单片机原理及系统设计实用教程

出版时间：2012-1  出版社：化学工业出版社  作者：胡学海　主编  

前言

“单片机原理及其应用”不但是目前各个大专院校计算机应用专业及计算机相关专业的一门重要课程，同时也是一个电子类工程师应该掌握的三大技术之一。根据近年来编者带本专科毕业设计的经历，发现许多学生没有能掌握好单片机原理，也不清楚该如何应用的根本原因是他们很难理解单片机的一些概念，而这些概念和计算机原理有本质区别，如定时器等单片机集成的功能电路的使用。同时，一些学生又很难建立单片机原理的系统知识，很难从微机原理的知识引申到单片机学习中。编者按自己的理解和学生们讨论了单片机设计的原理及应用，很快学生们就掌握单片机应用系统设计的技巧。最让编者欣慰的是，凭借着熟练的设计技巧，学生们都顺利找到了理想的工作。笔者总结多年的教学经验编写了《单片机原理及应用系统设计》一书。《单片机原理及应用系统设计》一书出版后，获得了广大读者和教师的广泛欢迎，被多家高校选择为教材和参考书。但该书主要是针对自学者和开发参考书使用，作为教材，其理论参数阐述还不够简明、清楚、系统；内容组织也不够合理、规范；随着时间的推移，有些内容还需要更新和修改；更为重要的是如何开展试验，能使读者更好地理论联系实际等内容也没有涉及。为弥补书中的不足，使内容更加完善和实用，笔者经过慎重考虑和充分准备，又编写《单片机原理及系统设计实用教程》一书。本书的定位是教材+实验教程+工具书，在单片机及其应用多种新技术的基础上，结合项目开发的实际经验而编写的。全书共分17章，全面阐述了MCS51系列单片机的基本原理及其最新的应用技术。本书一方面介绍了MCS51系列单片机的基本结构、组成、中断系统、存储器以及汇编语言程序设计。通过这些内容的学习，可使学生对MCS 51系列单片机有一个总体的概念和认识，并在掌握基本硬件的基础上用软件实现单片机的一些基本功能。在单片机的应用中详细介绍了并行口、串行口、定时器以及相应的扩展和应用，简单介绍了模拟量和数字量的相互转换以及转换器件与单片机的接口，同时综合前面所学内容，列举了单片机典型应用实例。本书另一方面介绍了对目前单片机领域的流行语言C51及其编译器、常用的AT89C51的改进型芯片AT89S51相关新技术、嵌入式实时操作系统（RTOS）。单片机的程序设计应该以C语言为主，以汇编语言为辅。采用C语言也不必对单片机和硬件接口的结构有很深入的了解，编译器可以自动完成变量的存储单元的分配，编程者就可以专注于应用软件部分的设计，大大加快软件的开发速度。采用C语言可以很容易地进行单片机的程序移植工作，有利于产品中单片机的重新选型。汇编语言主要在时间要求比较严格的模块中使用。本书同时采用C语言和汇编语言进行讲解，这样不但容易理解单片机程序设计的实质，也有助理解C语言在单片机中的应用技巧，这也是本书的一大特点。当然出于教学课时的考虑，也可以挑选一种语言来讲解。为了提高开发效率，需要在系统软件上开发应用软件，才能事半功倍。嵌入式实时操作系统（RTOS）就是一个很好的嵌入式软件的开发平台。Small RTOS51是为51系列单片机而编写的。它是完全免费的、源代码公开的多任务实时操作系统。它可在无任何外部数据存储器的单片80C51系统上运行，并且是可移植的。本书介绍Small RTOS51和一些基本概念，并详细分析Small RTOS51的工作原理，给出部分常用硬件在Small RTOS51下驱动程序的源代码。这些源代码在DP51单片机仿真实验仪上全部调试通过，且只要经过很少的改动，或是不改动，就可以在其他环境下使用，便于读者理解和掌握基于RTOS的编程方法。当然这一部分内容初学者可以跳过，也不作为教学的要求内容，仅供提高者参考。本书坚持深入浅出的写作风格，在阅读方法上进行了精心设计，力求读者能在最短时间内实现从入门到精通。本书内容系统、全面而又前沿。同时本书坚持实用性和权威性，书中提供大量实例，且可以仿真验证，并提供大量工程资料，一书在手，可轻松实现设计。本书将汇编指令的操作数与机器指令的代码并列、指令字节数与周期数并列，两个并列再集于一图。学习复习、编程调试时“随用随查”。初学指令，先要跑面，重在识其全貌。指令不是学会而是用会的。编程时带上问题进入场景，一遍遍地翻查找出最有效的指令，长期实践定会流出“家珍”。指令部分有意安插的一些范例是为入门后顿悟用的。本书可以作为高等院校通信、控制、电工、电子、计算机专业的教材，也可供有关技术培训及工程技术人员自学参考之用。本书由胡学海主编，任代蓉、卢有亮、周文健副主编，粟思科主审；主要编写人员有商洪亮，章磊等；同时参与本书编写工作的人员还有王治国、冯强、曾德惠、许庆华、程亮、周聪、黄志平、胡松、邢永峰、邵军、边海龙、刘达因、赵婷、马鸿娟、侯桐、赵光明、李胜、李辉、侯杰、王红研、王磊、闫守红、康涌泉、蒋杼倩、王小东、张森、张正亮、宋利梅、何群芬、程瑶。由于编者水平有限，时间仓促，书中难免会有不足之处，请各位读者批评指正。感谢磁动力工作室、单片机开发联盟、老古开发网的大力支持，感谢编写书中共享软件的作者和各位参考文献的作者。胡学海于电子科技大学

内容概要

　　本书面向单片机的学习和开发人员，按照单片机的教学大纲和知识体系，详细介绍了单片机的设计原理和系统设计应用实例。本书分为基础篇和应用提高篇，其中基础篇介绍了单片机原理的基础知识，讲述单片机的基本知识、基本结构、工作原理，扩展方法、编写语言等；应用提高篇主要介绍单片机应用的新技术，如USB总线、CAN总线、液晶、PS/2键盘、I2C总线，IC卡读写器、嵌入式实时操作系统(RTOS)等，主要是供开发人员使用。书中还给出了大量的综合应用实例，希望读者能从中获益。随书赠送的配套教学资源中含有大量的学习资源、程序、电子教案、试题与答案，读者可到http:∥download?cip?com?cn“配书资源”一栏中下载。
本书可作为高等院校通信、控制、电工、电子、计算机等专业的教材；也可供从事单片机系统开发的工程技术人员学习使用。

书籍目录

第1篇 基础篇绪论
　绪论
　　习题
　第1章 单片机结构及设计基础
　　1.2 数的表示及编码
　　1.3 二进制运算
　　1.4 单片机系统组成原理
　　1.5 AT89S51单片机内部结构
　　1.6 单片机的时序
　　1.7 AT89S51最小系统设计
　　习题
　第2章 汇编语言与程序设计
　　2.1 单片机编程语言概述
　　2.2 51系列单片机的汇编指令系统
　　2.3 指令系统
　　2.4 伪指令
　　2.6 常见程序的编写
　　习题
　第3章 51单片机的C语言设计
　　3.1 概述
　　3.2 C语言程序设计
　　3.3 数组
　　3.4 函数
　　3.5 指针
　　3.6 位运算
　　3.8 混合编程
　　习题
　第4章 单片机的中断系统
　　4.1 微机的输入/ 输出方式
　　4.2 中断的概念
　　4.4 中断应用举例
　　习题
　第5章 单片机的定时器/计数器
　　5.1 定时器/计数器的基本概念
　　5.2 定时器/计数器的工作方式和控制字
　　5.3 定时器/计数器的编程和应用实例
　　习题
　第6章 并行总线扩展
　　6.1 总线的概念
　　6.2 并行RAM扩展
　　6.3 并行Flash存储器扩展
　　6.4 并行I/O 扩展
　　6.5 系统键盘扩展
　　习题
　第7章 串行通信及接口
　　7.1 串行通信的基本原理
　　7.2 通信协议
　　7.3 51单片机串行口的结构
　　7.4 串行I/O扩展
　　7.5 单机通信
　　7.6 通信程序的调试
　　习题
　第8章 A/D扩展
　　8.1 A/D的分类及工作原理
　　8.2 A/D的选型及指标
　　8.3 并行A/D的扩展
　　8.4 串行A/D的扩展
　　习题
　第9章 D/A扩展
　　9.1 D/A的分类和特性
　　9.2 D/A的选型及实用技术
　　9.3 并行D/A扩展
　　9.4 串行D/A扩展
　　习题
　第10章 教学实验及开发调试环境
　　10.1 单片机系统开发
　　10.2 Keil 霽ision3编译器的使用
　　10.3 在线下载
　　10.4 硬件调试系统
　　10.5 教学实验
　　习题
　　
第2篇 应用提高篇
　第11章 单片机应用系统人机接口技术
　　11.1 PS/2设备接口
　　11.2 常用输入接口
　　11.3 常用显示器
　　11.4 PS/2键盘与液晶显示实例
　第12章 单片机设备驱动新技术
　　12.1 I/O输出驱动
　　12.2 步进电机的驱动
　　12.3 外部存储设备的驱动
　　12.4 设计实例——非接触IC卡读/写器设计
　　12.5 设计实例——地税局自动盖章 系统设计
　第13 章 单片机串行总线技术
　　13.1 I2C总线接口
　　13.2 RS?232总线
　　13.3 RS?422、RS?485总线
　　13.4 CAN总线
　　13.5 USB总线
　第14章 单片机系统硬件设计技术
　　14.1 单片机应用系统的结构
　　14.2 系统硬、软件的设计方法
　　14.3 单元电路的设计
　　14.4 单元电路的级联
　　14.5 录音系统设计实例
　第15 章 应用软件设计
　　15.1 应用软件设计的原则
　　15.2 模块化设计技术
　　15.3 监控程序
　第16章 嵌入式操作系统
　　16.1 RTOS操作系统简介
　　16.2 RTOS操作系统的工作原理
　　16.3 RTX51函数
　　16.4 RTOS操作系统的应用
　第17章 电源和抗干扰技术
　　17.1 电源设计
　　17.2 抗干扰技术
　　17.3 系统恢复技术
附录 配套教学资源说明
参考文献
　　　　

章节摘录

版权页：   插图：   首先编写和调试显示模块，正常工作后保存。显示模块的成功，会使初学者提高对余下程序的信心，实际等于成功一半了。然后可以调试键盘模块，同时加上显示模块，增加几句临时语句使按下的键值能显示出来。这两个模块成功后保存起来。以后就可以编写和调试其他模块，一块一块地添加起来，形成一个完整的程序。 ④程序N9调试成功的程序，会产生一个“filename.hex”的Intel十六进制格式文件，把这个文件送到“编程器／写入器”中就可以将其固化到芯片内EPROM、EEPROM、PROM、MCU中。写入成功后，把芯片从“编程器／写入器”上取下，再插到电路板上通电运行。设计基本结束。此后的工作是考验电路板及程序在现场工作的情况，找出设计弱点进行改进。 10.1.2单片机系统的软件调试工具 单片机软件调试一般要经过三个步骤：编译、仿真、程序固化。所使用的工具分别是编泽器、仿真器、编程器。 1.编译器 编译器主要指能通过编译、连接，完成将用户程序转换为单片机可执行机器语言的程序。最早的单片机软件开发的编译环境都是以命令行方式输人的。程序设计后，要通过编译、连接和汇编命令来完成程序向机器语言的转换过程。 近年来，编译器功能不断提高，不但可以完成编译、连接和汇编工作，还可以完成软件的仿真调试。目前，Keil公司推出的集成开发环境Keil Vision已经取代MCS～51编译器，成为最为广泛的编译器。Keil>Vision可以开发单片机C语言程序，也可以开发汇编语言程序和混合程序，能够进行程序的仿真调试，还可以和一些硬件仿真器相连接，直接对目标板进行调试，功能非常强大，集成程度高，应用方便。 2.仿真器 仿真器是在单片机应用开发中常用的硬件设备之一。它的作用是在一定的开发环境下，将普通的微机仿真成一个特定的单片机。将仿真器插入目标板中单片机的位置，开发人员便能够在普通微机上进行在线编程、在线运行以及在线调试，其运行结果与真实的单片机完全一样。当开发人员将程序调试正确后，再将编译好的程序通过编程器写入单片机中。 仿真器最关键的性能指标是可仿真的单片机种类。早期的仿真器都只能仿真特定系列中特定型号的单片机，如80al／32、8051、8751或是PIC的单片机等，通用性不强，性能较低而且价格极为昂贵。近几年新出的仿真器在仿真单片机的数量以及种类上已经有了极大地增加，甚至仿真多个系列的单片机，如51系列、PIC系列等。在采用了CPLD等技术后，还可以通过软件来增加新的仿真单片机，动态改变单片机的外部晶振频率，实现逻辑分析仪功能等，价格也大幅下降。 此外，目前多数的单片机都支持在线编程，有的单片机甚至在内部集成了简单在线调试功能，配合相应的软件环境便能够进行简单在线调试，使用非常方便。

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