本书从现实教学和工程实际应用出发，兼顾基础与实用，以数字电子技术作为先修课程，从介绍微型计算机的基本结构和工作原理入手，以AT89S51单片机为例介绍单片微机的结构、工作原理及应用，注重基础性和实用性相结合。以二进制和基本逻辑电路为起点阐述微型计算机的基本工作原理，并通过丰富的实例将基本概念、基本理论、基本方法讲清讲透。本书引入Keil C和Proteus，并配备丰富的课堂演示实例，将实验室搬入教室。另外，例题程序设计采用汇编语言和C语言双方案，便于读者对照学习。本书提供配套电子课件、习题解答和教学指南。

目 录 第1章 绪论 1 1.1 计算机的诞生、发展及基本结构 1 1.2 计算机类型划分 2 1.2.1 通用计算机 2 1.2.2 嵌入式计算机 2 1.3 嵌入式计算机的类别及应用特点 3 1.3.1 嵌入式计算机的类别 3 1.3.2 嵌入式计算机系统的应用特点 3 1.4 单片微型计算机应用系统举例 3 习题与思考题1 5 第2章 微型计算机基础 6 2.1 计算机中的数、编码和运算 6 2.1.1 计算机中常用的数制及相互 转换 6 2.1.2 微型计算机中常用的编码 7 2.1.3 微型计算机的运算基础 8 2.2 微型计算机的基本结构 11 2.2.1 存储器的组成及功能 12 2.2.2 微处理器的结构及工作原理 14 2.2.3 输入/输出设备及其接口电路 19 2.2.4 微型计算机的总线连接结构 20 2.3 微型计算机的指令执行过程 22 2.4 微型计算机系统 24 2.4.1 微型计算机系统的组成 24 2.4.2 微型计算机系统的性能指标 26 2.4.3 微型计算机的分类 27 2.5 单片微型计算机概述 27 2.5.1 什么是单片微型计算机 27 2.5.2 单片机的发展历史 27 2.5.3 单片机的特点 28 2.5.4 单片机的应用 28 2.5.5 单片机的发展趋势 29 2.5.6 单片机的主要制造厂商和机型 30 2.5.7 51系列单片机简介 30 习题与思考题2 32 第3章 51系列单片机的硬件结构与 时序 34 3.1 AT89S51单片机的结构概述 34 3.2 AT89S51单片机的外部引脚 35 3.2.1 电源及时钟引脚 35 3.2.2 控制引脚 36 3.2.3 并行I/O口引脚 36 3.3 AT89S51单片机的CPU 37 3.3.1 运算器 37 3.3.2 控制器 39 3.4 AT89S51单片机存储器的结构 39 3.4.1 程序存储器空间 39 3.4.2 数据存储器空间 40 3.4.3 特殊功能寄存器 41 3.4.4 位地址空间 45 3.5 AT89S51单片机的并行输入/ 输出接口 45 3.5.1 P0口 46 3.5.2 P1口 47 3.5.3 P2口 47 3.5.4 P3口 48 3.6 AT89S51单片机的时钟电路与 时序 49 3.6.1 AT89S51单片机的时钟电路 49 3.6.2 时序与时序定时单位 51 3.6.3 AT89S51指令的取指/执行 时序 52 3.6.4 AT89S51对片外存储器的操作 时序 53 3.7 复位操作与复位电路 55 3.8 AT89S51单片机的低功耗节电 模式与看门狗定时器 56 3.8.1 空闲模式 57 3.8.2 掉电运行模式 58 3.8.3 掉电和空闲模式下的看门狗定 时器WDT 58 习题与思考题3 58 第4章 51系列单片机的指令系统 60 4.1 指令及其格式 60 4.1.1 指令系统概述 60 4.1.2 指令描述符号的约定 61 4.1.3 机器指令的字节编码格式 61 4.1.4 符号指令的书写格式 62 4.2 51系列单片机的寻址方式 62 4.2.1 立即寻址 62 4.2.2 直接寻址 63 4.2.3 寄存器寻址 63 4.2.4 寄存器间接寻址 64 4.2.5 变址寻址（基址寄存器加变址 寄存器间址寻址） 64 4.2.6 相对寻址方式 65 4.2.7 位寻址方式 65 4.3 51系列单片机指令系统分类 介绍 66 4.3.1 数据传送类指令 66 4.3.2 算术运算类指令 71 4.3.3 逻辑运算与移位指令 77 4.3.4 控制转移类指令 79 4.3.5 位操作类指令 84 4.3.6 51系列单片机指令汇总 86 习题与思考题4 89 第5章 51系列单片机汇编语言程序设 计及仿真调试 91 5.1 汇编语言程序设计基础 91 5.1.1 机器语言、汇编语言与高级 语言 91 5.1.2 汇编语言的语句和格式 92 5.1.3 伪指令 93 5.1.4 汇编语言源程序的汇编 95 5.1.5 汇编语言程序设计的一般步骤 96 5.2 汇编语言源程序的基本结构 96 5.2.1 顺序结构 96 5.2.2 分支结构 97 5.2.3 循环结构 98 5.2.4 子程序 102 5.3 51系列单片机汇编语言实用 程序设计举例 105 5.3.1 查表程序设计 105 5.3.2 散转程序设计 107 5.3.3 码制转换程序设计 108 5.3.4 运算程序设计 109 5.4 程序调试与集成开发环境软件 Keil μVision 110 5.4.1 程序调试概述 110 5.4.2 Keil μVision软件简介 110 5.4.3 Keil μVision集成开发环境中 调试单片机汇编语言源程序的 方法 111 习题与思考题5 117 *第6章 单片机的Ｃ语言程序设计 118 6.1 单片机C语言概述 118 6.1.1 采用C51的优点 118 6.1.2 C51的程序框架 118 6.1.3 C51的程序开发过程 119 6.2 C51的数据与运算 120 6.2.1 C51的数据类型 120 6.2.2 C51的数据存储类型 121 6.2.3 C51数据的存储器模式 121 6.2.4 C51的指针变量 121 6.2.5 C51对SFR、可寻址位、存 储器和I/O口的定义 124 6.3 C51的运算符和表达式 126 6.4 C51的基本语句 129 6.4.1 表达式语句 129 6.4.2 复合语句 129 6.4.3 选择语句 129 6.4.4 循环语句 130 6.5 C51的函数 131 6.5.1 函数的分类 131 6.5.2 C51函数的定义 132 6.5.3 C51函数的调用 133 6.5.4 对被调函数的说明 133 6.5.5 C51的库函数 133 6.6 C51编程实例 133 6.6.1 C语言程序与汇编语言源程序 的关系 133 6.6.2 顺序程序的设计 135 6.6.3 循环程序的设计 136 6.6.4 分支程序的设计 136 6.7 汇编语言和C语言的混合编程 138 习题与思考题6 139 第7章 51系列单片机I/O口应用与 软/硬件系统模拟调试 140 7.1 AT89S51单片机I/O接口的 应用 140 7.1.1 AT89S51单片机I/O接口的 操作方式 140 7.1.2 I/O接口的应用实例：发光二 极管的控制 141 7.2 软/硬件系统的模拟调试与Proteus 软件 143 7.2.1 Proteus软件的特点 143 7.2.2 Proteus软件对于单片机教学的 重要意义 143 7.3 Proteus软件快速入门 143 7.3.1 Proteus工作界面 144 7.3.2 使用Proteus进行单片机系统 仿真设计的步骤 146 7.4 应用实例 146 7.4.1 原理图设计 146 7.4.2 Proteus仿真 149 习题与思考题7 150 第8章 51系列单片机的中断系统 151 8.1 中断系统的基本概念 151 8.1.1 中断的定义和作用 151 8.1.2 中断的分类 152 8.1.3 中断系统的基本结构及功能 152 8.2 AT89S51单片机的中断系统 157 8.2.1 AT89S51的中断请求源和 中断标志 158 8.2.2 AT89S51对中断请求的控制 159 8.2.3 AT89S51中断处理的过程 162 8.3 中断系统的程序设计及实例 165 8.3.1 中断系统的程序设计 165 8.3.2 中断系统程序设计举例 167 8.4 AT89S51对外部中断源的扩展 171 8.4.1 采用中断加查询法扩展外部 中断源 171 习题与思考题8 174 第9章 51系列单片机的定时器/计 数器 176 9.1 定时器/计数器概述 176 9.2 AT89S51单片机定时器/计数器 的结构 176 9.2.1 工作方式控制寄存器TMOD 177 9.2.2 定时器/计数器控制寄存器 TCON 178 9.3 定时器/计数器的4种工作 方式 178 9.3.1 方式0 178 9.3.2 方式1 179 9.3.3 方式2 180 9.3.4 方式3 180 9.4 对外部输入信号的要求 182 9.5 定时器/计数器的编程和应用 182 9.5.1 定时器/计数器的编程 182 9.5.2 定时器/计数器的应用举例 183 习题与思考题9 196 第10章 51系列单片机的串行接口及 其应用 198 10.1 计算机串行通信基础 198 10.1.1 计算机通信方式的分类 198 10.1.2 串行通信的分类 199 10.1.3 串行通信的制式 201 10.1.4 串行通信中的调制与解调 201 10.1.5 串行通信的校验 202 10.1.6 串行通信中串行I/O数据的 实现 202 10.2 AT89S51单片机串行口的结 构及工作原理 203 10.2.1 串行口的结构 203 10.2.2 串行口的工作方式 205 10.3 AT89S51单片机串行口的 应用 211 10.3.1 串行通信的编程要点 211 10.3.2 串行口在方式0下的应用 212 10.3.3 串行口在其他方式下的 应用 215 10.4 单片机的主从式多机通信 223 10.5 单片机与PC间的串行通信 224 10.5.1 单片机与PC串行通信的 硬件连接 224 10.5.2 通信协议与通信程序 226 习题与思考题10 227 第11章 51系列单片机的存储器扩展 229 11.1 单片机系统扩展概述 229 11.2 51系列单片机并行总线构造 和地址锁存器 230 11.2.1 并行总线的构造 230 11.2.2 外部地址锁存器 230 11.3 51系列单片机地址空间分配 和地址译码器 231 11.4 程序存储器的扩展 235 11.4.1 程序存储器芯片类型的选择 235 11.4.2 常用EPROM芯片的简介 235 11.4.3 访问程序存储器的控制信号 237 11.4.4 AT89S51单片机与EPROM 的接口电路设计 238 11.4.5 单片机外扩程序存储器的时 序分析与使用 239 11.5 数据存储器扩展 240 11.5.1 数据存储器芯片类型的 选择 240 11.5.2 常用静态数据存储器RAM 芯片简介 240 11.5.3 AT89S51单片机与外部RAM 的接口电路设计 241 11.5.4 单片机外扩数据存储器的时 序分析与使用 243 11.6 程序存储器和数据存储器的综 合扩展 244 11.7 E2PROM的扩展简介 246 11.7.1 并行E2PROM芯片简介 246 11.7.2 E2PROM的工作方式 247 11.7.3 并行E2PROM与单片机的 接口设计 247 11.8 AT89S51单片机片内Flash存 储器的编程 247 11.8.1 AT89S51单片机片内Flash 存储器概况 248 11.8.2 AT89S51单片机片内Flash 存储器的编程 248 习题与思考题11 250 第12章 51系列单片机的并行I/O 接口扩展 251 12.1 I/O接口扩展概述 251 12.1.1 I/O接口的功能 251 12.1.2 I/O端口的编址 252 12.1.3 单片机与I/O设备的数据传 送方式 253 12.1.4 单片机并行I/O接口的扩展 方法概述 254 12.2 简单I/O接口的扩展 254 12.3 利用可编程接口芯片82C55 扩展并行口 255 12.3.1 82C55芯片简介 255 12.3.2 工作方式选择控制字及端口 C按位置位/复位控制字 257 12.3.3 82C55的3种工作方式 259 12.3.4 AT89S51单片机与82C55的 接口设计 262 12.4 利用可编程接口芯片81C55 扩展并行口 263 12.4.1 81C55的内部结构和外部 引脚 264 12.4.2 单片机对81C55端口的控制 265 12.4.3 81C55的工作方式 266 12.4.4 AT89S51单片机与81C55的 接口设计及软件编程 268 12.5 利用单片机的串行口扩展并行 I/O口 270 12.5.1 用74LS164扩展并行输出口 270 12.5.2 用74LS165扩展并行输入口 271 习题与思考题12 273 第13章 51系列单片机与常用外设的 接口设计 274 13.1 AT89S51单片机与LED数码 管显示器的接口 274 13.1.1 LED数码管的结构与工作 原理 274 13.1.2 LED数码管显示器的工作 原理 275 13.1.3 LED数码管显示器应用 举例 277 13.2 AT89S51单片机键盘接口 技术 279 13.2.1 键盘的任务和分类 279 13.2.2 按键输入信号的特点和处理 280 13.2.3 非编码键盘的工作原理 280 13.2.4 单片机对键盘的监控方式 286 13.3 键盘/显示器接口设计举例 287 13.4 AT89S51单片机与液晶显示 器的接口 291 13.4.1 LCD1602模块的外形与 引脚 292 13.4.2 LCD1602模块的组成 292 13.4.3 LCD1602模块的命令及初 始化 294 13.4.4 AT89S51单片机与LCD1602 模块的接口示例 295 13.5 AT89S51单片机与微型打印机 TP?P-40A/16A的接口 298 习题与思考题13 303 第14章 51系列单片机模拟量接口 技术 304 14.1 51系列单片机与D/A转换器 的接口 304 14.1.1 器件选型 304 14.1.2 AT89S51与8位D/A转换器 DAC0832的接口设计 305 14.1.3 AT89S51与12位D/A转换器 DAC1210的接口设计 311 14.1.4 AT89S51与串行输入的12位 D/A转换器AD7543的接口 设计 312 14.2 51系列单片机与A/D转换器 的接口 314 14.2.1 A/D转换器简介 314 14.2.2 AT89S51与逐次比较型8 位A/D转换器ADC0809的 接口 315 习题与思考题14 321 *第15章 51系列单片机的串行总线 扩展技术 323 15.1 I2C总线接口及其扩展 323 15.1.1 I2C串行总线概述 323 15.1.2 I2C总线的数据传送 324 15.1.3 应用举例：AT89S51与 AT24C02的接口 327 15.2 SPI串行总线接口及其扩展 331 15.2.1 单片机扩展SPI总线的系统 结构 331 15.2.2 单片机的SPI总线读写时序 模拟 331 15.2.3 应用举例 332 习题与思考题15 333 第16章 单片机应用系统的设计与 调试 334 16.1 单片机应用系统的设计过程 334 16.1.1 单片机应用系统的基本要求 334 16.1.2 单片机应用系统设计的步骤 335 16.2 单片机应用系统设计 337 16.2.1 硬件设计应考虑的问题 337 16.2.2 典型的单片机应用系统 337 16.2.3 单片机应用系统软件的总 体框架 338 16.3 单片机应用系统的仿真与 调试 339 16.4 单片机应用系统设计举例—— 基于AT89S51和 341 模糊控制算法的温控仪的设计 341 16.4.1 设计任务及要求 341 16.4.2 总体方案设计 341 16.4.3 硬件设计 342 16.4.4 系统控制算法的实现 345 16.4.5 系统软件的实现 346 16.4.6 软件调试与系统仿真 346 习题与思考题16 348 附录A ASCII码表 349 附录B 常用逻辑门电路图形符号对 照表 350 附录C 按字母顺序排列的指令表 351

徐春辉，男，南昌航空航天大学教授，长期从事电子信息科学与工程专业领域的一线教学和科研工作，出版多部著作，教学、科研和写作经验丰富。

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