.3.1  利用定时器扩充中断源 .................................................................................................... 160 : ]" O$ ^9 ~+ S$ c2 t- @2 a: x5 j  K5 V8.3.2  中断和查询相结合 ............................................................................................................ 161 8.3.3  用优先权编码器扩展外部中断源..................................................................................... 162 8.3.4  采用8259扩展外部中断源............................................................................................... 162 1 L. |& C" o5 u+ e1 L8.4 中断系统应用举例 ............................................................................................................................. 163 习题  ............................................................................................................................................................ 165 1 W' P1 \: p3 y4 d8 J第 9章  单片机系统扩展设计  ........................................................................................................................ 166 7 v4 \2 b  m, G: G$ p8 ]3 ?9.1系统接口扩展方法概述 ...................................................................................................................... 166 : [4 S# X! i) C7 C4 z$ e* t# \4 b9.1.1  并行接口扩展设计基础 .................................................................................................... 166 9.1.2  串行接口扩展设计基础 .................................................................................................... 170 - _( l3 |5 F6 t7 P9.2存储器扩展技术 .................................................................................................................................. 178 9.2.1  存储器扩展概述 ................................................................................................................ 178 ! K: \. u3 ^' J: i% O4 o- k7 x1 h9.2.2  存储器的并行扩展 ............................................................................................................ 179 9.2.3  存储器的串行扩展 ............................................................................................................ 183 9.3 键盘接口技术 ..................................................................................................................................... 188 9.3.1 键盘的特点和常用接口设计 .................................................................................................. 189 ( g8 D( {# f5 j7 ^& b. j9.3.2 独立式按键接口设计 .............................................................................................................. 190 9.4 显示器接口技术 ................................................................................................................................. 192 9.4.1 LED显示器接口设计  ............................................................................................................... 192 9.4.2 LCD显示器接口设计 .............................................................................................................. 194 9.5 其它外设的扩展 ................................................................................................................................. 201 9.5.1 温度传感器DS18B20  .............................................................................................................. 201 * G6 m3 q1 ?0 d. e# @; x" R2 p4 i9.5.2 红外传感器1838 ..................................................................................................................... 204 习题  ............................................................................................................................................................ 207 - O- \' ?' j3 ^9 ]! O1 o第 10章  JD51单片机开发板简介及使用说明 .............................................................................................. 208 / z6 e$ i4 N$ Z, R1 e' k1 `1010.1 JD51单片机开发板组成  ............................................................................................................... 208 10.2 JD51单片机开发板资源  ................................................................................................................... 209 . P# c. ^& P, G4 z10.2.1 硬件资源说明 ........................................................................................................................ 209 10.2.2 软件资源说明 ........................................................................................................................ 213 10.2.3 接口扩展说明 ........................................................................................................................ 213 10.3 JD51单片机开发板使用说明  ........................................................................................................... 215 10.3.1 Keil C51简介  .......................................................................................................................... 215 & }3 B, |9 [+ d# V9 J0 g5 S10.3.2 应用程序的建立 .................................................................................................................... 216 10.3.3 应用程序的编译、连接 ........................................................................................................ 217 ! C, Y: F: r" f9 N$ Z0 k10.3.4 应用程序的下载 .................................................................................................................... 218 10.3.5 应用程序的调试 .................................................................................................................... 220 10.3.6 使用keil环境恢复mcu 的BSL程序  ................................................................................ 224 * u5 r2 A+ x$ u9 D7 E1 A) j6 t第 11章  JD51基本课程设计 .......................................................................................................................... 226 0 T% Z3 |1 O& ~5 f5 S11.1 电子时钟 ........................................................................................................................................... 226 11.1.1实验要求 ............................................................................................................................... 226 11.1.2实验原理 ............................................................................................................................... 226 11.1.3应用程序 ............................................................................................................................... 226 11.2电子音调发声器 ................................................................................................................................ 230 7 u* w# Y  L. P) ]# U11.2.1实验目的 ................................................................................................................................. 230 11.2.2实验原理 ................................................................................................................................. 230   B& x3 p2 c* @2 x; P11.2.3应用程序 ................................................................................................................................. 231 11.3交通灯控制 ........................................................................................................................................ 234 11.3.1实验目的 ................................................................................................................................. 234 * i+ |- y/ k" j. f9 H11.3.2实验原理 ................................................................................................................................. 234 ; ^( K; g5 O" h$ W3 Q" S$ z1 n11.3.3应用程序 ................................................................................................................................. 234 / x) W# X7 i# ~( a' G6 E; I11.4单片机间串行通信 ............................................................................................................................ 236 & \; c) H$ u7 u8 [, C  6 : W5 R  Z5 }/ _11.4.1实验目的 ................................................................................................................................. 236 ( n9 O# S/ a) m9 T2 k3 ^* ]" T11.4.2实验原理 ................................................................................................................................. 236 11.4.3应用程序 ................................................................................................................................. 237 11.5单片机与PC机的通信  ...................................................................................................................... 239 11.5.1实验目的 ................................................................................................................................. 239 11.5.2实验原理 ................................................................................................................................. 239 - y1 Z1 |  `1 r6 O11.5.3应用程序 ................................................................................................................................. 239 11.6温度显示与报警 ................................................................................................................................ 241 11.6.1实验目的 ................................................................................................................................. 241 11.6.2实验原理 ................................................................................................................................. 241 11.6.3应用程序 ................................................................................................................................. 241 11.7红外接收与控制 ................................................................................................................................ 247 11.7.1实验目的 ................................................................................................................................. 247 7 X  Y9 y* ?  H) F11.7.2实验原理 ................................................................................................................................. 247 ( `* i/ G: m3 q$ f# k11.7.3应用程序 ................................................................................................................................. 247 11.8答辩倒计时  ........................................................................................................................................ 250 11.8.1实验要求 ................................................................................................................................. 250 9 L$ B  N) A& ~8 w! t) e0 }- D( R11.8.2实验原理 ................................................................................................................................. 250 11.8.3应用程序 ................................................................................................................................. 250

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