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本书为普通高等教育 “十一五”国家级规划教材，详细介绍了与MCS-51单片机兼容的89C51单片机的硬件结构、指令系统及工作原理，并从应用设计的角度介绍89C51单片机的各种硬件接口设计、汇编语言接口驱动程序设计和89C51单片机应用系统设计。本书紧紧抓住接口设计这一主线，突出了选取内容的实用性、典型性，同时对89C51单片机应用系统设计中用到的各种新器件也做了介绍。本教材在附录中还给出了部分思考题和习题参考答案、10个基础实验和23个课程设计题目，还为任课教师免费提供电子课件。

目    录
第1章  单片机概述
1.1  单片机基础
1.1.1  电子计算机及其发展历史
1.1.2  微型计算机简介
1.1.3  什么是单片机
1.2  单片机的发展历史及发展趋势
1.2.1  单片机的发展历史
1.2.2  单片机的发展趋势
1.3  单片机的应用
1.4  MCS-51系列与AT89C5x系列单片机
1.4.1  MCS-51系列单片机
1.4.2  AT89C5x系列单片机
本章小结
思考题及习题1
第2章  89C51单片机的硬件结构
2.1  89C51单片机的片内结构
2.2  89C51的引脚
2.2.1  电源及时钟引脚
2.2.2  控制引脚
2.2.3  I/O口引脚
2.3  89C51的CPU
2.3.1  运算器
2.3.2  控制器
2.4  89C51存储器的结构
2.4.1  程序存储器
2.4.2  内部数据存储器
2.4.3  特殊功能寄存器（SFR）
2.4.4  位地址空间
2.4.5  外部数据存储器
2.5  89C51的并行I/O端口
2.5.1  P0口
2.5.2  P1口
2.5.3  P2口
2.5.4  P3口
2.6  时钟电路与时序
2.6.1  时钟电路
2.6.2  机器周期、指令周期与指令时序
2.7  复位操作和复位电路
2.7.1  复位操作
2.7.2  复位电路
本章小结
思考题及习题2
第3章  89C51的指令系统
3.1  指令系统概述
3.2  指令格式
3.3  指令系统的寻址方式
3.4  89C51指令系统分类介绍
3.4.1  数据传送类指令
3.4.2  算术运算类指令
3.4.3  逻辑操作类指令
3.4.4  控制转移类指令
3.4.5  位操作类指令
本章小结
思考题及习题3
第4章  89C51汇编语言程序的设计与调试
4.1  汇编语言程序设计概述
4.1.1  机器语言、汇编语言和高级语言
4.1.2  汇编语言语句的种类和格式
4.1.3  伪指令
4.1.4  汇编语言程序设计步骤
4.2  汇编语言源程序的汇编
4.2.1  手工汇编
4.2.2  机器汇编
4.3  汇编语言实用程序设计
4.3.1  汇编语言程序的基本结构
4.3.2  子程序的设计
4.3.3  查表程序设计
4.3.4  关键字查找程序设计
4.3.5  数据极值查找程序设计
4.3.6  数据排序程序设计
4.3.7  分支转移程序设计
4.3.8  循环程序设计
4.4  汇编语言应用程序的开发与调试
4.4.1  仿真开发系统简介
4.4.2  程序的开发调试过程
本章小结
思考题及习题4
第5章  89C51的中断系统
5.1  中断的概念
5.2  89C51中断系统的结构
5.3  中断请求源
5.4  中断控制
5.4.1  中断允许寄存器IE
5.4.2  中断优先级寄存器IP
5.5  响应中断请求的条件
5.6  外部中断的响应时间
5.7  外部中断的触发方式选择
5.7.1  电平触发方式
5.7.2  跳沿触发方式
5.8  中断请求的撤销
5.9  中断服务子程序的设计
5.10  多外部中断源系统设计
本章小结
思考题及习题5
第6章  89C51的定时器/计数器
6.1  定时器/计数器的结构
6.1.1  工作方式控制寄存器TMOD
6.1.2  定时器/计数器控制寄存器TCON
6.2  定时器/计数器的4种工作方式
6.2.1  方式0
6.2.2  方式1
6.2.3  方式2
6.2.4  方式3
6.3  计数器模式对输入信号的要求
6.4  定时器/计数器的编程和应用
6.4.1  方式1的应用
6.4.2  方式2的应用
6.4.3  方式3的应用
6.4.4  门控制位GATE的应用——测量脉冲宽度
6.4.5  实时时钟的设计
6.4.6  定时器/计数器作为外部中断源的使用方法
6.4.7  读运行中的定时器/计数器的计数值
本章小结
思考题及习题6
第7章  89C51的串行口
7.1  串行口的结构
7.1.1  串行口控制寄存器SCON
7.1.2  特殊功能寄存器PCON
7.2  串行口的4种工作方式
7.2.1  方式0
7.2.2  方式1
7.2.3  方式2
7.2.4  方式3
7.3  多机通信
7.4  波特率的制定方法
7.4.1  波特率的定义
7.4.2  定时器T1产生波特率的计算
7.5  串行口的编程和应用
7.5.1  双机串行通信硬件接口
7.5.2  双机串行通信软件编程
本章小结
思考题及习题7
第8章  89C51单片机扩展存储器的设计
8.1  系统扩展结构
8.1.1  系统总线及总线构造
8.1.2  构造系统总线
8.2  地址空间分配和外部地址锁存器
8.2.1  存储器地址空间分配
8.2.2  外部地址锁存器
8.3  程序存储器EPROM的扩展
8.3.1  常用EPROM芯片介绍
8.3.2  程序存储器的操作时序
8.3.3  89C51与EPROM的接口电路设计
8.4  静态数据存储器RAM的扩展
8.4.1  常用的静态RAM（SRAM）芯片
8.4.2  外扩数据存储器的读写操作时序
8.4.3  89C51与RAM的接口电路设计
8.5  EPROM和RAM的综合扩展
8.5.1  综合扩展的硬件接口电路
8.5.2  外扩存储器电路的工作原理及软件设计
8.6  ATMEL89C51/89C55单片机的片内闪烁存储器
8.6.1  89C51的性能及片内闪烁存储器
8.6.2  片内闪烁存储器编程
本章小结
思考题及习题8
第9章  89C51扩展I/O接口的设计
9.1  I/O接口扩展概述
9.1.1  I/O接口的功能
9.1.2  I/O端口的编址
9.1.3  I/O数据的几种传送方式
9.1.4  I/O接口电路
9.2  89C51与可编程并行I/O芯片82C55的接口设计
9.2.1  82C55芯片介绍
9.2.2  工作方式选择控制字及端PC置位/复位控制字
9.2.3  82C55的三种工作方式
9.2.4  89C51单片机和82C55的接口
9.3  89C51与可编程RAM/IO芯片81C55的接口
9.3.1  81C55芯片介绍
9.3.2  81C55的工作方式
9.3.3  89C51与81C55的接口及软件编程
9.4  利用74LSTTL电路扩展并行I/O口
9.5  用89C51的串行口扩展并行口
9.5.1  用74LS165扩展并行输入口
9.5.2  用74LS164扩展并行输出口
本章小结
思考题及习题9
第10章  89C51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计
10.1  LED显示器接口原理
10.1.1  LED显示器的结构
10.1.2  LED显示器工作原理
10.2  键盘接口原理
10.2.1  键盘输入应解决的问题
10.2.2  键盘接口的工作原理
10.2.3  键盘的工作方式
10.3  键盘/显示器接口设计实例
10.3.1  利用并行I/O芯片81C55实现键盘/显示器接口
10.3.2  键盘/显示器专用芯片8279实现的键盘/显示器接口
10.3.3  键盘/显示器专用芯片HD7279A实现的键盘/显示器接口
10.4  89C51与液晶显示器（LCD）的接口
10.4.1  LCD显示器的分类
10.4.2  点阵字符型液晶显示模块介绍
10.4.3  89C51与LCD的接口及软件编程
10.5  89C51与微型打印机TPP-40A/16A的接口
10.6  89C51单片机与BCD码拨盘的接口设计
本章小结
思考题及习题10
第11章  89C51单片机与D/A、A/D转换器的接口
11.1  89C51与DAC的接口
11.1.1  D/A转换器概述
11.1.2  89C51与8位DAC0832的接口
11.1.3  89C51与12位电压输出型D/A转换器AD667的接口
11.2  89C51与ADC的接口
11.2.1  A/D转换器概述
11.2.2  89C51与逐次比较型A/D转换器ADC0809的接口
11.2.3  89C51与逐次比较型A/D转换器AD574A的接口
11.2.4  89C51与双积分型A/D转换器MC14433的接口
本章小结
思考题及习题11
第12章  单片机的串行扩展技术
12.1  单总线接口简介
12.2  SPI总线接口简介
12.3  I2C串行总线的组成及工作原理
12.3.1  I2C串行总线概述
12.3.2  I2C总线的数据传送
12.4  89C51单片机扩展I2C总线器件的接口设计
12.4.1  I2C总线器件的扩展接口电路
12.4.2  I2C总线数据传送的模拟
12.4.3  I2C总线模拟通用子程序
本章小结
思考题及习题12
第13章  89C51单片机应用系统的设计与开发
13.1  89C51 单片机应用系统的设计步骤
13.2  应用系统的硬件设计
13.3  应用系统的软件总体框架设计
13.4  89C51单片机系统设计举例
13.4.1  应用系统设计中的地址空间分配与总线驱动
13.4.2  89C51的最小系统
13.4.3  应用设计举例——水温控制系统的设计
13.5  软件抗干扰设计
13.5.1  软件滤波
13.5.2  指令冗余及软件陷阱
13.5.3  开关量输入/输出软件抗干扰设计
13.6  用户样机的硬件调试
13.7  AT89系列单片机各种型号产品介绍
13.7.1  低档型AT89系列单片机
13.7.2  标准型AT89系列单片机
13.7.3  高档型AT89系列单片机
本章小结
附录A  基础实验
实验1  单片机实验开发系统操作实验
实验2  单片机数据区传送程序设计
实验3  数据排序实验
实验4  查找相同数个数
实验5  P1口转弯灯实验
实验6  工业顺序控制
实验7  82C55控制交通灯
实验8  A/D转换实验
实验9  D/A转换实验
实验10  电子时钟（定时器、中断综合实验）
附录B  课程设计
题目1  LED电子钟的制作
题目2  单片机控制的LCD时钟
题目3  秒表系统设计
题目4  带有LCD显示的定时闹钟
题目5  带有LCD显示的音乐倒数计数器
题目6  数字温度计设计1
题目7  数字温度计设计2
题目8  十字路口交通灯控制1
题目9  十字路口交通灯控制2
题目10  设计一个产生各种波形的波形发生器
题目11  电容、电阻参数单片机测试系统的设计
题目12  用单片机控制直流电动机并测量转速
题目13  步进电机单片机控制系统的设计
题目14  小直流电机调速控制系统
题目15  单片机控制步进电机
题目16  以单片机为核心的频率计
题目17  可编程作息时间控制器程序设计
题目18  单词记忆测试器程序设计
题目19  抢答器控制模拟程序设计
题目20  用单片机设计节日彩灯控制器
题目21  单片机数字电压表设计
题目22  两个单片机之间的串行通信接口设计
题目23  简易电子琴设计
附录C  思考题及习题部分参考答案
参考文献

前    言
单片机自20世纪70年代问世以来，已对人类社会产生了巨大的影响。尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点，在工业控制、智能仪器仪表、办公室自动化、家用电器等诸多领域得到广泛的应用。20世纪80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在CPU芯片的开发、研制上，并逐渐放弃了单片机芯片的生产，但是以MCS-51内核技术为主导的单片机已经成为许多厂家及公司竞相选用的对象。因此，Intel公司以专利转让或技术交换的形式把MCS-51的内核技术转让给了许多国际上著名的半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、Cygnal等公司。这些厂家生产的与MCS-51系列单片机兼容的各种增强型、扩展型单片机，已成为世界上8位单片机市场的主流产品。估计在今后若干年内，它们仍是我国8位单片机应用领域的主流机型。
在与MCS-51单片机兼容的各种增强型、扩展型等衍生单片机产品中，美国ATMEL公司推出的AT89C5x系列单片机在我国的8位单片机市场中占有比较大的份额。尽管AT89C5x系列单片机有多种机型，但是掌握好其中的基本型AT89C51（简写为89C51）是十分重要的，因为它是目前替代MCS-51系列单片机的主要芯片之一，具有典型性、代表性，同时也是各种增强型、扩展型等衍生产品的基础。因此，本书重点介绍89C51单片机及各种接口设计与应用系统设计。
本课程是哈尔滨工业大学的国家精品课程，该教材是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。为使本教材具有良好的可读性和可用性，在编写时，作者重点考虑了如下问题：
（1）注重原理与应用相结合。避免仅从原理上对89C51单片机进行介绍，本书不仅详细介绍各种硬件接口的设计，而且对如何进行系统设计也做了详细介绍，并给出实例，使学生能很快掌握常用的应用系统设计方法。
（2）突出了选取内容的实用性、典型性。书中所介绍的各种设计方案，均为常用的典型方案，并提供了大量的接口设计实例及程序实例，非常有利于学生提高设计工作的效率。
（3）对单片机应用系统设计中用到的新器件也做了详细介绍。
（4）为便于自学，本教材力求文字精练，通俗易懂，深入浅出。书中各章末均有思考题与习题，并在附录C中附有部分参考答案，供学生巩固、消化、理解课堂所学内容之用。
（5）便于实践教学，考虑到培养和提高学生的实际动手能力的重要性，附录A介绍了10个基础实验，参考学时为10学时。附录B给出了23个课程设计的题目，教师可根据实际条件来选择。
（6）本书为任课教师免费提供电子课件，需要的老师可通过华信教育资源网http://www.huaxin.edu.cn注册下载。教师也可登录哈尔滨工业大学精品课程网站获得更多教学资源。
全书共分为13章：
第1～7章着重从应用角度介绍89C51单片机的硬件结构、指令系统及片内各功能部件。
第8～11章介绍89C51单片机与存储器、I/O、键盘、显示器、微型打印机、D/A转换器、A/D转换器的各种接口设计。不仅介绍硬件接口电路的设计，还对各种接口的驱动程序设计也做了介绍。
第12章介绍目前流行的单片机串行扩展技术，重点对I2C接口扩展进行了介绍。
第13章介绍应用系统设计的基本方法，并给出了设计实例，同时对应用系统中的硬件电路调试及软件抗干扰技术进行了简要介绍。
全书参考学时约40～60学时，教师可根据实际情况，对各章所讲授的内容以及基础实验与课程设计的内容进行取舍。
本书由哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院张毅刚教授、彭喜元教授编著，张毅刚教授统稿。此外，参加本书编写工作的还有俞洋、梁军、彭宇、孙宁、赵光权、刘旺、刘晓东诸位教师。哈尔滨工业大学自动化测试与控制研究所的高级工程师庄荣欣及研究生王军、刘畅、王骥、张兴堂、苏俊高为完成本书插图工作付出了辛勤的劳动。在此，对他们一并表示衷心的感谢。
由于时间紧迫，书中错误及疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。
		                     
作   者
于哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院

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单片机原理与应用设计