單片機原理與應用技術 (電子書)

內容簡介
前 言
第1章 電腦概述
1.1 緒論
1.2 微型電腦系統
1.3 嵌入式電腦系統
思考與習題
第2章 電腦基礎知識
2.1 電腦中的數制與編碼
2.2 電腦的基本組成電路
思考與習題
第3章 微型電腦的基本結構和工作原理
3.1 微型電腦的基本結構
3.2 微處理器
3.3 記憶體
3.4 I/O介面電路
3.5 匯流排及其工作原理
3.6 指令與程式概述
思考與習題
第4章 單片機概論
4.1 單片機的特點及發展概況
4.2 常用單片機系列介紹
思考與習題
第5章 MCS-51單片機結構和時序
5.1 MCS-51單片機結構
5.2 時序
5.3 單片機的工作方式
思考與習題
第6章 MCS-51單片機指令系統
6.1 指令系統簡介
6.2 MCS-51的定址方式
6.3 MCS-51指令系統
思考與習題
第7章 組合語言程式設計
7.1 組合語言語句的格式
7.2 虛擬指令
7.3 組合語言來源程式的程式設計和彙編
7.4 組合語言程式設計方法
7.5 綜合程式設計舉例
思考與習題
第8章 嵌入式單片機高級C51程式設計
8.1 嵌入式高級C語言程式設計概述
8.2 嵌入式C語言編譯環境介紹
8.3 Keil C51與標準C
8.4 C51語言的程式流程控制
思考與習題
第9章 基於Proteus ISIS的現代嵌入式系統模擬技術
9.1 Proteus ISIS模擬系統介紹
9.2 原理圖繪製的方法和步驟
9.3 Proteus VSM的電路分析
9.4 Proteus ISIS聯合Keil C模擬8051及虛擬串口
思考與習題
第10章 基本51內核單片機內部功能以及外部系統擴展和應用
10.1 定時／計數器介紹及基於Proteus ISIS的模擬
10.2 中斷系統
10.3 串列通信介紹及基於Proteus ISIS的模擬
10.4 單片機的外部並行擴展
10.5 可程式設計平行介面晶片8255
10.6 串列外部匯流排擴展技術及基於Proteus ISIS的模擬
10.7 鍵盤輸入及其介面
10.8 LED&LC D顯示及顯示器介面
10.9 基於GSM通信系統的電力接地線狀態遠端監控系統設計
思考與習題
第11章 基於MCS-51的A/D、D/A應用
11.1 A/D轉換原理及應用
11.2 DAC的介面及應用
思考與習題
第12章 單片機應用實例（四旋翼飛行器飛控系統的設計）
12.1 四旋翼飛行器飛控系統原理介紹
12.2 四旋翼飛行器基本工作原理
12.3 飛控硬體電路設計與器件選型
12.4 飛行控制器軟體設計
12.5 飛控系統調試與實驗
參考文獻

前　言
單片機（Micro Controller Unit，微控制器）是採用超大型積體電路技術製成的一種積體電路晶片。

微控制器具有出色的控制能力，配合程式，可以像人腦一樣控制電路的運行。如果說數位電路和類比電路是打開你電子世界的第一扇大門，那麼單片機技術，則是讓你電子的應用能力更進一步的階梯。是否具備單片機應用技術將直接影響一個電子愛好者就業機會的多少。

電子技術的迅猛發展、超大型積體電路設計技術及製造工藝的不斷提高，單片機技術也得到迅速發展，人們生活對單片機類電子設備的依賴也日漸增加。目前，單片機技術已經滲透到國防、工業、農業等領域。在智慧型儀器器儀錶、工業檢測控制、電力電子、汽車電子、機電一體化等方面得到了廣泛應用。單片機技術快速發展，促使各種擴展型、增強型的單片機不斷推出，美國ATMEL公司、Cypress、STC、飛利浦、西門子、美國DALLAS等公司推出與MCS-51相容的增強型單片機，但萬變不離其宗，都還是以MCS-51單片機為基礎進行內核升級和週邊設備升級的。本書以MCS-51單片機為基礎進行講解，MCS-51系列的單片機品種多、規格齊、適應性強、應用技術資料多，便於初學者學習和使用。

隨著教學課程的改革，許多學校開始撤銷“微型電腦原理”課程，直接開設“單片機原理及應用”課程。由於沒有“微型電腦原理”課程的先導，缺乏微型電腦系統及結構的知識鋪墊，大部分初學者會覺得單片機技術入門困難、組合語言難以理解。根據以上問題，本書編寫時做了如下工作。

1. 相對于傳統的單片機書籍而言，本書增加了微型電腦系統及結構的內容，把電腦領域中兩大重要分支——嵌入式系統（單片機）和通用電腦系統（微型電腦）有機結合在一起，先介紹微機的基本概念及基礎理論，再具體介紹單片機原理及應用，層層遞進，有利於初學者迅速掌握單片機技術。

2. 在程式設計語言方面，傳統的“單片機原理與應用”課程普遍採用組合語言教學，增大了學者對程式設計語言的學習難度且不利於工程項目的實際應用。組合語言具有效率高，對硬體可操控性強的特點，但也有不易維護、可攜性很差的不足；C語言具有易維護、可攜性好的優點，但無法直接對硬體控制，需要調用封裝庫，不利於初學者對單片機工作流程的理解。本書增加了“嵌入式單片機高級C51程式設計”的內容，在多數應用程式的程式設計中，採用組合語言和C51的“雙”語言程式設計教學。組合語言程式設計的學習更有利於加強初學者對單片機的理解，而C語言的學習為大型專案開發做準備。“雙”語言程式設計教學主要是優勢互補，讓學者對單片機儘快理解的同時，也對將來應用開發打下堅實的基礎。

3. 模擬及編譯軟體方面，本書選用Proteus ISIS模擬軟體和Keil μVision編譯軟體。EDA技術（Electronics Design Automation）的發展使得如今不需要產品板也可以在電腦中建立系統模型進行軟體調試，並且還可以通過Proteus ISIS建立和目標產品板相差不大的產品級功能模擬模型，大大減少了硬體的投入和軟體調試的等待時間。Keil μVision開發軟體集編輯、編譯和模擬於一體，支援組合語言、PLM語言和C語言的程式設計，介面友好，可快速上手，很適合單片機愛好者使用。

本書共分為12章，第1章為電腦概述；第2章介紹電腦基礎知識；第3章介紹微型電腦的基本結構和工作原理。前三章講述初學者相對較熟悉的電腦系統，並補充基礎知識，讓初學者循序漸進地對電腦結構和原理有所瞭解。第4章講述了單片機概論及增強型51單片機系列介紹，在前面章節的基礎上過渡到單片機原理的學習；第5章介紹MCS-51單片機的結構和時序；第6章介紹MCS-51單片機指令系統；第7章介紹組合語言程式設計；第8章介紹嵌入式單片機高級C51程式設計，讀者有了組合語言基礎，對高階語言程式設計學習和理解就簡單多了；第9章介紹基於Proteus ISIS現代嵌入式系統模擬技術；第10章介紹基本51內核內部功能及外部系統擴展和高級應用；第11章介紹基於MCS-51的A/D、D/A應用；第12章以四旋翼飛行器飛控系統的設計專案為實例，講述單片機應用系統的開發流程。

編寫本書時，筆者深入淺出地講解51單片機原理與應用技術。首先力求以本書為教材的學生能夠對MCS-51單片機的主要技術有一個深入的理解，掌握知識的同時能靈活應用；其次，能讓使用本書自學的學者快速地理解、掌握和應用單片機關鍵性技術；最後，希望正在從事單片機系統設計，具有一定實踐經驗的工程技術人員在閱讀本書後也能得到一些幫助。

本書參考了各個系列單片機的最新資料，吸取了單片機開發應用的最新成果，具有較強的系統性、先進性和實用性。內容由淺入深，並配有相應的習題，便於讀者學習和實踐。

本書可作為高等院校電子資訊、自動控制、電氣工程、物聯網、電腦應用以及機電一體化等工科專業的單片機課程教材，也可作相關工程技術人員的參考書。

本書由肖金球、黃偉軍、雷岩編著，參加本書編寫的還有馮翼、劉傳洋等。南京東南大學資訊科學與工程學院的李文淵教授和南京河海大學電腦與資訊學院的曹甯教授審閱了全書，並提出了許多寶貴的意見和建議。另外，本教材在編寫過程中得到了清華大學出版社的大力支持，鄧豔編輯為本書提出了許多寶貴的建議。在本書出版之際，筆者對在本書編寫過程中給予幫助的所有老師和同學表示真誠的感謝。

由於時間倉促，筆者水準有限，書中難免會存在疏漏和不足之處，殷切希望廣大讀者予以批評和指正。

編者