單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)（C語言版）

結(jié)構(gòu)清晰、科學(xué)、先進(jìn)，內(nèi)容選取精煉，講解清晰、準(zhǔn)確。

例題習(xí)題豐富，軟硬件結(jié)合，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。

詳細(xì)講解了C51 函數(shù)在串行口操作中的應(yīng)用。

創(chuàng)新性地提出了多個(gè)概念及鍵盤識別和編程方法。

前 言

自《單片機(jī)原理及應(yīng)用（C語言版）》出版到現(xiàn)在，已過去了十年的時(shí)間。在這十年里，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、芯片技術(shù)等得到了快速發(fā)展，并且這些技術(shù)迅速得到了廣泛的應(yīng)用。雖然在嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域使用高性能32位微控制器越來越多，但易學(xué)易用、開發(fā)成本低、性價(jià)比高的8位單片機(jī)依然不失主流，并且單片機(jī)也是嵌入式系統(tǒng)一種重要的微控制器，而且單片機(jī)是學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

隨著科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展，單片機(jī)的教學(xué)內(nèi)容和方法應(yīng)該作相應(yīng)的改革。回想之前出版的兩本單片機(jī)圖書，《單片機(jī)原理及應(yīng)用（C語言版）》（中國水利水電出版社）主要是加入了單片機(jī)C語言，因?yàn)橹v得透徹、改變了編程方法、提高了編程效率，所以得到了同行的認(rèn)可。《單片機(jī)原理及應(yīng)用教程（C語言版）》（中國水利水電出版社）主要是加入了虛擬仿真工具Proteus，改變了實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生可以在自己的計(jì)算機(jī)上隨時(shí)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并且實(shí)驗(yàn)程序與硬件電路密切結(jié)合，提高了學(xué)習(xí)效率和應(yīng)用技能，所以也得到了同行的認(rèn)可。

近幾年單片機(jī)的教材有不少從項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方面進(jìn)行改革，是一種注重于實(shí)用性、趣味性的探索嘗試。本版仍然以知識的科學(xué)性、邏輯性為原則，搭建知識結(jié)構(gòu)，組織教學(xué)內(nèi)容，其主要變化是優(yōu)化了結(jié)構(gòu)、更新和完善了內(nèi)容。

一、本書主要作的修改

（1）優(yōu)化了知識的結(jié)構(gòu)。主要是組建了“單片機(jī)I/O口及應(yīng)用”一章，使整書結(jié)構(gòu)更加科學(xué)，邏輯關(guān)系更加合理。

（2）更新了過時(shí)的內(nèi)容。一是把原來8位、單通道、并行接口的DAC0832，換成了12位、4通道、SPI接口的DAC124S085；二是把原來8位、8通道、并行接口的ADC0809，換成了8位、4通道、SPI接口的ADC0834；三是更新了Keil C和Proteus的相關(guān)內(nèi)容。

（3）修改、完善了一些內(nèi)容。如增加了RS-422/485接口、USB接口，增加了串行口C語言編程一節(jié)，詳細(xì)講解了相關(guān)的函數(shù)；修改、完善了總線接口技術(shù)一章的內(nèi)容，其內(nèi)容包括并行總線接口技術(shù)，SPI、IIC總線接口技術(shù)；豐富了“單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)”一章的內(nèi)容，增加了“環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)”一節(jié)。

（4）刪除了“指令系統(tǒng)與匯編程序設(shè)計(jì)”一章，以滿足對這部分內(nèi)容沒有要求的讀者。

（5）修改了書中的各種錯(cuò)誤。

二、本書的主要特點(diǎn)與特色

經(jīng)過以上幾個(gè)方面的修改，在保留了前幾版的特色（以89C52為對象講解、以C語言為主要編程語言、與單片機(jī)緊密結(jié)合的C語言內(nèi)容、Proteus仿真實(shí)驗(yàn)）的基礎(chǔ)上，又有創(chuàng)新和提高。具體來說，本版具有如下特色：

（1）本書結(jié)構(gòu)清晰、科學(xué)、先進(jìn)；內(nèi)容選取精煉、講解清晰、準(zhǔn)確；例題習(xí)題豐富、聯(lián)系實(shí)際；軟硬件結(jié)合、理論與實(shí)踐緊密結(jié)合；勇于探索、開拓創(chuàng)新。

（2）突出了輸入/輸出端口及應(yīng)用。單列一章（第5章）講解輸入/輸出端口結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用。這樣設(shè)置，既突出了I/O口的重要性，增加了對I/O口的應(yīng)用（專門編寫了I/O口應(yīng)用方面的十幾道編程題），并且解決了鍵盤、顯示器內(nèi)容滯后的問題。

（3）注意接口方法與能力的培養(yǎng)。一是接口概念明確，真正理解接口的含義；二是用一章介紹常用總線（并行總線、SPI總線、IIC總線）的接口技術(shù)，增加了SPI總線；三是重視接口時(shí)序分析和應(yīng)用，幾乎在每個(gè)接口中都有體現(xiàn)，使讀者能夠正確使用各種接口芯片；四是增加了串行口的接口技術(shù)，其內(nèi)容包括單片機(jī)與RS-232、RS-422/485、USB的接口技術(shù)，這些內(nèi)容都很實(shí)用。本書通過“總線接口、芯片接口、接口時(shí)序、操作函數(shù)、接口應(yīng)用”這五個(gè)方面眾多實(shí)例的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，使讀者能夠通過閱讀手冊，使用新的芯片，即能夠?qū)懗龌�本操作函�?shù)，編寫應(yīng)用程序。

（4）所有的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器都采用SPI接口的芯片。淘汰了傳統(tǒng)的并行三總線接口的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器在實(shí)際中已經(jīng)很少使用。書中所講的這些轉(zhuǎn)換器，不僅接口方便，而且應(yīng)用廣泛、價(jià)格便宜、編程簡單，在Proteus器件庫中都可以找到，能夠仿真調(diào)試運(yùn)行。

（5）“單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)”一章關(guān)注基礎(chǔ)性、普適性和實(shí)用性，是第10章的延續(xù)與提升。簡易計(jì)算器設(shè)計(jì)，在軟件方面示范了鍵盤、數(shù)碼管及其驅(qū)動(dòng)芯片的使用方法及系統(tǒng)構(gòu)成，其程序示范了如何從鍵盤獲得數(shù)值型變量值、怎樣處理功能鍵；萬年歷設(shè)計(jì)為讀者提供了時(shí)鐘芯片的使用方法，以及完整的萬年歷程序；環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)示范了數(shù)字溫濕度傳感器、光照度傳感器等環(huán)境檢測中常用的器件的使用方法和應(yīng)用程序。這幾個(gè)例子有如下特點(diǎn)：一是基本上不包含專業(yè)性、行業(yè)性較強(qiáng)的內(nèi)容，因此，程序容易閱讀、學(xué)習(xí)；二是例子中示范的器件應(yīng)用廣泛，是一般應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的部分；三是例子中的程序可以直接用到其他應(yīng)用系統(tǒng)中。

（6）詳細(xì)講解了C51函數(shù)在串行口操作中的應(yīng)用。C51的輸入/輸出函數(shù)在很多應(yīng)用中特別方便，如對GPRS、GPS等模塊的操作。現(xiàn)有單片機(jī)圖書對輸入/輸出函數(shù)在串行口中的應(yīng)用介紹較少，深入、透徹講解的更少。本書在串行口一章用一節(jié)的篇幅，對輸入/輸出函數(shù)的特點(diǎn)、應(yīng)用方法、注意的問題等，作了詳細(xì)的講解。

（7）在“C51位變量的定義”一節(jié)，專門寫了“位操作應(yīng)用”小節(jié)，講解了判斷位值、查找0/1位、逐位發(fā)送、逐位接收這些位操作的方法及編程，這些方法在鍵盤識別、串行總線（SPI、IIC、單總線）接口操作中會(huì)廣泛用到，解決了讀者學(xué)習(xí)這些內(nèi)容的相關(guān)問題。

（8）創(chuàng)新性地提出了多個(gè)概念及鍵盤識別和編程方法。在第4章提出了“變量存儲區(qū)（域）”和“設(shè)備變量”的概念。“變量存儲區(qū)（域）”的概念（其他單片機(jī)書中稱為“存儲類別”）符合單片機(jī)變量保存位置區(qū)域的特征，容易理解并且與ANSI C變量的“存儲類型”屬性不沖突。“設(shè)備變量”的概念雖然不是必須的，但“設(shè)備變量”本身訪問過程的復(fù)雜性和它的特指性，對于初學(xué)者理解、掌握這類訪問過程復(fù)雜的變量有顯著的作用，對于教師則方便講解，書中不僅給出了概念的定義、特征描述，還給出了“設(shè)備變量”的多種定義方法之比較及最佳定義方法。在第5章提出了“行列快速掃描法”鍵盤識別方法，與常用的“行掃描法”“行列反轉(zhuǎn)法”相比，該方法更簡單、更容易理解、更容易編程。

（9）其他方面。如所有延時(shí)都有確定的時(shí)間，長的到1000ms、2000ms，短的至5μs、1μs，不存在延時(shí)時(shí)間模糊、讀者存疑的情況。在IIC、SPI等總線操作中，注釋了一些關(guān)鍵部分的操作時(shí)間。又如，思考題例題豐富，便于學(xué)習(xí)、訓(xùn)練參考。再如，所截電路圖緊湊、布局恰當(dāng)、突出重點(diǎn)、清晰、大小適中。

三、幾點(diǎn)說明

（1）本書中的單片機(jī)型號都標(biāo)示為“89C52”，在實(shí)際應(yīng)用開發(fā)中選用的多為我國宏晶公司的STC系列單片機(jī)，但Proteus仿真軟件中沒有該系列，選用的是“AT89C52”，標(biāo)示為“89C52”。

（2）書中的Proteus仿真電路都省略了晶振、復(fù)位、電源等電路，也省略了數(shù)碼管等電路的驅(qū)動(dòng)，請讀者注意。

（3）關(guān)于單片機(jī)的學(xué)習(xí)，除了重視單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、編程之外，還要重視芯片的結(jié)構(gòu)、原理、接口方法和接口時(shí)序，能夠?qū)懗霾僮骱瘮?shù)。

本書由周國運(yùn)主持編寫、組織內(nèi)容及統(tǒng)稿。本書編寫分工如下：周國運(yùn)編寫了第2章～第4章和5.1、8.4.3、8.5、11.1.1節(jié)及附錄，魯慶賓編寫了第5、第8、第10、第11章，趙天翔編寫了第1、第6、第7、第9章。

由于編者水平有限，書中難免存在錯(cuò)誤和不妥之處，敬請同行和讀者批評指正。作者郵箱：zhouguoyun@sina.com。

編 者

2019年3月

前言

第1章 單片機(jī)概述 1
1.1 單片機(jī)的基本概念 1
1.2 單片機(jī)的發(fā)展歷史 1
1.3 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 3
1.3.1 單片機(jī)的特點(diǎn) 3
1.3.2 單片機(jī)的應(yīng)用 3
1.4 常見MCS-51單片機(jī)簡介 4
1.4.1 MCS-51系列單片機(jī) 4
1.4.2 ATMEL89系列單片機(jī) 4
1.4.3 STC系列單片機(jī) 5
思考題與習(xí)題 6
第2章 MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理 7
2.1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及CPU 7
2.1.1 MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 7
2.1.2 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部原理結(jié)構(gòu) 8
2.1.3 MCS-51單片機(jī)的CPU 8
2.2 MCS-51單片機(jī)引腳信號 11
2.2.1 MCS-51單片機(jī)引腳信號及功能 11
2.2.2 MCS-51單片機(jī)外部總線結(jié)構(gòu) 14
2.3 MCS-51單片機(jī)存儲器結(jié)構(gòu) 15
2.3.1 程序存儲器結(jié)構(gòu) 15
2.3.2 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器結(jié)構(gòu) 16
2.3.3 片外數(shù)據(jù)存儲器結(jié)構(gòu) 19
2.4 MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘及CPU時(shí)序 20
2.4.1 時(shí)鐘電路及時(shí)鐘信號 20
2.4.2 CPU時(shí)序 22
2.5 MCS-51單片機(jī)的復(fù)位 24
2.5.1 復(fù)位狀態(tài) 24
2.5.2 復(fù)位電路 24
2.6 MCS-51單片機(jī)低功耗工作方式 25
2.6.1 低功耗結(jié)構(gòu)及控制 25
2.6.2 空閑工作方式 26
2.6.3 掉電工作方式 27
思考題與習(xí)題 27
第3章 單片機(jī)C語言基礎(chǔ) 29
3.1 C51概述 29
3.1.1 C語言編程的優(yōu)勢 29
3.1.2 C51與ANSI C的區(qū)別 30
3.1.3 C51擴(kuò)充的關(guān)鍵字 31
3.2 C51數(shù)據(jù)類型及存儲 31
3.2.1 C51的數(shù)據(jù)類型 31
3.2.2 C51數(shù)據(jù)的存儲 33
3.3 C51一般變量的定義 34
3.3.1 C51變量的定義格式 34
3.3.2 C51變量的存儲類型 34
3.3.3 C51變量的存儲區(qū) 35
3.3.4 C51變量定義舉例 36
3.3.5 C51變量的存儲模式 36
3.3.6 C51變量的絕對定位 37
3.3.7 C51設(shè)備變量 38
3.4 C51特殊功能寄存器的定義 38
3.4.1 8位特殊功能寄存器的定義 39
3.4.2 16位特殊功能寄存器的定義 39
3.5 C51位變量的定義 39
3.5.1 bit型位變量的定義 39
3.5.2 sbit型位變量的定義 40
4.5.3 位操作應(yīng)用 41
3.6 C51指針與結(jié)構(gòu)體的定義 44
3.6.1 通用指針 44
3.6.2 存儲器專用指針 44
3.6.3 指針變換 45
3.6.4 C51指針應(yīng)用 45
3.6.5 C51結(jié)構(gòu)體定義 48
3.7 C51函數(shù)的定義 49
3.7.1 C51函數(shù)定義的一般格式 49
3.7.2 C51中斷函數(shù)的定義 50
思考題與習(xí)題 51
第4章 單片機(jī)開發(fā)工具 53
4.1 單片機(jī)程序開發(fā)軟件Keil C簡介 53
4.1.1 Keil C集成開發(fā)工具簡介 53
4.1.2 Keil C的操作工具 54
4.1.3 Keil C程序開發(fā)方法 58
4.1.4 Keil C調(diào)試運(yùn)行方法 61
4.2 單片機(jī)系統(tǒng)模擬軟件Proteus簡介 64
4.2.1 Proteus主界面 65
4.2.2 Proteus ISIS的操作工具 65
4.2.3 Proteus ISIS原理圖設(shè)計(jì)方法 71
4.2.4 Proteus ISIS原理圖設(shè)計(jì)舉例 74
4.2.5 Proteus ISIS仿真方法 76
思考題與習(xí)題 77
第5章 單片機(jī)I/O口及應(yīng)用 79
5.1 單片機(jī)I/O口結(jié)構(gòu)原理 79
5.1.1 P1口 79
5.1.2 P2口 81
5.1.3 P3口 81
5.1.4 P0口 82
5.1.5 端口負(fù)載能力和接口要求 83
5.2 數(shù)碼管及顯示控制 84
5.2.1 數(shù)碼管顯示器結(jié)構(gòu)原理 84
5.2.2 數(shù)碼管顯示方式 85
5.2.3 數(shù)碼管顯示控制 86
5.3 鍵盤及識別控制 87
5.3.1 鍵盤分類及按鍵識別 87
5.3.2 獨(dú)立式鍵盤及按鍵識別 88
5.3.3 行列式鍵盤及按鍵識別 89
5.3.4 中斷方式掃描鍵盤 92
5.3.5 鍵盤應(yīng)用舉例 92
5.4 LCD顯示器及控制 95
5.4.1．LM016L引腳信號 95
5.4.2 LM016L操作指令 95
5.4.3 LM016L數(shù)據(jù)存儲器 96
5.4.4 LM016L基本操作函數(shù) 97
5.4.5 LM016L應(yīng)用編程 98
思考題與習(xí)題 99
第6章 單片機(jī)中斷系統(tǒng) 101
6.1 中斷系統(tǒng)概述 101
6.1.1 中斷的基本概念 101
6.1.2 中斷的功能 101
6.2 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 102
6.2.1 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 102
6.2.2 中斷系統(tǒng)的原理 102
6.2.3 外部中斷觸發(fā)方式 103
6.2.4 中斷請求標(biāo)志 104
6.3 中斷系統(tǒng)控制 105
6.3.1 中斷允許控制 105
6.3.2 中斷優(yōu)先級控制 106
6.4 中斷響應(yīng)與處理 108
6.4.1 中斷響應(yīng) 108
6.4.2 中斷處理 109
6.5 外部中斷應(yīng)用舉例 109
6.5.1 中斷應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)及初始化 109
6.5.2 應(yīng)用舉例 111
思考題與習(xí)題 113
第7章 單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 115
7.1 單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu) 115
7.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1 116
7.2.1 T0、T1的特殊功能寄存器 116
7.2.2 T0、T1的工作模式 117
7.2.3 T0、T1的使用方法 119
7.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2 122
7.3.1 T2的特殊功能寄存器 122
7.3.2 T2的工作方式 123
7.4 定時(shí)器應(yīng)用舉例 127
思考題與習(xí)題 133
第8章 單片機(jī)串行口 134
8.1 串行通信基礎(chǔ)知識 134
8.1.1 數(shù)據(jù)通信 134
8.1.2 異步通信和同步通信 135
8.1.3 波特率 136
8.1.4 通信方向 136
8.1.5 串行通信接口種類 137
8.2 串行口結(jié)構(gòu)及控制 137
8.2.1 單片機(jī)串行口結(jié)構(gòu) 137
8.2.2 串行口特殊功能寄存器 138
8.2.3 波特率設(shè)計(jì) 139
8.3 串行口工作方式 142
8.3.1 串行口方式0 142
8.3.2 串行口方式1 144
8.3.3 串行口方式2和方式3 145
8.4 串行口接口技術(shù) 146
8.4.1 RS-232接口 146
8.4.2 RS-422/485接口 148
8.4.3 USB接口 150
8.5 串行口的C51操作方法 152
8.5.1 串行口輸出函數(shù) 152
8.5.2 串行口輸入函數(shù) 155
8.6 串行口應(yīng)用舉例 157
8.6.1 串行口方式0應(yīng)用 157
8.6.2 串行口方式1、方式3應(yīng)用 160
思考題與習(xí)題 162
第9章 單片機(jī)常用總線接口 164
9.1 接口的基本概念 164
9.1.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成 164
9.1.2 接口的概念 165
9.1.3 接口的基本功能 165
9.1.4 接口的結(jié)構(gòu) 165
9.1.5 端口及其編址 166
9.2 并行總線及存儲器接口 167
9.2.1 單片機(jī)并行總線結(jié)構(gòu) 167
9.2.2 單片機(jī)并行總線操作時(shí)序 168
9.2.3 單片機(jī)與并行數(shù)據(jù)存儲器的接口 169
9.3 單片機(jī)與并行總線設(shè)備的接口 171
9.3.1 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu) 171
9.3.2 8255A引腳信號 172
9.3.3 8255A的控制字 173
9.3.4 8255A的工作方式 174
9.3.5 8255A應(yīng)用舉例 175
9.4 IIC總線及應(yīng)用接口 176
9.4.1 IIC總線特點(diǎn) 176
9.4.2 IIC總線時(shí)序 177
9.4.3 IIC總線操作函數(shù) 180
9.4.4 IIC總線應(yīng)用 181
9.5 SPI總線及應(yīng)用接口 183
9.5.1 SPI總線特點(diǎn) 183
9.5.2 SPI總線時(shí)序 184
9.5.3 SPI總線操作函數(shù) 185
9.5.4 SPI總線應(yīng)用 187
思考題與習(xí)題 191
第10章 單片機(jī)與模擬、開關(guān)量接口技術(shù) 192
10.1 D/A轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用 192
10.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) 192
10.1.2 D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615及接口技術(shù) 192
10.1.3 D/A轉(zhuǎn)換器DAC124S085及接口
技術(shù) 195
10.2 A/D轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用 198
10.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) 199
10.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0834及接口技術(shù) 199
10.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543及接口技術(shù) 204
10.2.4 單片機(jī)片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用 210
10.3 開關(guān)信號器件及應(yīng)用 212
10.3.1 光電耦合器件及接口技術(shù) 212
10.3.2 繼電器接口技術(shù) 213
10.3.3 直流電機(jī)控制接口技術(shù) 214
10.3.4 步進(jìn)電機(jī)控制接口技術(shù) 216
思考題與習(xí)題 217
第11章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 219
11.1 簡易計(jì)算器設(shè)計(jì) 219
11.1.1 數(shù)碼管與鍵盤接口芯片BC7277
簡介 219
11.1.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 223
11.1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 224
11.1.4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 225
11.2 萬年歷設(shè)計(jì) 229
11.2.1 時(shí)鐘芯片DS1302簡介 229
11.2.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 232
11.2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 233
11.2.4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 233
11.3 環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 236
11.3.1 溫濕度傳感器DHT11簡介 236
11.3.2 光照度傳感器BH1750簡介 239
11.3.3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 241
11.3.4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 242
課程設(shè)計(jì)參考題目 243
參考文獻(xiàn) 244
附錄A 標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼表 245
附錄B C語言運(yùn)算符特性表 246
附錄C C51庫函數(shù) 247
C.1 一般I/O函數(shù) 247
C.2 內(nèi)部函數(shù) 248
C.3 絕對地址訪問函數(shù) 249

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