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| 內容簡介： |
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本书以89S51 为典型机，主要论述单片机的基本结构与工作原理，以及单片机应用系统的设计与开发方法。全书内容分为13 章，内容包括概述、单片机的结构和工作原理、指令系统、单片机C51 语言程序设计基础、中断系统、定时器计数器、单片机的串行口UART、单片机常用并行接口技术、串行总线接口技术、单片机应用系统开发环境、基于嵌入式实时操作系统的单片机程序设计方法、基于RTX51的乐曲编辑器和发生器设计、数控电流源设计。书后附录给出了18 个单片机课程设计课题，以及单片机89S51 的指令系统。本书从工程应用出发，突出单片机应用技术的新颖性和实用性；此外，本书为任课教师免费提供电子课件。
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| 關於作者： |
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欧伟明，湖南工业大学信息工程学院教授，长期从事电子技术方面的教学与研究工作，教材成果丰富，出版教材2部，发表论文多篇。
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| 目錄：
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第1章概述1
1.1单片机概念与发展过程1
1.1.1单片机概念1
1.1.2单片机技术发展过程1
1.1.3单片机技术发展方向3
1.1.4常用数制与编码4
1.2单片机应用领域与嵌入式系统概念5
1.2.1单片机应用领域6
1.2.2嵌入式系统概念6
1.3单片机应用系统开发过程简述8
1.3.1单片机编程语言8
1.3.2单片机应用系统结构9
1.3.3单片机应用模式10
1.3.4单片机应用系统开发过程简介11
1.4本书特点与教材使用建议12
1.4.1本书编写指导思想13
1.4.2本书特点15
1.4.3教材使用建议16
1.5本章小结18
1.6思考题与习题19
第2章单片机的结构和工作原理20
2.1MCS-51系列单片机概述20
2.289S51单片机引脚功能说明21
2.2.189S51的引脚图与封装21
2.2.289S51的引脚功能说明22
2.2.389S51的引脚应用特性23
2.389S51单片机内部结构24
2.3.189S51的基本组成24
2.3.289S51的CPU26
2.489S51单片机的存储器28
2.4.1程序存储器29
2.4.2数据存储器29
2.589S51单片机的时钟电路与时序32
2.5.1时钟电路32
2.5.2基本时序单位33
2.689S51单片机的工作方式35
2.6.1复位工作方式和复位电路35
2.6.2低功耗工作方式36
2.6.3串行ISP编程方式37
2.789S51单片机的输入输出端口38
2.7.1P0端口38
2.7.2P1端口39
2.7.3P2端口40
2.7.4P3端口40
2.8本章小结41
2.9思考题与习题42
第3章指令系统*43
3.1MCS-51单片机指令概述43
3.1.1指令格式43
3.1.2符号说明44
3.2寻址方式45
3.2.1寄存器寻址方式45
3.2.2直接寻址方式45
3.2.3寄存器间接寻址方式46
3.2.4立即寻址方式46
3.2.5变址寻址方式46
3.2.6相对寻址方式47
3.2.7位寻址方式47
3.389S51单片机的指令系统47
3.3.1数据传送类指令47
3.3.2算术运算类指令50
3.3.3逻辑运算及移位类指令53
3.3.4控制转移类指令54
3.3.5位操作类指令56
3.4单片机汇编语言简介58
3.4.1汇编语言的语句格式58
3.4.2伪指令59
3.4.3单片机汇编语言程序设计60
3.5本章小结63
3.6思考题与习题63
第4章单片机C51语言程序设计基础65
4.1单片机C51语言概述65
4.1.1C51语言在单片机应用系统开发中的优势65
4.1.2C51语言与标准C语言的比较65
4.1.3编写C51语言程序的基本原则66
4.2C51语言关键字与数据类型67
4.2.1标识符67
4.2.2关键字68
4.2.3数据类型69
4.3C51语言数据71
4.3.1常量71
4.3.2变量72
4.3.3存储器类型和存储器模式72
4.3.4数组74
4.3.5指针75
4.4C51语言对单片机硬件资源的控制76
4.4.1特殊功能寄存器（SFR）的定义76
4.4.2位变量的定义77
4.4.3存储器和外接IO端口的绝对地址访问78
4.5C51语言运算符和表达式79
4.5.1运算符79
4.5.2表达式81
4.6C51语言流程控制语句81
4.6.1语句的概念和分类81
4.6.2判断分支（if、switch语句）82
4.6.3循环控制（for、while语句）84
4.6.4break、continue、return、goto语句85
4.7C51语言函数86
4.7.1函数的定义87
4.7.2函数的调用88
4.7.3C51语言中断函数89
4.8C51语言预处理命令90
4.8.1文件包含90
4.8.2宏定义90
4.8.3条件编译91
4.9C51语言与汇编语言混合编程方法91
4.9.1C51语言程序嵌入汇编语句92
4.9.2C51语言程序调用汇编语言子程序93
4.10本章小结94
4.11思考题与习题95
第5章中断系统96
5.1中断96
5.1.1中断的概念96
5.1.2中断的条件和中断响应过程97
5.289S51中断系统结构与控制98
5.2.189S51的中断源和中断入口地址98
5.2.289S51的中断系统结构99
5.2.3中断控制100
5.3中断应用举例105
5.3.1单外部中断源系统的设计105
5.3.2多外部中断源系统的设计106
5.4本章小结107
5.5思考题与习题108
第6章定时器计数器109
6.1定时器计数器的结构与控制109
6.1.189S51定时器计数器的结构109
6.1.2定时器计数器的控制110
6.2定时器计数器的4种工作方式111
6.2.1工作方式1111
6.2.2工作方式2112
6.2.3工作方式3113
6.2.4工作方式0115
6.3定时器计数器的应用举例115
6.3.1脉冲信号的产生115
6.3.2脉冲宽度的测量116
6.4本章小结117
6.5思考题与习题117
第7章单片机的串行口UART119
7.1串行通信概述119
7.1.1串行通信与并行通信119
7.1.2串行通信的分类119
7.1.3串行通信的数据传送方式121
7.289S51串行口UART的结构与控制122
7.2.1串行口UART的结构122
7.2.2串行口UART的工作方式124
7.2.3串行口UART的波特率计算126
7.3串行口UART的编程及应用实例128
7.3.1串行口UART的编程步骤128
7.3.2串行口UART应用实例128
7.4本章小结131
7.5思考题与习题131
第8章单片机常用并行接口技术133
8.1键盘接口133
8.1.1独立按键134
8.1.2矩阵键盘136
8.2LED显示器接口141
8.2.1LED数码管141
8.2.2LED数码管静态显示接口142
8.2.3LED数码管动态显示接口144
8.3DAC接口147
8.3.1DAC0832芯片介绍147
8.3.2DAC0832与89S51的接口电路148
8.3.3利用DAC0832输出各种电压波形149
8.4ADC接口151
8.4.1ADC0809芯片介绍151
8.4.2ADC0809与89S51的接口电路153
8.4.3ADC0809应用举例154
8.5液晶显示模块LCD1602的接口155
8.5.1LCD1602介绍155
8.5.2LCD1602与89S51的接口电路160
8.5.3LCD1602应用举例161
8.6外部并行三总线接口164
8.7大功率器件驱动接口165
8.7.1光耦接口166
8.7.2继电器接口166
8.7.3双向晶闸管输出接口167
8.7.4固态继电器输出接口168
8.8本章小结169
8.9思考题与习题169
第9章串行总线接口技术170
9.1EIA系列总线标准及其接口170
9.1.1RS-232C总线170
9.1.2RS-485总线172
9.1.3单片机与PC之间的通信174
9.2SPI总线176
9.2.1SPI总线简介176
9.2.2SPI总线通信协议177
9.2.3E2PROM存储器AT93C46及其应用177
9.3I2C总线180
9.3.1I2C总线简介180
9.3.2I2C总线通信协议181
9.3.3I2C接口存储器AT24C02及其应用183
9.41-Wire单总线191
9.4.11-Wire单总线简介191
9.4.2温度传感器DS18B20及其应用193
9.5USB总线198
9.5.1USB总线原理198
9.5.2USB总线通信接口设计实例200
9.6CAN总线202
9.6.1CAN总线简介203
9.6.2CAN总线控制器204
9.6.3CAN总线通信接口设计实例204
9.7本章小结205
9.8思考题与习题206
第10章单片机应用系统开发环境207
10.1单片机应用系统的调试方法207
10.1.1硬件调试方法207
10.1.2软件仿真调试方法209
10.2Keil Vision4集成开发环境210
10.2.1Keil Vision4的主要特性210
10.2.2Keil Vision4集成开发环境设置方法211
10.2.3Keil Vision4工程应用216
10.2.4Keil C51主要头文件介绍226
10.3Proteus 8仿真软件228
10.3.1Proteus 8主界面介绍228
10.3.2Proteus 8绘制电路原理图230
10.3.3Proteus 8仿真调试232
10.4单片机应用系统开发小工具233
10.4.1波特率初值计算工具233
10.4.2数码管编码器233
10.4.3定时器计算工具234
10.4.4串口调试助手234
10.5本章小结235
10.6思考题与习题236
第11章基于嵌入式实时操作系统的单片机程序设计方法237
11.1嵌入式实时操作系统的概念237
11.1.1嵌入式系统的特征237
11.1.2嵌入式实时操作系统的概念238
11.2在电子系统设计中引入RTOS的意义238
11.2.1两种软件开发模式的比较239
11.2.2嵌入式应用中使用嵌入式RTOS的必要性239
11.2.3嵌入式操作系统环境下的应用软件设计240
11.2.4嵌入式操作系统环境下的应用软件调试241
11.3嵌入式实时操作系统RTX51的介绍241
11.3.1RTX51的技术参数241
11.3.2几个概念242
11.3.3RTX Tiny内核分析245
11.3.4RTX Tiny内核源代码249
11.4基于RTX51的单片机程序设计方法251
11.4.1目标系统需求251
11.4.2软件设计指导方针251
11.4.3任务划分的原则252
11.4.4应用程序架构254
11.5本章小结256
11.6思考题与习题256
第12章基于RTX51的乐曲编辑器和发生器设计257
12.1设计任务257
12.2方案设计与论证257
12.2.1以FPGA为核心的实现方案257
12.2.2以MCU为核心的实现方案257
12.3系统硬件设计258
12.3.1系统硬件电路原理图258
12.3.2人机交互界面259
12.4基于RTX51的系统软件设计260
12.4.1乐曲的表示方法260
12.4.2编辑乐曲的软件实现方法261
12.4.3播放乐曲的软件实现方法262
12.4.4系统软件流程框图264
12.5系统源程序清单265
12.5.1C51语言主程序265
12.5.2读AT24C02汇编语言子程序276
12.5.3写AT24C02汇编语言子程序279
12.5.4
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| 內容試閱：
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自1971年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个方向发展：一是向着高速度、大容量、高性能的高档微机方向发展；二是向着稳定可靠、体积小、功耗低、价格低廉的单片机方向发展。单片机是微型计算机的一个重要分支，它的出现是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量存储与高速复杂数值计算进入智能化控制领域。从此，计算机技术的两个重要领域通用计算机领域和嵌入式计算机领域都取得了极其重大的进展。
单片机诞生于20世纪70年代。自美国Intel公司于1976年宣布并于1977年推出MCS-48单片机以来，单片机技术已经走过了40余年的历程。我国自20世纪70年代末80年代初就开始进行单片机的应用与开发工作。1987年10月27日，我国在上海成立中国微计算机单片机学会，中国的单片机开发与应用经历了30余年。几十年来，单片机不是以其位数的高低来决定其优劣的，而是以如何适合千变万化的应用产品的需求、高性价比的配置来决定其优劣的。因此，高性价比、多功能、低功耗的8位单片机一直是单片机的主角。
本书仍然保持前一版的写作风格，在内容上对原书进行了仔细的修订。前一版主要以汇编语言作为单片机编程语言，这一版主要采用C51语言进行单片机程序设计。在编著本书时，我们主要考虑了以下几点。
（1）关于单片机的选型
目前，国内外公认的单片机标准体系结构是美国Intel公司的MCS-51系列，其中的8051单片机由Intel公司以技术转卖的方式，被许多半导体生产厂家作为基核，发展了许多兼容系列，所有这些系列统称为80C51系列。因此，人们在设计单片机应用系统时，可以根据应用系统的要求，广泛选择最佳型号的单片机。然而，美国Atmel公司的单片机AT89S51是80C51系列的典型代表，所以本书以89S51芯片为主线介绍单片机的原理与应用。
（2）全书的整体架构
全书分为两大部分。第一部分，即本书的第1章～第8章，主要介绍单片机结构原理及基本应用，它既是继续学习单片机应用技术的基础，又是单片机原理与应用课程的经典内容。
第二部分，即本书的第9章～第13章，主要介绍当前的单片机应用新技术，以及单片机应用系统设计开发方法和工程设计实例。显然，第二部分是单片机原理与应用课程经典内容的扩展，主要目的是给读者提供继续学习和掌握单片机应用系统开发技术的精选内容，让读者了解当前单片机应用的新技术、开发小工具、开发环境、开发过程，从而达到初步掌握单片机应用系统设计与开发技术的目的。
（3）精心安排经典内容，认真撰写第1章～第8章
从工程应用的角度出发，通过精心安排本书第1章～第8章的内容，达到既讲透单片机的结构原理，又精简经典内容体系结构的目的。比如，单片机的工作方式有多种，但从工程应用的角度来看，主要用到的是复位工作方式、低功耗工作方式和编程工作方式。因此，本书在介绍复位电路的基础上，重点介绍复位工作方式、低功耗工作方式和AT89S51的ISP编程工作方式，而对其他工作方式只是略为提一下。又如，定时器计数器有4种工作方式，其他教材一般按照顺序介绍工作方式0～工作方式3，但在实际的工程应用中，工作方式0很少采用而工作方式1应用最多，所以本书按照工作方式1、工作方式2、工作方式3、工作方式0的顺序进行介绍，以便使教材的内容贴近实际需要。再如，单片机的存储器有程序存储器和数据存储器，而实际上特殊功能寄存器也属于单片机的存储器，因此本书将这三方面的内容放在一个小节内介绍，这种安排是有别于其他教材的。为保证本书中所用的实例程序的正确性，所选用的实例程序都通过了实际验证。
（4）详细介绍串行总线接口技术
随着计算机技术和半导体技术的发展，MCU芯片的内部资源越来越丰富，总线型单片机的非总线应用模式使用得越来越广泛；在MCU的外部，很少采用并行三总线（数据总线、地址总线、控制总线）的结构，而常常采用具有串行总线接口的外围芯片。因此，本书用一章的篇幅来详细介绍串行总线接口技术，包括RS-232C、RS-485、SPI、I2C、1-Wire、CAN、USB等。
（5）介绍C51语言程序设计方法
目前，在单片机程序设计部分，讲授内容大多限于汇编语言，而在实际应用中，单片机程序设计在多年前就已进入高级语言阶段，各种单片机高级语言开发工具的相继出现，使得高级语言程序设计在可读性、可靠性和编程效率上都远超过汇编语言，德国Keil Software公司的Keil C51编译器就是典型代表。Keil C51编译器是一种专为MCS-51系列单片机应用开发而设计的高效率C语言编译器，该编译器包括C51交叉编译器、A51宏汇编器、BL51连接定位器和基于Windows的集成化文件管理编译环境、多视窗软件仿真调试器等一系列开发工具，具有高效、可靠、使用方便等优点，其应用如今已十分普及。面向MCS-51系列单片机的C语言称为C51语言，它已经成为单片机的主流程序设计语言。
本书采用C51语言作为单片机程序设计语言。然而，我们认为目前在教学中不宜完全忽略汇编语言程序设计方法的介绍，因为在许多实时控制时序和时间要求十分苛刻的场合，尤其在控制接口硬件时，用汇编语言进行程序设计显得非常简洁。因此，作为选学内容，本书保留了MCS-51单片机指令系统并简要介绍了汇编语言程序设计方法。
第11章～第13章不仅采用了C51语言程序设计方法，有时还采用了C51语言程序调用汇编语言子程序的编程方法，这种安排对读者而言应具有很好的指导作用。
（6）介绍基于嵌入式实时操作系统的单片机程序设计方法
第11章介绍适用于MCS-51系列8位单片机的嵌入式实时操作系统RTX51及其应用方法。这个内容有别于嵌入式系统课程的内容：一方面，实时操作系统RTX51是适用于MCS-51系列8位单片机的，而嵌入式系统课程中介绍的实时操作系统是适用于32位嵌入式微处理器或64位嵌入式微控制器的；另一方面，实时操作系统RTX51易学好用，作者在实际的工程项目中使用它后觉得很好，因此将其放到本书中，这也是本书的亮点之一。
（7）简单介绍单片机应用系统设计开发环境
第10章主要介绍单片机开发小工具、开发环境Keil Vision4和Proteus以及开发步骤，目的是让读者了解单片机应用系统设计开发的方法和工程设计步骤，建立单片机应用系统开发的全局观念。一般来说，单片机开发环境的介绍需要较大的篇幅，且已有专门的书籍进行了介绍，而要真正掌握单片机的开发环境，只有经过大量的训练后才能实现，因此对于这部分内容本书只做简单介绍，读者必须通过实际操作，不断积累经验，直至熟练运用单片机开发环境。
（8）与工程应用相结合，选取完整的设计实例
第12章和第13章是两个完整的单片机应用系统的设计实例，取材于全国大学生电子设计竞赛的国家级获奖作品和实际的工程设计。这两章都给出了完整的系统设计过程，不仅给出了完整的系统硬件电路原理图，而且给出了完整的系统软件设计源程序代码，系统应用程序采用C51语言进行编写，或采用C51语言和MCS-51汇编语言混合编写。此外，这两章的编写体例是按照电气信息类专业本科毕业设计的论文格式要求进行撰写的，在书中还给出了所设计与制作实物的数码照片，以便增强实际效果。因此，本书的这两章不仅可供从事单片机应用系统开发的工程技术人员参考，还可作为各类电子设计竞赛的培训内容，以及单片机课程设计的参考内容和电气信息类专业学生毕业设计的参考内容。
本书以89S51为典型机，主要论述单片机的基本结构与工作原理，以及单片机应用系统的设计与开发方法。全书内容分为13章，内容包括概述、单片机的结构和工作原理、指令系统、单片机C51语言程序设计基础、中断系统、定时器计数器、单片机的串行口UART、单片机常用并行接口技术、串行总线接口技术、单片机应用系统开发环境、基于嵌入式实时操作系统的单片机程序设计方法、基于RTX51的乐曲编辑器和发生器的设计、数控电流源的设计。书后附录给出了18个单片机课程设计题，以及单片机89S51的指令系统。
本书由欧伟明教授任主编，刘剑、何静、凌云任副主编。欧伟明教授撰写第1章、第4章、第11～12章，龙晓薇老师撰写第2章，李小宝博士撰写第3章，何静博士撰写第5章，李圣清教授撰写第6章，刘剑副教授撰写第7章、第10章，欧伟明教授、贺正芸老师撰写第8章，凌云教授撰写第9章，蒋中荣副教授撰写第13章，周玉副教授撰写附录A，李朝仑老师撰写附录B。全书由欧伟明教授统稿和定稿。
本书的撰写得到了湖南工业大学的张昌凡教授、贺素良教授（参加了本书前一版的撰写工作）、朱晓青教授、龙永红教授、张满生教授、李祥飞博士、李燕林老师的大力支持，他们给予了作者鼓励和关于本教材的编写意见；还得到了湖南工业大学电气与信息工程学院的毕业生刘张胜、庄永军、楚瑞玉、任杰、周韬、李军杰、蒙毓李、杨敬力、柳红新、付贵勇、欧阳文彦、郭仁的支持，他们对书中部分硬件电路和部分程序的初步调试做了有益的工作。在此一并表示衷心的感谢！
欧伟明
2018年12月于湖南工业大学
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