单片机原理及接口技术:C51编程:C51 programming:微课版

第 1章 单片机概述 1

1.1　什么是单片机　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　8051内核单片机与AT89S5x系列单片机　6

1.7　各种衍生品种的8051单片机　7

1.7.1　STC系列单片机　7

1.7.2　C8051F×××单片机　8

1.7.3　ADμC812单片机　9

1.7.4　台湾华邦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　9

1.8.1　PIC系列单片机　9

1.8.2　AVR系列单片机　10

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　12



第　2章 AT89S51单片机片内硬件结构　14

2.1　AT89S51单片机的片内硬件结构　14

2.2　AT89S51的引脚功能　15

2.2.1　电源及时钟引脚　15

2.2.2　控制引脚　16

2.2.3　并行I/O口引脚　17

2.3　AT89S51的CPU　18

2.3.1　运算器　19

2.3.2　控制器　20

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　22

2.4.3　特殊功能寄存器　23

2.4.4　位地址空间　25

2.5　AT89S51单片机的并行I/O端口　27

2.5.1　P0口　27

2.5.2　P1口　28

2.5.3　P2口　29

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　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　33

2.8　AT89S51单片机的*小应用系统　33

2.9　看门狗定时器（WDT）的使用　34

2.10　低功耗节电模式　35

2.10.1　空闲模式　36

2.10.2　掉电运行模式　36

2.11　AT89S52单片机与AT89S51单片机的差异　37

2.11.1　AT89S52单片机与AT89S51单片机片内硬件资源的差别　37

2.11.2　AT89S52的引脚　37

2.11.3　AT89S52单片机的存储器结构　38

思考题及习题　41



第3章　C51编程语言基础　43

3.1　C51编程语言简介　43

3.1.1　C51语言与8051汇编语言的比较　43

3.1.2　C51语言与标准C语言的比较　44

3.2　C51语言程序设计基础　44

3.2.1　C51语言中的数据类型与存储类型　45

3.2.2　C51语言的特殊功能寄存器及位变量定义　49

3.2.3　C51语言的绝对地址访问　51

3.2.4　C51的基本运算　52

3.2.5　C51的分支与循环程序结构　55

3.2.6　C51的数组　61

3.2.7　C51的指针　62

3.3　C51语言的函数　63

3.3.1　函数的分类　63

3.3.2　函数的参数与返回值　65

3.3.3　函数的调用　65

3.3.4　中断服务函数　66

3.3.5　变量及存储方式　67

3.3.6　宏定义与文件包含　67

3.3.7　库函数　68

思考题及习题　68



第4章　开发与仿真工具　70

4.1　Keil C51的使用　70

4.1.1　Keil C51简介　70

4.1.2　基本操作　70

4.1.3　添加用户源程序文件　72

4.1.4　程序的编译与调试　75

4.1.5　项目的设置　77

4.2　Proteus虚拟仿真工具介绍　80

4.2.1　Proteus功能简介　80

4.2.2　Proteus ISIS的虚拟仿真　80

4.2.3　Proteus的各种虚拟仿真调试工具　87

4.2.4　虚拟设计仿真举例　91

思考题及习题　97



第5章　单片机与开关、键盘以及显示器件的接口设计　98

5.1　单片机控制发光二极管显示　98

5.1.1　单片机与发光二极管的连接　98

5.1.2　I/O端口的编程控制　99

5.2　开关状态检测　102

5.2.1　开关检测案例1　102

5.2.2　开关检测案例2　103

5.3　单片机控制LED数码管的显示　104

5.3.1　LED数码管的显示原理　104

5.3.2　LED数码管的静态显示与动态显示　107

5.4　单片机控制LED点阵显示器显示　110

5.4.1　LED点阵显示器的结构与显示原理　110

5.4.2　控制16×16 LED点阵显示屏的案例　111

5.5　字符型LCD 1602液晶显示器的显示控制　113

5.5.1　LCD 1602液晶显示模块简介　114

5.5.2　单片机控制字符型LCD 1602显示案例　120

5.6　点阵式液晶显示器LCD12864的显示控制　123

5.6.1　引脚及显示原理　124

5.6.2　控制命令　125

5.6.3　单片机控制LCD12864显示的案例　127

5.7　键盘接口设计　131

5.7.1　键盘接口设计应解决的问题　132

5.7.2　独立式键盘接口设计案例　133

5.7.3　矩阵式键盘的接口设计案例　139

5.7.4　非编码键盘扫描方式的选择　141

5.7.5　单片机与专用键盘/显示器芯片HD7279的接口设计　142

思考题及习题　152



第6章　中断系统的工作原理及应用　154

6.1　AT89S51中断技术概述　154

6.2　AT89S51中断系统结构　154

6.2.1　中断请求源　155

6.2.2　中断请求标志寄存器　155

6.3　中断允许与中断优先级的控制　156

6.3.1　中断允许寄存器IE　157

6.3.2　中断优先级寄存器IP　157

6.4　响应中断请求的条件　158

6.5　外部中断的响应时间　159

6.6　外部中断的触发方式选择　160

6.6.1　电平触发方式　160

6.6.2　跳沿触发方式　160

6.7　中断请求的撤销　160

6.8　中 断 函 数　161

6.9　中断系统应用举例　163

6.9.1　单一外中断的应用　163

6.9.2　两个外中断的应用　164

6.9.3　中断嵌套的应用　166

6.10　AT89S52与AT89S51中断系统的差别　167

6.10.1　中断请求源的差别　167

6.10.2　中断请求标志寄存器的差别　168

6.10.3　中断允许寄存器与中断优先级寄存器的差别　168

思考题及习题　170

第7章　定时器/计数器的工作原理及应用　172

7.1　定时器/计数器的结构　172

7.1.1　定时器/计数器工作方式寄存器TMOD　173

7.1.2　定时器/计数器控制寄存器TCON　173

7.2　定时器/计数器的4种工作方式　174

7.2.1　方式0　174

7.2.2　方式1　175

7.2.3　方式2　175

7.2.4　方式3　176

7.3　计数器对外部输入的计数信号的要求　177

7.4　定时器/计数器T0、T1的编程应用　178

7.4.1　P1口控制8只LED每0.5s闪亮一次　178

7.4.2　计数器的应用　179

7.4.3　控制P1.0产生周期为2ms的方波　181

7.4.4　利用T1控制发出1kHz的音频信号　182

7.4.5　LED数码管秒表的制作　184

7.4.6　测量脉冲宽度——门控位GATEx的应用　186

7.4.7　LCD时钟的设计　188

7.5　AT89S52新增定时器/计数器T2简介　190

7.5.1　T2的特殊功能寄存器T2CON和T2MOD　190

7.5.2　T2的16位自动重装载方式　192

7.5.3　T2的捕捉方式　194

7.5.4　T2的波特率发生器方式及可编程时钟输出　194

思考题及习题　197



第8章　串行口的工作原理及应用　199

8.1　串行通信基础　199

8.1.1　并行通信与串行通信　199

8.1.2　同步通信与异步通信　200

8.1.3　串行通信的传输模式　201

8.1.4　串行通信的错误校验　201

8.2　串行口的结构　202

8.2.1　串行口控制寄存器SCON　202

8.2.2　特殊功能寄存器PCON　203

8.3　串行口的4种工作方式　204

8.3.1　方式0　204

8.3.2　方式1　208

8.3.3　方式2　210

8.3.4　方式3　211

8.4　多 机 通 信　211

8.5　波特率的制定方法　212

8.5.1　波特率的定义　213

8.5.2　定时器T1产生波特率的计算　213

8.6　串行口应用设计案例　214

8.6.1　串行通信标准接口RS232、RS422与RS485简介　214

8.6.2　方式1的应用设计　217

8.6.3　方式2和方式3的应用设计　223

8.6.4　多机通信的应用设计　225

8.6.5　单片机与PC串行通信的设计　231

8.6.6　PC与单片机或与多个单片机的串行通信　235

思考题及习题　237



第9章　单片机系统的并行扩展　239

9.1　系统并行扩展技术　239

9.1.1　系统并行扩展结构　239

9.1.2　地址空间分配　241

9.1.3　外部地址锁存器　243

9.2　外部数据存储器的并行扩展　244

9.2.1　常用的静态RAM（SRAM）芯片　244

9.2.2　读写片外RAM的操作时序　245

9.2.3　并行扩展数据存储器的设计　246

9.2.4　单片机外扩数据存储器RAM6264的案例设计　248

9.3　片内Flash存储器的编程　250

9.3.1　使用通用编程器的程序写入　250

9.3.2　使用下载线的ISP编程　251

9.4　E2PROM的并行扩展　251

9.4.1　并行E2PROM芯片简介　252

9.4.2　AT89S51单片机扩展E2PROM AT2864的设计　252

9.5　AT89S51扩展并行I/O芯片82C55的设计　253

9.5.1　I/O接口扩展概述　253

9.5.2　并行I/O芯片82C55简介　254

9.5.3　82C55的3种工作方式　258

9.5.4　AT89S51单片机与82C55的接口设计　262

9.6　利用74LSTTL电路扩展并行I/O口　264

9.7　用AT89S51单片机的串行口 扩展并行输入/输出口　265

9.7.1　用74LS165扩展并行输入口　265

9.7.2　用74LS164扩展并行输出口　266

思考题及习题　267



第　10章 AT89S51单片机系统的串行扩展　269

10.1　单总线串行扩展　269

10.1.1　单总线扩展的典型应用——DS18B20的温度测量系统　269

10.1.2　设计案例：单总线DS18B20温度测量系统　272

10.2　SPI总线串行扩展　275

10.3　I2C总线的串行扩展　276

10.3.1　I2C串行总线系统的基本结构　276

10.3.2　I2C总线的数据传送规定　277

10.3.3　AT89S51的I2C总线扩展系统　280

10.3.4　I2C总线数据传送的模拟　281

10.3.5　利用I2C总线扩展E2PROM AT24C02的IC卡设计　284

思考题及习题　290



第　11章 AT89S51单片机与DAC、ADC的接口　292

11.1　单片机扩展DAC概述　292

11.2　单片机扩展并行8位DAC0832的设计　293

11.2.1　DAC0832简介　293

11.2.2　案例设计：单片机扩展DAC0832的程控电压源　294

11.2.3　案例设计：波形发生器的制作　296

11.3　单片机扩展串行10位DAC—TLC5615　300

11.3.1　串行DAC—TLC5615简介　300

11.3.2　案例设计：单片机扩展串行DAC—TLC5615的设计　302

11.4　单片机扩展ADC概述　304

11.5　单片机并行扩展8位A/D转换器ADC0809　305

11.5.1　案例设计：单片机控制ADC0809进行A/D转换　306

11.5.2　案例设计：两路输入的数字电压表的设计　308

11.6　单片机扩展串行8位A/D转换器TLC549　311

11.6.1　TLC549的特性及工作原理　311

11.6.2　案例设计：单片机扩展TLC549的设计　312

11.7　单片机扩展串行12位 ADC—TLC2543的设计　314

11.7.1　TLC2543的特性及工作原理　314

11.7.2　案例设计：单片机扩展TLC2543的设计　316

思考题及习题　319



第　12章 单片机各种应用设计　321

12.1　单片机控制步进电机的设计　321

12.2　单片机控制直流电机　323

12.3　频率计的制作　325

12.4　电话机拨号的模拟　328

12.5　8位竞赛抢答器设计　333

12.6　基于时钟/日历芯片DS1302的电子钟设计　337

思考题及习题　344



第　13章 功率接口设计　345

13.1　单片机与外围集成数字驱动电路的接口　345

13.2　单片机与光电耦合器的接口　347

13.2.1　晶体管输出型光电耦合器驱动接口　347

13.2.2　晶闸管输出型光电耦合器驱动接口　349

13.3　单片机与继电器的接口　350

13.3.1　单片机与直流电磁式继电器功率接口　350

13.3.2　单片机与交流电磁式接触器的接口　351

13.4　单片机与晶闸管的接口　352

13.4.1　单向晶闸管　352

13.4.2　双向晶闸管　352

13.4.3　光耦合双向晶闸管驱动器　352

13.5　单片机与集成功率电子开关输出接口　354

13.5.1　集成功率电子开关TWH8751简介　355

13.5.2　集成功率电子开关TWH8751的典型应用　356

13.6　单片机与固态继电器的接口　356

13.6.1　固态继电器的特性与分类　356

13.6.2　固态继电器的应用　357

13.7　低压开关量信号输出技术　360

思考题及习题　360



第　14章 单片机应用系统抗干扰与可靠性设计　362

14.1　干扰的来源　362

14.2　供电系统干扰及其抗干扰措施　363

14.2.1　电源噪声来源、种类及危害　363

14.2.2　供电系统的抗干扰设计　363

14.3　过程通道干扰的抑制措施—隔离　364

14.3.1　光电隔离的基本配置　364

14.3.2　光电隔离的实现　365

14.4　空间干扰及抗干扰措施　366

14.4.1　接地技术　367

14.4.2　屏蔽技术　368

14.5　反电势干扰的抑制　369

14.6　印制电路板的抗干扰设计　370

14.6.1　地线及电源线设计　370

14.6.2　去耦电容的配置　371

14.6.3　印制电路板的布线的抗干扰设计　371

14.7　软件抗干扰措施　372

14.7.1　软件抗干扰的一般方法　372

14.7.2　软件滤波　372

14.7.3　开关量输入/输出软件抗干扰设计　373

思考题及习题　374



第　15章 单片机应用系统的设计与调试　376

15.1　单片机应用系统的设计步骤　376

15.2　单片机应用系统设计　377

15.2.1　硬件设计应考虑的问题　377

15.2.2　典型的单片机应用系统　378

15.2.3　系统设计中的总线驱动　379

15.2.4　软件设计考虑的问题　381

15.3　单片机应用系统的仿真开发与调试　381

思考题及习题　385



附录A　386

基础实验题目　386

实验1　单片机I/O口实验——LED流水灯　386

实验2　单个外部中断实验　386

实验3　中断嵌套实验　387

实验4　定时器/计数器的定时实验　387

实验5　定时器/计数器的计数器实验　387

实验6　串口方式0扩展并行输出口实验　388

实验7　串行口方式0扩展并行输入口实验　388

实验8　双单片机串行通信　389

实验9　扩展82C55并行I/O实验　390

实验10　独立式键盘实验　390

实验11　矩阵式键盘扫描实验　391

实验12　单片机控制1602液晶显示器显示字符　391

实验13　DAC0832的D/A转换实验　392

实验14　ADC0809的A/D转换实验　392

实验15　I2C总线串行扩展——AT24C02存储器读写　393



附录B　394

课程设计题目　394

题目1　节日彩灯控制器的设计　394

题目2　单一外中断的应用　394

题目3　LED数码管秒表的制作　395

题目4　音乐音符发生器的制作　395

题目5　用定时器设计的门铃　396

题目6　控制数码管循环显示单个数字　396

题目7　基于DS18B20的数字温度计设计　396

题目8　利用定时器在P1.0 上产生周期为2ms的方波　397

题目9　电话键盘及拨号的模拟　398

题目10　双机串行口方式1单工通信　398

题目11　数码管显示4×4 矩阵键盘的键号　399

题目12　波形发生器的制作　399

题目13　频率计的制作　399

题目14　数字电压表设计　400

题目15　单片机控制串行DAC—— TLC5615的调压器　401

题目16　单片机控制16×16 阵列LED的显示　401

题目17　直流电机控制实验　402

题目18　步进电机控制实验　402



附录C　406

头文件"LCD1602.h"清单　406

附录D　408

头文件"DS1302.h"清单　408

参考书目　412