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第1章 单片机概述1

1.1 单片机简介1

1.2 单片机的发展历史2

1.3 单片机的特点2

1.4 单片机的应用3

1.5 单片机的发展趋势4

1.6 MCS-51系列与AT89S5x系列单片机5

1.6.1 MCS-51系列单片机5

1.6.2 AT89S5x系列单片机简介6

1.7 各种衍生品种的8051单片机8

1.7.1 STC系列单片机8

1.7.2 C8051 Fxxx单片机9

1.7.3 ADμC812单片机9

1.7.4 华邦W77系列、W78系列单片机9

1.8 PIC系列单片机与AVR系列单片机10

1.8.1 PIC系列单片机10

1.8.2 AVR系列单片机11

1.9 其他的嵌入式处理器简介11

1.9.1 嵌入式DSP处理器11

1.9.2 嵌入式微处理器12

思考题及习题13

第2章 AT89S51单片机的片内硬件结构14

2.1 AT89S51单片机的硬件组成14

2.2 AT89S51的引脚功能16

2.2.1 电源及时钟引脚16

2.2.2 控制引脚16

2.2.3 并行I/O口引脚17

2.3 AT89S51的CPU18

2.3.1 运算器18

2.3.2 控制器19

2.4 AT89S51单片机存储器的结构20

2.4.1 程序存储器空间21

2.4.2 数据存储器空间21

2.4.3 特殊功能寄存器22

2.4.4 位地址空间25

2.5 AT89S51单片机的并行I/O端口26

2.5.1 P0口26

2.5.2 P1口27

2.5.3 P2口28

2.5.4 P3口29

2.6 时钟电路与时序30

2.6.1 时钟电路设计30

2.6.2 时钟周期、机器周期、指令周期与指令时序31

2.7 复位操作和复位电路32

2.7.1 复位操作32

2.7.2 复位电路设计32

2.8 AT89S51单片机的最小应用系统33

2.9 看门狗定时器（WDT）的使用33

2.10 低功耗节电模式34

2.10.1 空闲模式35

2.10.2 掉电运行模式35

思考题及习题35

第3章 8051指令系统与编程基础37

3.1 指令系统概述37

3.2 指令格式37

3.3 指令系统的寻址方式38

3.4 8051指令系统分类介绍40

3.4.1 数据传送类指令41

3.4.2 算术运算类指令44

3.4.3 逻辑操作类指令48

3.4.4 控制转移类指令50

3.4.5 位操作类指令53

3.5 8051指令汇总54

3.6 某些指令的说明58

3.7 8051汇编语言程序设计基础59

3.7.1 编程语言概述59

3.7.2 汇编语言语句和格式60

3.7.3 伪指令61

3.7.4 汇编语言源程序的汇编63

3.8 8051汇编语言程序设计举例64

3.8.1 子程序的设计64

3.8.2 查表程序设计65

3.8.3 分支转移程序设计67

3.8.4 循环程序设计70

思考题及习题72

第4章 AT89S51单片机的中断系统74

4.1 AT89S51中断技术概述74

4.2 AT89S51中断系统结构74

4.2.1 中断请求源75

4.2.2 中断请求标志寄存器75

4.3 中断允许与中断优先级的控制76

4.3.1 中断允许寄存器IE77

4.3.2 中断优先级寄存器IP78

4.4 响应中断请求的条件80

4.5 外部中断的响应时间81

4.6 外部中断的触发方式选择81

4.6.1 电平触发方式81

4.6.2 跳沿触发方式81

4.7 中断请求的撤销82

4.8 中断服务子程序的设计83

4.9 多外部中断源系统设计85

4.9.1 中断和查询结合的方法85

4.9.2 用优先权编码器扩展外部中断源86

思考题及习题89

第5章 I/O口应用——显示与开关／键盘输入90

5.1 单片机控制发光二极管的显示90

5.1.1 单片机与发光二极管的连接90

5.1.2 单片机I/O端口控制发光二极管的编程91

5.2 开关状态检测92

5.3 单片机控制LED数码管的显示93

5.3.1 LED数码管显示原理93

5.3.2 LED数码管的显示方式95

5.3.3 LED数码管静态显示设计97

5.3.4 LED数码管动态显示设计98

5.4 单片机控制LED点阵显示器显示99

5.4.1 LED点阵显示器结构与显示原理99

5.4.2 控制16×16 LED点阵显示屏的设计101

5.5 单片机控制LCD 1602液晶显示器的显示105

5.5.1 LCD 1602液晶显示模块简介105

5.5.2 单片机控制字符型LCD 1602的显示案例110

5.6 键盘接口设计112

5.6.1 键盘接口设计应解决的问题112

5.6.2 独立式键盘的设计113

5.6.3 矩阵式键盘的设计116

5.6.4 单片机与专用键盘／显示器芯片HD7279的接口设计120

5.7 AT89S51单片机与BCD码拨盘的接口设计129

思考题及习题131

第6章 AT89S51单片机的定时器／计数器132

6.1 定时器／计数器的结构132

6.1.1 工作方式控制寄存器TMOD133

6.1.2 定时器／计数器控制寄存器TCON133

6.2 定时器／计数器的4种工作方式134

6.2.1 方式0134

6.2.2 方式1135

6.2.3 方式2135

6.2.4 方式3136

6.3 对外部输入的计数信号的要求138

6.4 定时器／计数器的编程和应用138

6.4.1 方式1的应用138

6.4.2 方式2的应用140

6.4.3 方式3的应用143

6.4.4 门控制位GATEx的应用——测量脉冲宽度145

6.4.5 实时时钟的设计146

思考题及习题148

第7章 AT89S51单片机的串行口149

7.1 串行口的结构149

7.1.1 串行口控制寄存器SCON150

7.1.2 特殊功能寄存器PCON151

7.2 串行口的4种工作方式151

7.2.1 方式0151

7.2.2 方式1154

7.2.3 方式2155

7.2.4 方式3157

7.3 多机通信157

7.4 波特率的制定方法159

7.4.1 波特率的定义159

7.4.2 定时器T1产生波特率的计算159

7.5 串行口的应用160

7.5.1 串行通信接口标准160

7.5.2 串行通信设计需要考虑的问题163

7.5.3 双机串行通信软件编程164

7.5.4 PC与单片机的点对点串行通信接口设计169

7.5.5 PC与单片机或多个单片机的串行通信接口设计170

思考题及习题171

第8章 AT89S51单片机外部存储器的并行扩展172

8.1 系统并行扩展结构172

8.2 地址空间分配和外部地址锁存器173

8.2.1 存储器地址空间分配173

8.2.2 外部地址锁存器177

8.3 静态数据存储器RAM的并行扩展178

8.3.1 常用的静态RAM（SRAM）芯片178

8.3.2 外扩数据存储器的读写操作时序179

8.3.3 AT89S51单片机与RAM的接口设计与软件编程180

8.4 片内Flash存储器的编程184

8.4.1 使用通用编程器的程序写入185

8.4.2 使用下载线的ISP编程185

8.5 E2PROM的并行扩展186

8.5.1 并行E2PROM芯片简介186

8.5.2 E2PROM的工作方式187

8.5.3 AT89S51单片机扩展E2PROM AT2864的设计188

思考题及习题189

第9章 AT89S51单片机的I/O扩展191

9.1 I/O接口扩展概述191

9.1.1 扩展的I/O接口功能191

9.1.2 I/O端口的编址191

9.1.3 I/O数据的传送方式192

9.1.4 I/O接口电路192

9.2 AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计193

9.2.1 82C55芯片简介193

9.2.2 工作方式选择控制字及端口PC置位／复位控制字194

9.2.3 82C55的3种工作方式196

9.2.4 AT89S51单片机与82C55的接口设计200

9.3 利用74LSTTL电路扩展并行I/O口201

9.4 用AT89S51单片机的串行口扩展并行口203

9.4.1 用74LS165扩展并行输入口203

9.4.2 用74LS164扩展并行输出口204

9.5 用I/O口控制的声音报警接口205

9.5.1 蜂鸣音报警接口205

9.5.2 音乐报警接口206

思考题及习题206

第10章 单片机系统的串行扩展技术208

10.1 单总线串行扩展208

10.1.1 单总线系统的典型应用——DS18B20的温度测量系统208

10.1.2 单总线DS18B20温度测量系统的设计211

10.2 SPI总线串行扩展215

10.3 I2C总线的串行扩展216

10.3.1 I2C串行总线系统的基本结构217

10.3.2 I2C总线的数据传送规定217

10.3.3 AT89S51的I2C总线系统扩展220

10.3.4 I2C总线数据传送的模拟221

10.3.5 利用I2C总线扩展E2PROM AT24C02的IC卡设计223

思考题及习题227

第11章 AT89S51单片机与DAC、ADC的接口229

11.1 单片机扩展D/A转换器概述229

11.2 单片机扩展并行8位DAC0832的设计230

11.2.1 DAC0832简介230

11.2.2 AT89S51单片机与8位D/A转换器0832的接口设计231

11.3 AT89S51单片机与12位D/A转换器AD667的接口设计235

11.3.1 12位D/A转换器AD667简介236

11.3.2 AD667与AT89S51单片机的接口设计237

11.3.3 AD667使用中的技术细节238

11.4 AT89S51与串行输入的12位D/A转换器AD7543的接口设计241

11.4.1 AD7543简介241

11.4.2 AT89S51扩展AD7543的接口设计242

11.5 单片机扩展A/D转换器概述243

11.6 单片机扩展并行8位A/D转换器ADC0809244

11.6.1 ADC0809简介244

11.6.2 AT89S51单片机与ADC0809的接口设计245

11.7 单片机扩展12位串行ADC-TLC2543的设计247

11.7.1 TLC2543的特性及工作原理248

11.7.2 AT89S5 1单片机扩展TLC2543的设计249

11.8 AT89S51与双积分型A/D转换器MC14433的接口251

11.8.1 MC14433 A/D转换器简介252

11.8.2 MC14433与AT89S51单片机的接口253

11.9 AT89S51单片机与V/F转换器的接口255

11.9.1 用V/F转换器实现A/D转换的原理255

11.9.2 常用V/F转换器LMX31简介255

11.9.3 V/F转换器与AT89S5 1单片机的接口设计256

11.9.4 V/F转换的应用设计257

思考题及习题258

第12章 其他常用的接口设计260

12.1 步进电机的控制260

12.1.1 控制步进电机的工作原理260

12.1.2 控制步进电机的设计案例261

12.2 直流电机的控制262

12.2.1 控制直流电机的工作原理263

12.2.2 控制直流电机的设计案例263

12.3 基于时钟／日历芯片DS1302的电子钟设计265

12.3.1 DS1302的工作原理265

12.3.2 DS1302的应用设计案例268

12.4 AT89S51单片机与微型打印机TPμP-40A/16A的接口274

12.4.1 TPμP-40A/16A微型打印机简介274

12.4.2 字符代码及打印命令276

12.4.3 TPμP-40A/16A与AT89S51单片机接口设计277

12.5 单片机与I/O功率驱动的接口设计278

12.5.1 AT89S51与外围集成数字驱动电路的接口278

12.5.2 AT89S51与光电耦合器的接口280

12.5.3 AT89S51与集成功率电子开关输出接口283

思考题及习题284

第13章 AT89S51单片机的应用设计与调试285

13.1 单片机应用系统的设计步骤285

13.2 单片机应用系统设计286

13.2.1 硬件设计应考虑的问题286

13.2.2 典型的单片机应用系统287

13.2.3 系统设计中的总线驱动288

13.2.4 软件设计考虑的问题290

13.2.5 软件的总体框架设计290

13.3 单片机应用系统的仿真开发与调试291

13.4 单片机应用系统的抗干扰与可靠性设计296

13.4.1 AT89S51片内看门狗定时器的使用296

13.4.2 指令冗余和软件陷阱297

13.4.3 软件滤波299

13.4.4 开关量输入／输出软件抗干扰设计302

13.4.5 过程通道干扰的抑制措施——隔离303

13.4.6 印制电路板抗干扰布线的基本原则304

思考题及习题307

附录A 基础实验题目308

实验1 单片机I/O口应用——控制LED流水灯308

实验2 单个外部中断实验308

实验3 中断嵌套实验309

实验4 定时器／计数器的定时实验309

实验5 定时器／计数器的计数器实验309

实验6 串口方式0扩展并行输出口实验309

实验7 串行口方式0扩展并行输入口实验310

实验8 双单片机串行通信310

实验9 扩展82C55并行I/O实验311

实验10 独立式键盘实验311

实验11 矩阵式键盘扫描实验311

实验12 单片机控制1602液晶显示器显示字符311

实验13 DAC0832的D/A转换实验312

实验14 ADC0809的A/D转换实验312

实验15 I2C总线串行扩展——AT24C02存储器读写312

附录B 课程设计题目314

题目1 节日彩灯控制器的设计314

题目2 单一外中断的应用314

题目3 LED数码管秒表的制作315

题目4 音乐音符发生器的制作315

题目5 用定时器设计的门铃315

题目6 控制数码管循环显示单个数字316

题目7 基于DS18B20的数字温度计设计316

题目8 利用定时器在P1.0上产生周期为2ms的方波316

题目9 电话键盘及拨号的模拟316

题目10 双机串行口方式1单工通信317

题目11 数码管显示4×4矩阵键盘的键号317

题目12 波形发生器的制作317

题目13 频率计的制作318

题目14 数字电压表设计318

题目15 单片机控制串行DAC：AD7543的调压器319

题目16 单片机控制16×16阵列LED的显示319

题目17 直流电机控制实验319

题目18 步进电机控制实验320

参考文献321