单片机原理及工程应用

第1章 单片机系统概述 1 1.1 单片机的内部结构及特点 2 1.1.1 单片机内部结构 2 1.1.2 单片机系统特点 3 1.2 单片机的发展与分类 4 1.2.1 单片机的发展 4 1.2.2 单片机的分类 5 1.3 单片机技术的发展趋势 6 1.4 单片机的应用领域 7 习题1 8 第2章 单片机硬件系统 9 2.1 51系列单片机 9 2.1.1 Intel公司的MCS-51系列单片机 9 2.1.2 Atmel公司的AT89系列单片机 10 2.1.3 AT89C2051单片机 12 2.1.4 P89C51系列单片机 13 2.1.5 STC89C51系列单片机 13 2.2 51系列单片机内部结构与引脚功能 14 2.2.1 51系列单片机内部结构 14 2.2.2 51系列单片机外部引脚及功能 15 2.3 单片机CPU 17 2.3.1 算术逻辑单元ALU和累加器 ?ACC及寄存器B 18 2.3.2 程序状态字PSW 18 2.3.3 程序计数器PC 19 2.3.4 堆栈指针SP 19 2.3.5 数据指针寄存器DPTR 19 2.4 51单片机存储器结构 19 2.4.1 存储器分类及配置 19 2.4.2 程序存储器 20 2.4.3 内部数据存储器 21 2.4.4 外部数据存储器 26 2.5 并行端口及应用 26 2.5.1 并行端口的内部结构 26 2.5.2 并行端口的应用 29 2.5.3 并行端口的负载能力 30 2.6 单片机时序 30 2.6.1 几个基本概念 31 2.6.2 CPU取指令和执行指令的时序 32 2.7 *小应用系统 33 2.7.1 时钟电路 33 2.7.2 复位电路 34 2.7.3 *小系统 35 习题2 36 第3章 指令系统与编程技术 37 3.1 51系列单片机指令系统概述 37 3.1.1 51系列单片机指令特点及分类 37 3.1.2 51系列单片机汇编语言 指令格式 38 3.1.3 指令长度和指令周期 39 3.2 51系列单片机寻址方式 40 3.2.1 立即寻址 40 3.2.2 寄存器寻址 40 3.2.3 直接寻址 41 3.2.4 寄存器间接寻址 42 3.2.5 变址寻址 42 3.2.6 相对寻址 43 3.2.7 位寻址 43 3.3 指令系统 44 3.3.1 数据传送指令 44 3.3.2 算术运算指令 50 3.3.3 逻辑运算指令与移位指令 54 3.3.4 控制转移指令 56 3.3.5 位操作指令 63 3.4 常用伪指令 65 3.5 程序设计技术 67 3.5.1 数据运算与处理 67 3.5.2 程序分支与转移 68 3.5.3 程序的散转 70 3.5.4 循环程序设计 72 3.5.5 常用子程序设计举例 77 习题3 81 第4章 中断系统及定时器/计数器应用 84 4.1 51系列单片机的中断系统 84 4.1.1 中断的概念 84 4.1.2 中断源 85 4.1.3 中断控制 87 4.1.4 中断响应 89 4.1.5 中断系统的应用 90 4.2 定时器/计数器 92 4.2.1 定时器/计数器的基本原理 93 4.2.2 定时器/计数器的控制方式 94 4.2.3 定时器/计数器的工作方式 95 4.2.4 定时误差分析 98 4.2.5 定时器/计数器的应用 99 4.3 应用实例分析 105 4.3.1 比赛计分器设计 106 4.3.2 八路抢答器设计 108 4.3.3 脉冲信号测量仪设计 112 4.3.4 电子琴设计 118 4.3.5 航标灯控制器设计 129 4.3.6 智能报警器设计 131 4.3.7 智能门铃设计 134 4.3.8 智能电子钟设计 137 习题4 143 第5章 串行通信技术 144 5.1 基本概念 144 5.1.1 通信分类 144 5.1.2 常见通信方式 145 5.2 51单片机串行通信接口 148 5.2.1 串行口组成及相关寄存器 148 5.2.2 串行口的工作方式 150 5.2.3 波特率设置 152 5.2.4 多机通信 155 5.3 串行口应用实例 156 5.3.1 利用串行口扩展LED显示器 156 5.3.2 利用串行口输入开关量 158 5.3.3 双机通信系统 159 5.3.4 电流环在通信系统中的应用 162 5.4 RS-232C串行总线及应用 163 5.4.1 RS-232C总线 163 5.4.2 RS-232C在工程中的应用 165 5.4.3 单片机与PC机通信实例 166 习题5 170 第6章 单片机系统扩展及应用 171 6.1 系统总线的形成 171 6.2 外部数据存储器扩展 173 6.2.1 全译码方式 174 6.2.2 部分译码方式 177 6.2.3 线选法方式 178 6.3 外部程序存储器扩展 179 6.3.1 EPROM扩展 179 6.3.2 E2PROM扩展举例 181 6.4 并行I/O端口的扩展 183 6.4.1 简单I/O端口的扩展 184 6.4.2 LED数码显示器扩展 185 6.4.3 键盘接口 190 6.5 D/A转换器及应用 194 6.5.1 D/A转换器的主要性能指标 194 6.5.2 典型D/A转换器芯片 DAC0832 195 6.5.3 DAC0832的接口与应用 196 6.5.4 单极性与双极性输出电路 198 6.6 A/D转换器及应用 199 6.6.1 典型A/D转换器芯片 ADC0809 199 6.6.2 51单片机与ADC0809连接 201 6.6.3 A/D转换应用实例 203 6.7 系统扩展实例及分析 205 6.7.1 LED点阵式大屏幕显示器设计 205 6.7.2 红外遥控器设计 209 6.7.3 液晶显示器应用 212 习题6 218 第7章 单片机应用系统设计方法 220 7.1 系统设计内容 220 7.1.1 硬件系统组成 220 7.1.2 系统设计内容 223 7.2 系统开发过程 224 7.2.1 需求分析与市场调研 224 7.2.2 可行性分析 224 7.2.3 方案设计 225 7.2.4 样机研制 225 7.2.5 系统调试 225 7.2.6 批量生产 225 7.3 系统设计方法 226 7.3.1 熟悉设计对象 226 7.3.2 确定I/O类型和数量 227 7.3.3 单片机选型 229 7.3.4 确定存储器 229 7.3.5 确定I/O接口芯片 230 7.3.6 系统设计 231 7.3.7 实验板设计 233 7.3.8 实验电路调试 233 7.3.9 系统结构设计 235 7.4 系统调试 236 7.4.1 常用调试工具 237 7.4.2 系统调试方法 239 习题7 243 第8章 系统抗干扰设计技术 244 8.1 干扰源分析 244 8.2 硬件抗干扰技术 245 8.2.1 元器件选用 245 8.2.2 接插件选择 246 8.2.3 执行机构抗干扰技术 246 8.3 软件抗干扰技术 247 8.3.1 设置软件陷阱 247 8.3.2 软件看门狗(Watchdog) 247 8.3.3 软件冗余技术 248 8.3.4 软件抗干扰设计 249 8.3.5 软件自诊断技术 250 8.4 电源抗干扰技术 251 8.4.1 电源系统干扰源 251 8.4.2 电源抗干扰措施 252 8.5 系统接地技术 253 8.5.1 系统地线分类 253 8.5.2 地线的处理原则 253 8.6 数字信号隔离技术 254 8.6.1 光电隔离技术及其应用 255 8.6.2 继电器隔离技术及其应用 259 8.6.3 可控硅及其应用 263 8.7 模拟通道的抗干扰设计 266 8.8 长线传输的抗干扰技术 268 8.9 系统电磁兼容设计 269 习题8 272 第9章 实用外围电路设计 273 9.1 运算放大器实用技术 273 9.1.1 理想运算放大器 273 9.1.2 基本运算电路 274 9.1.3 保护电路 275 9.2 实用电路 276 9.2.1 信号放大电路 276 9.2.2 测量放大器 278 9.2.3 信号运算电路 279 9.2.4 信号处理电路 280 9.2.5 波形产生电路 280 9.2.6 波形变换电路 282 9.3 电流/电压转换电路 284 9.3.1 电压/电流变换电路 284 9.3.2 电流/电压变换电路 285 习题9 285 第10章 印制电路板设计基础 286 10.1 电路板类型 286 10.2 电路板类型选择 289 10.3 常用工作层面与图件和电气构成 289 10.3.1 常用工作层面 289 10.3.2 电路板上的图件 291 10.3.3 电路板的电气连接方式 292 10.4 电路板设计基本步骤 293 10.5 印制电路板设计 294 10.5.1 设计过程 294 10.5.2 印制电路板抗干扰技术 295 习题10 296 第11章 常用传感器及应用 297 11.1 传感器概述 297 11.2 传感器选择与应用 302 11.3 传感器的抗干扰技术 304 11.4 智能传感器 307 11.4.1 智能传感器概述 307 11.4.2 智能传感器的组成及功能 307 习题11 309 附录 310 附录A 习题参考答案 310 附录C 按字母顺序排列51系列单片机 指令一览表 359 附录D 按功能排列51系列单片机 指令表 362 参考文献 367