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本书以80C51系列中的89系列单片机为例介绍单片机的硬件结构、工作原理、指令系统、汇编语言及C语言程序设计、接口技术、中断系统及单片机应用等内容。主要内容包括：概况、单片机结构及原理、指令系统、汇编语言程序设计、C51语言程序及开发环境、定时/计数器、80C51的串行接口、中断系统、单片机的系统扩展、接口技术、单片机应用系统的设计与开发等。本书在各章中对关键性内容都结合实例予以说明，并附大量思考题和习题，配套电子课件、程序代码、参考答案等。

目    录
第1章  概述	（1）
1.1  单片机发展概况	（1）
1.1.1  单片机的发展历史	（1）
1.1.2  单片机的组成及特点	（3）
1.1.3  单片机与嵌入式系统	（4）
1.2  80C51系列单片机简介	（5）
1.2.1  80C51系列单片机的发展	（5）
1.2.2  AT89系列单片机的特点及分类	（6）
1.3  其它常用单片机系列简介	（7）
1.3.1  低端产品概述	（7）
1.3.2  高端产品概述	（8）
1.3  单片机基础知识	（9）
1.3.1  数制与编码	（9）
1.3.2  计算机的基本组成电路	（12）
1.3.3  存储器简介	（15）
思考与练习	（19）
第2章  单片机结构及原理	（20）
2.1  单片机结构	（20）
2.1.1  单片机组成及结构	（20）
2.1.2  引脚定义及功能	（23）
2.2  80C51的存储器	（26）
2.2.1  存储器结构和地址空间	（26）
2.2.2  程序存储器	（27）
2.2.3  数据存储器	（28）
2.3  特殊功能寄存器SFR	（30）
2.3.1  80C51系列的SFR	（30）
2.3.2  SFR地址分布及寻址	（31）
2.3.3  SFR的功能与作用	（33）
2.4  单片机的工作原理	（36）
2.4.1  指令与程序概述	（36）
2.4.2  CPU的工作原理	（36）
2.4.3  单片机执行程序过程	（38）
2.5  输入/输出端口结构	（40）
2.5.1  4个I/O端口的主要异同点	（40）
2.5.2  P0口	（41）
2.5.3  P1口	（42）
2.5.4  P2口	（43）
2.5.5  P3口	（44）
2.6  时序及时钟电路	（45）
2.6.1  CPU时序及有关概念	（45）
2.6.2  振荡器和时钟电路	（46）
2.6.3  80C51的指令时序	（47）
2.7  复位和复位电路	（48）
2.7.1  内部复位信号的产生	（48）
2.7.2  复位状态	（48）
2.7.3  外部复位电路设计	（49）
2.8  80C51系列单片机的低功耗方式	（50）
2.8.1  电源控制寄存器PCON	（50）
2.8.2  待机方式	（50）
2.8.3  掉电方式	（51）
思考与练习	（52）
第3章  指令系统	（53）
3.1  指令系统简介	（53）
3.2  寻 址 方 式	（54）
3.2.1  符号约定	（54）
3.2.2  寻址方式说明	（55）
3.3  指令系统分类介绍	（60）
3.3.1  数据传送类指令	（60）
3.3.2  算术运算类指令	（65）
3.3.3  逻辑操作类指令	（69）
3.3.4  控制转移类指令	（71）
3.3.5  位操作类指令	（75）
思考与练习	（77）
第4章  汇编语言程序设计	（81）
4.1  概述	（81）
4.1.1  程序设计语言	（81）
4.1.2  汇编语言规范	（82）
4.1.3  汇编语言程序设计步骤	（85）
4.2  汇编语言程序设计举例	（86）
4.2.1  顺序程序设计	（86）
4.2.2  循环程序设计	（87）
4.2.3  分支程序设计	（88）
4.2.4  查表程序设计	（92）
4.2.5  子程序设计	（94）
思考与练习	（98）

第5章  C51语言程序及开发环境	（101）
5.1  C51语言基础知识	（101）
5.1.1  C51语言简介	（101）
5.1.2  C51语言的运算符及表达式	（101）
5.1.3  C51语言的程序结构	（103）
5.1.4  C51语言的流程控制语句	（104）
5.2  C51语言对通用C语言的扩展	（106）
5.2.1  数据类型	（106）
5.2.2  数据的存储类型	（108）
5.2.3  指针	（110）
5.2.4  函数	（111）
5.2.5  C51语言对单片机硬件的访问	（113）
5.3  C51语言编程举例	（115）
5.4  KEIL C51软件开发环境	（119）
5.4.1  Keil软件简介	（119）
5.4.2  项目的建立与设置	（121）
5.4.3  运行调试	（124）
5.5  PROTEUS 硬件仿真环境	（126）
5.5.1  Proteus软件简介	（126）
5.5.2  Proteus ISIS窗口功能	（126）
5.5.3  Proteus ISIS的基本操作	（128）
思考题与练习题	（134）
第6章  定时/计数器	（135）
6.1  定时/计数器T0、T1概述	（135）
6.1.1  定时器/计数器T0、T1的结构	（135）
6.1.2  定时/计数器的原理	（136）
6.2  定时/计数器的控制方法	（136）
6.2.1  定时/计数器寄存器	（136）
6.2.2  定时/计数器的初始化	（138）
6.2.3  定时/计数器初值的确定方法	（138）
6.3  定时/计数器T0、T1的工作方式	（139）
6.3.1  方式0	（139）
6.3.2  方式1	（139）
6.3.3  方式2	（140）
6.3.4  方式3	（140）
6.4  定时器T0、T1应用举例	（142）
6.4.1  定时器应用举例	（142）
6.4.2  计数器应用举例	（143）
6.4.3  门控位应用举例	（145）
6.5  定时/计数器T2	（147）
6.5.1  T2的寄存器	（147）
6.5.2  定时器T2的工作方式	（149）
6.5.3  应用例题	（153）
6.6  定时器T3— WDT监视定时器	（155）
6.6.1  WDT的功能及应用特点	（155）
6.6.2  辅助寄存器AUXR	（155）
思考与练习	（156）
第7章  80C51的串行接口	（157）
7.1  串行通信概述	（157）
7.1.1  同步通信和异步通信方式	（157）
7.1.2  串行通信的数据传送速率	（158）
7.1.3  串行通信的方式	（158）
7.1.4  通信协议	（159）
7.2  80C51串行口简介	（159）
7.2.1  串行口结构与工作原理	（159）
7.2.2  串行口控制寄存器SCON	（160）
7.2.3  80C51的帧格式	（161）
7.2.4  波特率的设置	（162）
7.3  串行通信工作方式	（163）
7.3.1  方式0	（164）
7.3.2  方式1	（164）
7.3.3  方式2和方式3	（165）
7.3.4  多机通信	（165）
7.4  串行口应用举例	（166）
7.4.1  用串行口扩展I/O口	（167）
7.4.2  用串行口进行异步通信	（170）
思考与练习	（177）
第8章  中断系统	（178）
8.1  概述	（178）
8.1.1  中断的概念	（178）
8.1.2  引进中断技术的优点	（178）
8.1.3  中断源	（179）
8.1.4  中断系统的功能	（179）
8.2  AT89S51单片机的中断系统	（181）
8.2.1  中断系统的结构	（181）
8.2.2  中断源及中断入口	（181）
8.2.3  与中断控制有关的寄存器	（183）
8.3  中断处理过程	（186）
8.3.1  中断响应	（186）
8.3.2  中断处理	（187）
8.3.3  中断返回	（188）
8.3.4  中断请求的撤除	（188）
8.3.5  中断响应时间	（189）
8.3.6  扩充外中断源	（189）
8.4  中断程序的设计与应用	（191）
8.4.1  中断程序的一般设计方法	（191）
8.4.2  中断程序应用举例	（193）
思考与练习	（201）
第9章  单片机的系统扩展	（202）
9.1  并行扩展概述	（202）
9.1.1  系统扩展常用接口芯片	（202）
9.1.2  外部并行扩展总线	（204）
9.1.3  并行扩展的寻址方法	（205）
9.2  存储器的并行扩展	（206）
9.2.1  数据存储器扩展概述	（206）
9.2.2  访问片外数据存储器的操作时序	（206）
9.2.3  数据存储器扩展举例	（207）
9.3  并行I/O接口的扩展	（208）
9.3.1  扩展并行I/O口简述	（208）
9.3.2  简单并行I /O口的扩展	（209）
9.4  串行扩展概述	（210）
9.4.1  常用串行总线与串行接口简介	（211）
9.4.2  单片机串行扩展的模拟技术	（214）
9.4.3  串行扩展的主要特点	（214）
9.5  I2C总线	（215）
9.5.1  I2C总线的组成及基本工作原理	（215）
9.5.2  I2C总线的传输时序	（215）
9.5.3  I2C总线的通用模拟软件包	（217）
9.5.4  I2C总线应用举例	（223）
9.6  扩展数/模转换器	（227）
9.6.1  数/模转换器简介	（228）
9.6.2  数/模转换电路原理	（228）
9.6.3  D/A转换器的主要技术指标	（229）
9.6.4  并行D/A转换器	（230）
9.7  扩展模/数转换器	（233）
9.7.1  模/数转换器简介	（233）
9.7.2  模/数转换器的主要技术指标	（234）
9.7.3  逐次逼近式A/D转换器	（235）
9.7.4  双积分A/D转换器	（238）
9.7.5  串行A/D转换器	（242）
思考与练习	（245）
第10章  接口技术	（247）
10.1  键盘接口	（247）
10.1.1  键盘工作原理	（247）
10.1.2  独立式按键	（248）
10.1.3  行列式键盘	（251）
10.2  显示器接口	（258）
10.2.1  LED显示器的结构与原理	（258）
10.2.2  LED静态显示方式	（259）
10.2.3  LED动态显示方式	（260）
10.2.4  液晶显示器概述	（263）
10.2.5  字符型液晶显示模块LCM的组成及原理	（264）
10.2.6  字符型液晶显示模块LCM的引脚及说明	（265）
10.2.7  LCM的指令	（266）
10.2.8  LCM的复位及初始化	（268）
10.2.9  LCM的接口及应用举例	（269）
10.3  功率驱动器件及接口电路	（277）
10.3.1  输出接口的隔离技术	（277）
10.3.2  直流负载驱动电路	（278）
10.3.3  晶闸管负载驱动电路	（279）
10.3.4  继电器接口电路	（280）
10.3.5  固态继电器接口电路	（281）
10.4  打印机接口	（281）
10.4.1  微型打印机简介	（282）
10.4.2  字符代码及打印命令	（283）
10.4.3  打印机与单片机接口举例	（284）
思考与练习	（286）
第11章  单片机应用系统的设计与开发	（287）
11.1  应用系统研制过程	（287）
11.1.1  总体方案设计	（287）
11.1.2  硬件设计	（288）
11.1.3  软件设计	（290）
11.2  开发工具和开发方法	（292）
11.2.1  开发工具	（292）
11.2.2  开发方法	（294）
11.3  恒温箱温度控制监测系统	（295）
11.3.1  题目分析	（296）
11.3.2  硬件设计	（296）
11.4.3  软件设计	（297）
11.4  PC机与单片机间的串行通信设计	（301）
11.4.1  RS-232C标准接口	（301）
11.4.2  单片机与PC机之间的电平转换芯片	（302）
11.4.3  PC机与单片机串行通信应用实例	（302）
11.5  步进电机控制设计	（309）
11.5.1  步进电机的工作原理	（309）
11.5.2  步进电机的控制方法	（309）
11.5.3  步进电机控制应用举例	（310）
思考与练习	（316）
附录A  80C51指令表	（316）
附录B  各数制对照表	（321）
附录C  ASCII（美国标准信息交换码）表	（322）
附录D  二进制逻辑单元图形符号对照表	（316）
附录E  常用芯片引脚图	（324）
参考文献	（326）

前    言
《单片机原理及应用》第2版自2009.2发行以来，已多次印刷，说明此书有一定的读者群。在此期间单片机技术又有了很大的发展，因而电子出版社决定对原书内容进行修订更新。在重新编写时，对原书内容作了多处改进。在本书的实例中多数都采用汇编与C语言双语编程，使读者更易于从中比较两种语言的特长，可以有选择地掌握一种，并认识另一种。
本书还增加了Proteus硬件仿真环境的内容，Keil C51和Proteus仿真软件是在单片机应用系统设计中使用最广泛的软件。Proteus 是一种电子设计自动化软件，它不仅能完成各种电路的设计与仿真，还能仿真单片机及其外围电路系统。这些软件使单片机的学习更加简单易懂，是学校进行单片机教学的首选软件。
此外，对部分章节内容进行了调整与修改，例如修改了C51语言章节与kell集成开发环境编排顺序，使学生更容易掌握汇编与C51语言，使得单片机的学习更容易入门。对于各章节中比较过时的内容做了删减，例如删除了关于8255接口的内容（8255已经停产多年）。对于全书均做了适当改进，力求重点更突出，语言更精炼，表述更清晰。
目前物联网与移动互联技术正迅速地改变着世界，随着嵌入式技术的发展，32位MCU（单片机）成为主流，64位MCU也开始进入这个市场，但是8位MCU的市场占有率并没有降低，至今仍然是开发嵌入式系统的主要器件，物联网给MCU应用创造了更多机会，人工智能的感知与控制终端领域的多样性，需要功能特点不同的MCU，所以不论是8位还是32位MCU都有用武之地。一些厂商一直致力于8位MCU的创新与研发，使8位MCU仍然保持旺盛的生命力。
因为以8051为内核的80C51系列单片机在世界上生产量比较大，派生产品比较多，可以满足大多数用户的需要；而且80C51的软件工具也比较成熟，因而80C51系列单片机仍然是单片机教学的首选机型，特别是80C51系列中的典型型号在基本结构、工作原理和引脚上与MCS-51系列单片机的8051是完全兼容的。基于这种情况，本书在介绍单片机时，是以80C5l 系列为例进行讲述的。而在介绍具体型号时选用了美国ATMEL公司的AT89系列产品。AT89系列单片机的成功使得几个著名的半导体厂家也相继生产了类似的产品，例如，PHLIPS的P89系列、美国 SST公司的SST89系列等，后来人们就简称这一类产品为89系列单片机，它实际上还是属于80C51系列。89系列单片机虽然并不是功能强，最先进的单片机，但它是源于经典的MCS－51系列，从教学角度看，由于8位单片机具有稳定、便宜、易用等特点，考虑到教学的连续性及89系列单片机和所用开发装置的普及性 ，因而本书的单片机芯片实例将采用ATMEL公司的AT89S51/52单片机，在作一般共性介绍时还是用80C51符号代表。
本教材在章节的安排顺序和内容上都有不同程度的改进。第1章概述，增加了存储器的介绍，第2章以AT89S51/52单片机为例介绍单片机的结构及原理，第3章介绍指令系统，第4章介绍汇编语言程序设计，第5章介绍C51语言程序及开发环境，增加了Keil集成开发环境与Proteus仿真软件的内容，第6章介绍定时/计数器，第7章介绍串行接口，第8章介绍中断系统，第9章介绍系统扩展方法，第10章介绍接口技术，第11章介绍单片机应用系统设计。为了能给读者较多的应用实例和方法，同时又不至于使篇幅过长，在举例时对于关键和核心的内容尽量讲透，其他内容点到为止。
本书提供配套电子课件、程序代码和参考答案，请登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）注册下载。
本书是作者多年教学和科研的积累，同时为了使本书的内容更加丰富和完整，书中也引用了部分国内外的参考文献、书籍，主要来源见参考文献。在此，对有关作者表示衷心感谢。
本书由张迎新担任主编，王盛军编写了第5章和各章节中的C语言程序，邢春香编写了10.2、10.4、11.5节，姚静波编写了2.3和2.4节，陈胜编写了11.4节，迟明华编写了1.2节，其余由张迎新编写。参加本教材编写及审稿的还有雷道振、樊桂花、刘绍南、雷文。
在本书的编写中，清华大学的陆延丰老师、浙江大学城市学院的万光毅老师等都提出了很好的建议，并提供了部分素材，在此表示衷心感谢。
由于作者水平有限，书中的错误与不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

                                       编著者  
2017年8月

单片机、高等教材

张迎新，解放军装备指挥技术学院教授，长期从事电子系统设计领域的教学和科研工作，教学和写作经验丰富。

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单片机原理及应用（第3版）