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本书共9章，第1、2章分别介绍单片机基础知识和结构原理；第3～5章介绍单片机系统软件，包括系统指令、汇编语言程序设计、中断系统及定时/计数器；第6～8章介绍单片机监控外围系统，包括监控系统扩展、串行通信、接口；第9章介绍单片机安全监控系统设计。每章均有本章基本要求、本章小结、习题及技能设计模块。习题和技能设计是作者在多年科研与教学中提炼出来的，旨在培养读者解决实际复杂工程问题的能力。

第1章  单片机概述	1
1.1  计算机中的数据信息	1
1.1.1  计算机中数据的类型	1
1.1.2  数制及其转换	1
1.1.3  数在计算机内的表示	2
1.1.4  字符在计算机内的表示	4
1.2  单片机基础	5
1.2.1  单片机及其监控系统	5
1.2.2  单片机的分类	5
1.2.3  单片机的应用特点	6
1.2.4  单片机的发展过程及趋势	6
1.2.5  单片机监控应用	7
1.3  MCS-51与80C51系列单片机	7
1.3.1  MCS-51系列单片机	7
1.3.2  80C51系列单片机	8
本章小结	9
习题1	9
技能设计1  单片机开发软件KEIL μVISION 3的使用简介	10
第2章  单片机结构原理	21
2.1  80C51基本架构与监控模式	21
2.1.1  80C51基本架构	21
2.1.2  80C51监控模式	21
2.2  80C51系列配置与封装	22
2.2.1  80C51资源配置	22
2.2.2  80C51封装与引脚	23
2.3  80C51内部结构	24
2.3.1  80C51芯片内部逻辑结构	24
2.3.2  80C51时钟和时序	26
2.3.3  80C51复位	29
2.4  80C51 I/O接口	29
2.4.1  P0口、P2口的结构	30
2.4.2  P1口、P3口的结构	32
2.4.3  并行接口的负载能力	33
2.5  80C51存储器	34
2.5.1  80C51程序存储器	34
2.5.2  80C51数据存储器	35
2.5.3  80C51特殊功能寄存器	36
本章小结	37
习题2	38
技能设计2  基本I/O口输出与输入	39
第3章  单片机指令系统	43
3.1  80C51指令系统概述	43
3.2  指令格式及常用符号	43
3.2.1  机器指令编码格式	43
3.2.2  符号指令格式	45
3.2.3  符号指令及其注解中常用符号含义	45
3.3  80C51寻址方式及指令执行过程	45
3.3.1  80C51寻址方式	45
3.3.2  80C51指令执行过程	49
3.4  单片机监控系统指令类型	50
3.4.1  数据传送类指令（29条）	50
3.4.2  算术运算类指令（24条）	54
3.4.3  逻辑运算与移位类指令（24条）	58
3.4.4  控制转移类指令（17条）	60
3.4.5  位操作类指令（17条）	64
本章小结	66
习题3	66
技能设计3  80C51驱动蜂鸣器发声	68
第4章  单片机汇编语言程序设计	71
4.1  程序编制步骤、方法和技巧	71
4.1.1  程序编制步骤	71
4.1.2  程序编制方法和技巧	72
4.1.3  汇编语言语句格式	72
4.2  源程序编制和伪指令	73
4.2.1  源程序编制和汇编	73
4.2.2  伪指令	74
4.3  基本程序结构	76
4.3.1  顺序程序	76
4.3.2  分支程序	77
4.3.3  循环程序	80
4.3.4  子程序及参数传递	82
4.4   80C51单片机汇编语言程序设计举例	84
4.4.1  算术运算程序	84
4.4.2  码型转换程序	88
4.4.3  查表程序	90
4.4.4  定时程序	92
本章小结	92
习题4	93
技能设计4  八位数码管动态循环显示	94
第5章  单片机中断系统及定时/计数器	97
5.1  80C51单片机中断系统	97
5.1.1  单片机中断技术	97
5.1.2  单片机中断系统结构	98
5.1.3  单片机中断源	99
5.1.4  单片机中断控制	99
5.1.5  单片机中断过程	102
5.1.6  应用实例	107
5.2  80C51单片机定时/计数器	108
5.2.1  定时/计数器的概念	108
5.2.2  定时/计数器的结构和工作原理	109
5.2.3  定时/计数器的控制	110
5.2.4  定时/计数器的工作方式	111
5.2.5  定时/计数器外部中断源的扩展	117
5.2.6  应用实例	117
5.3  80C51单片机中断与定时/计数器的综合应用	118
5.3.1  实现时钟计时显示的基本方法	118
5.3.2  程序流程	119
5.3.3  程序清单	119
本章小结	121
习题5	122
技能设计5  数码管显示00～59秒表	124
第6章  单片机监控系统扩展	128
6.1  单片机最小系统	128
6.1.1  8051/8751的最小系统	128
6.1.2  8031最小系统	129
6.2  存储器扩展	130
6.2.1  存储器扩展概述	130
6.2.2  程序存储器扩展	134
6.2.3  数据存储器扩展	137
6.2.4  ROM和RAM综合扩展	141
6.3  I/O接口扩展	141
6.3.1  I/O接口功能	142
6.3.2  I/O端口编址	142
6.3.3  I/O数据传送方式	142
6.3.4  I/O接口电路芯片	143
6.3.5  简单I/O口扩展	143
6.4  8255A可编程并行接口芯片	144
6.4.1  8255A芯片介绍	144
6.4.2  8255A工作方式	145
6.4.3  8255A控制字	147
6.4.4  8255A与80C51单片机接口	147
6.5  8155可编程并行接口芯片	148
6.5.1  8155芯片介绍	149
6.5.2  8155与80C51单片机接口	152
6.6  8279接口芯片	152
6.6.1  8279的内部逻辑结构	153
6.6.2  8279的引脚定义	154
6.6.3  8279的操作命令	155
6.6.4  8279的状态字	157
6.7  键盘及接口	158
6.7.1  键盘的输入特点	158
6.7.2  键盘的工作原理	159
6.7.3  键盘的工作方式	161
6.8  LED显示器及其接口	162
6.8.1  LED显示器的结构与原理	162
6.8.2  LED数码管显示器的译码方式	162
6.8.3  LED数码管的显示方式	163
6.8.4  LED显示器与单片机的接口	164
6.9  键盘/显示器接口设计实例	165
6.9.1  利用并行接口芯片8155构成键盘和显示接口电路	166
6.9.2  利用专用接口芯片8279构成键盘和显示接口电路	167
6.9.3  利用单片机串行口构成键盘和显示接口电路	169
本章小结	169
习题6	170
技能设计6  可编程接口芯片8255A的应用	171
第7章  单片机监控串行通信	174
7.1  串行通信基础	174
7.1.1  串行通信的基本原理	175
7.1.2  串行通信的接口标准	179
7.2  80C51单片机串行接口	184
7.2.1  串行接口的结构	184
7.2.2  串行接口的控制寄存器	185
7.2.3  串行接口的工作方式	186
7.3  单片机串行接口监控应用	191
7.3.1  单片机与单片机通信	192
7.3.2  单片机与计算机通信	195
本章小结	196
习题7	196
技能设计7  单片机间监控串行通信	198
第8章  单片机监控接口	201
8.1  D/A转换器及其与单片机接口	201
8.1.1  D/A转换器	201
8.1.2  DAC0832芯片及其与单片机接口应用	203
8.2  A/D转换器及其与单片机接口	208
8.2.1  A/D转换器	208
8.2.2  ADC0809芯片及其与单片机接口应用	209
8.3  监控开关量接口	212
8.3.1  开关量输入接口	212
8.3.2  开关量输出接口	213
本章小结	215
习题8	215
技能设计8  利用ADC0809芯片制作数字电压表	217
第9章  单片机安全监控系统设计	221
9.1  单片机安全监控系统设计与开发	221
9.1.1  安全监控系统设计要求	221
9.1.2  安全监控系统设计步骤	221
9.1.3  安全监控系统开发	222
9.1.4  安全监控系统的开发方式	223
9.2  单片机安全监控系统可靠性技术	225
9.2.1  滤波技术	225
9.2.2  接地技术	226
9.2.3  屏蔽技术	229
9.2.4  隔离技术	229
9.2.5  反电势干扰及其抑制技术	230
9.3  单片机安全监控系统设计实例	230
9.3.1  家电领域的监控系统	231
9.3.2  水塔的水位监控系统	238
9.3.3  作息时间监控钟	241
9.3.4  交通信号灯模拟监控系统	243
9.3.5  工业顺序监控系统	245
本章小结	247
习题9	247
技能设计9  课程设计（综合）——电脑监控钟的设计与制作	247
附录	261
附录A  80C51系列单片机指令	261
附录B  80C51系列单片机常用资料	265
附录C  ASCII码（美国标准信息交换码）表	267
附录D  二进制逻辑单元图形符号对照	268
附录E  常用芯片引脚图	269
附录F  部分习题答案	270
参考文献	273

随着科学技术的进步和工业生产的发展，现代化装备系统的功能越来越完善、结构越来越复杂，其可靠性及安全问题也日益突出，灾难性事故也时有发生。在可靠安全监控等方面，对现代化装备系统的自动化和智能化程度的要求越来越高。安全监控（也称为安全测控）是指监测与控制两种功能的结合，监测设备采集被监测设备或场所的某些特征数据，处理器（如单片机）对监测数据进行分析比较，由控制设备改变被控设备的运行状态，达到自动维持安全和稳定的目的。
单片机是单片微型计算机的简称，是面向对象的用于实时监控领域的微控器。单片机几乎把计算机系统的各功能模块都集成在同一块芯片上，完成了整个系统的功能。单片机年用量达上百亿片，是计算机通用微处理器年用量的几十倍。由于单片机具有体积小、运行可靠、功耗和成本低等特点，因此在智能传感器与监控、电力自动化、机器人、数控车床、工业控制、智能仪表仪器、航空航天、信息通信、交通、家电、汽车等诸多领域均获得了广泛的应用。单片机嵌入式系统的开发与应用，是计算机技术发展史上又一个里程碑。
对于工科相关专业的大学生、研究生和科研技术人员来说，学习和掌握单片机监控技术是非常必要的。工科相关专业要像计算机基础一样开设单片机监控课程，以通用计算机为基础，再学单片机就较为容易，学时数也可适当减少。单片机和通用计算机是微型机发展的两大分支，其基本结构、工作理论、监控技术都非常类似。这样既可以把计算机技术运用到本专业或相关领域，又使计算机与单片机课程互通互补、相互衔接，能够使读者加深理解，达到事半功倍的学习效果。
本书以80C51系列单片机为对象，结合其在人类的生活、交通、工业生产等领域的安全监控应用与设计，既符合教学特点的典型性和实验设备成熟性，又不失内容的先进性与实用性。本书共安排了9个技能设计和5个安全监控系统设计实例，希望读者从感性认识和实践入手，理论结合实践，逐步锻炼解决实际复杂工程问题的能力。

高等教材

余修武， 1976年9月生，男，博士，副教授，硕士生导师。中国电子学会高级会员，湖南省科技厅科技计划项目评审专家，湖南省煤矿安全专家、衡阳市安监局安全专家和职业卫生专家， ARM工程师。研究领域为智能安全监测监控。主讲本科生安全工程专业《安全检测与监控技术》和《电气安全工程》、研究生安全科学与工程专业《安全监测与预警技术》等课程。__eol__近年来主持科研项目省级6项（其中省级重点2项）、校级博士科研启动基金项目1项，参与国家、省部级科研项目10余项；授权发明专利9项（其中发明专利4项），计算机软件著作权登记2项；发表科研论文30余篇，SCI/EI收录13余篇。主持教改项目省级3项、校级5项，发表教研论文6篇，出版专著及教材2部，指导学生竞赛获省一等奖及以上15项，获省级教学成果三等奖5项。

本书全面系统地介绍了单片机的结构原理和监控技术，精选了大量的系统应用实例，具有实际参考价值。本书内容简练，深入浅出，具有一定的深度和广度，可作为高等院校自动化、安全、计算机、测控、机电等相关专业的本科生或研究生教材，也可供从事单片机设计开发和应用等相关领域的研究人员及工程技术人员参考。

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单片机及安全监控