本书从“微机原理”与“单片机原理”两门课程的共性出发，结合当前高校微处理器教学趋势和学生的学习兴趣及掌握的难易程度，将这两门课程的教学内容进行合并。本书从介绍微处理器的基本结构和工作原理入手，简单介绍Intel 8086微处理器的基本知识，侧重介绍当前高校重点讲授的51单片机的相关知识。全书共10章，主要包括：微处理器技术简介、8086微处理器及其体系结构、单片机的基本结构、单片机C51语言基础知识简介、微处理器控制系统的人机交互接口设计、微处理器中断系统及定时/计数器应用设计、微处理器控制系统通信设计、微处理器控制系统的接口扩展、单片机与电动机控制、微处理器控制系统实验设计。书中案例难易结合，加强了对液晶显示、SPI和I2C总线等当前比较流行的技术案例分析。本书提供配套的电子课件PPT、案例设计电路及程序、部分习题参考答案等教学资源，还提供51单片机开发常用的USB转串行口、液晶字模提取、串行口调试助手、51单片机波特率初值设定等软件资源。本书针对典型案例介绍了一些小秘籍，电路设计和程序的软件操作流程非常详细，典型案例附有电路分析和程序点评，对初学者学习51单片机具有很大帮助。本书所有案例的程序都使用C51语言设计并通过了Keil μVision 5调试，所有案例的电路都通过了Proteus 8.5的仿真调试。其中，第10章为微处理器控制系统实验设计，给出了硬件电路和基本的程序设计，读者可以在此基础上进行功能扩展或修改。本书可作为应用型本科院校电子信息类、自动化类、测控技术与仪器、能源与动力工程等专业的教材，还可供从事单片机技术开发的工程技术人员学习。

第2版前言 本书第1版于2018年8月出版，多所高校的电子信息类、自动化类和测控技术与仪器等专业选用了本书。课程组根据新时代高校对微控制器技术教学的要求和当前课程思政的要求，吸取了教师和部分读者的意见与建议，结合企业对自动化控制技术的要求，提出了第2版修订方案。 我国政府提出实施“中国制造强国战略”，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国；结合《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》，坚持创新驱动发展，加快发展现代产业体系，坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。基于微控制器技术的设计方法正在成为智能控制系统的主流，微控制器技术将为国家战略——智能制造提供强有力的支持，因此微控制器技术已经成为高校电子信息类、自动化类和测控技术与仪器等专业学生必须掌握的一门重要技术。 根据高校电子信息类、自动化类和测控技术与仪器等专业对微控制器技术的教学要求，教学计划开设“微机原理及接口技术”“单片机原理及接口技术”中的一门或者两门课程，二者都属于微控制器技术。“微机原理及接口技术”课程以Intel 8086 CPU为主线，系统讲述微控制器系统的基本组成、工作原理、半导体存储器技术、硬件接口技术和总线技术等内容，让学生建立微控制器系统的整体概念，并从PC应用系统的角度了解其软件体系和相关接口；“单片机原理及接口技术”课程以通用的MCS-51系列单片机为主讲对象，主要介绍单片机的硬件结构、指令系统及汇编语言程序设计（或单片机C语言程序设计）、系统扩展与接口技术等内容。Intel 8086 微机接口部分与单片机的接口部分基本相同，只不过Intel 8086微机的复杂度比单片机的高；微机原理的接口编程基本是使用汇编语言程序设计的，而单片机的接口程序不但可以使用汇编语言程序设计，而且可以使用单片机C语言编写，这是单片机接口的最大优势。 基于Intel 8086的体系结构对非计算机专业的学生要求不高，而且与非计算机专业学生的专业课程衔接没有直接的联系，Intel 8086汇编语言对学生来说难度大，教师的教学效果也不理想，市面上各种中低层次的控制系统设计中使用Intel 8086的也不多。基于Intel 51核的单片机原理相对Intel 8086微机原理要简单得多，学生设计应用51单片机做控制系统比基于Intel 8086的控制系统要多得多，市面上的一些简单控制系统基本也使用单片机，学生学习单片机进入社会应用领域的机会也会多得多。很多学校在大一或者大二就学习了C语言编程，学生在学习单片机的时候使用单片机C语言编程就比使用汇编语言容易上手，本书的应用案例使用单片机C语言进行编程，学生比较容易接受。本书兼顾专业课程体系的需要，既安排了一定章节介绍微机原理的基本知识，又比较全面地介绍了单片机的相关知识。各学校可以根据自己的教学要求和课时需求，从中选择合适的内容进行教学。 本书将“微机原理及接口技术”与“单片机原理及接口技术”两门课程的内容合并，与同类教材相比，本书具有以下特点。 （1）知识点全面。 本书全面地介绍了微处理器的发展历程，既介绍了Intel 8086微机的硬件结构，又介绍了51单片机的硬件结构，有利于学生对这两种处理器进行比较学习，有利于学生对微处理器有全面的了解。本书还结合当前实用的接口技术进行了较全面的介绍，有利于学生创新设计。 （2）理论够用为度，着眼于应用。 结合应用型本科和高职高专教育的特点，本书在编写时按照贴近目标、保证基础、面向更新、联系实际、突出应用的要求，以“必需、够用”为度的原则，突出重点，注重学生的操作技能以及分析问题、解决问题的能力培养。 （3）内容安排合理，注重学生学习需要。 本书先从介绍微控制器的基本结构和工作原理入手，简单介绍了Intel 8086的内部结构及引脚功能和汇编指令，重点介绍51单片机的硬件系统、单片机C51语言程序设计、微控制器系统的人机接口、系统扩展及综合实验设计，并结合当前实用的新接口技术进行说明，力求达到学以致用的目的。为了方便教学和学生学习，在本书的案例分析中对所涉及的元器件、电路图、程序流程图及程序代码都进行了详细介绍。 全书共10章，桂林航天电子有限公司陈俊峰研究员对本书的编写进行了技术指导；广西科技大学李铀老师对本书各章节进行了校对和阅读，并提出了宝贵意见；全书由桂林航天工业学院自动化与仪器类专业群教学团队成员李精华、梁强、丘源和贾磊磊等老师合作完成。 本书所用案例都经过实验调试，特别是第10章微处理器控制系统实验设计提供了很多实验案例，有利于教师的实验指导和学生学习，本书为桂林航天工业学院的微处理器控制器实验提供了技术支持。本书提供配套的电子课件PPT、案例设计电路及程序、部分习题参考答案，请登录华信教育资源网（https://www.hxedu.com.cn）注册下载，也可联系本书编辑（010-88254113，wangxq@phei.com.cn）索取。 本书在编写过程中查阅和参考了相关参考文献及其他资料，从中得到很多帮助和启示，在此对为本书提供帮助的资料作者和单位表示深深的感谢。微处理器技术在不断发展，相应的教学内容和教学方法也应不断改进，其中一定有许多问题值得深入探讨，我们真诚地希望广大读者对书中的错误和不妥之处给予批评指正（E-mail：lijh@guat.edu.cn）。 编 者 2022年12月

目 录 第1章 微处理器技术简介 1 1.1 微处理器简介 1 1.1.1 微处理器的内部结构 1 1.1.2 微处理器的工作原理 2 1.1.3 微处理器的发展历程 3 1.1.4 微处理器的特点、分类及应用 5 1.2 单片机的基本概念 6 1.2.1 单片机的分类 7 1.2.2 常用的51单片机介绍 8 1.2.3 单片机产品标号与引脚信息 10 1.3 微处理器控制系统的开发流程与开发工具 11 1.3.1 单片机控制系统的开发流程 12 1.3.2 Keil C51开发工具简介 12 1.3.3 Proteus软件使用简介 13 1.3.4 单片机仿真器 13 1.3.5 编程器 14 1.4 单片机控制8个LED闪烁的设计流程介绍 14 1.4.1 基于Keil C51的8个LED闪烁的程序设计过程 14 1.4.2 基于Proteus 8.5的8个LED闪烁的电路原理图设计及仿真 18 本章小结 24 习题1 24 第2章 8086微处理器及其体系结构 25 2.1 8086微处理器的内部结构 25 2.2 8086微处理器的工作模式 26 2.3 8086微处理器的引脚功能 28 2.4 8086微处理器的存储器 30 2.5 8086微处理器的总线时序 32 2.6 8086微处理器的I/O寻址方式 34 2.7 8086微处理器的内部寄存器 34 本章小结 36 习题2 36 第3章 单片机的基本结构 37 3.1 单片机的引脚功能 37 3.2 单片机的内部结构 43 3.2.1 单片机的CPU 43 3.2.2 单片机的存储器 47 3.3 单片机最小系统 53 本章小结 54 习题3 54 第4章 单片机C51语言基础知识简介 57 4.1 C51语言在单片机开发中的应用 57 4.1.1 C51语言简介 57 4.1.2 C51语言与标准C的比较 58 4.2 C51语言基础 59 4.2.1 标识符 59 4.2.2 关键字 59 4.2.3 数据类型 60 4.2.4 数据的存储类型 61 4.2.5 局部变量与全局变量 63 4.2.6 预处理命令 63 4.3 C51语言的基本运算 65 4.4 C51语言基本语句 67 4.4.1 C51语言语句概述 67 4.4.2 分支控制语句 68 4.4.3 循环控制语句 72 4.4.4 转移语句 74 4.5 C51函数简介 75 4.5.1 C51函数概述 75 4.5.2 用户自定义函数 76 4.5.3 中断函数 78 本章小结 79 习题4 79 第5章 微处理器控制系统的人机交互接口设计 82 5.1 键盘的接口设计 82 5.1.1 按键概述 82 5.1.2 独立式按键案例分析 83 5.1.3 矩阵式按键案例分析 90 5.2 LED数码管接口设计 93 5.2.1 LED数码管的结构及工作原理 93 5.2.2 单片机与LED数码管的静态显示接口案例分析 94 5.2.3 单片机与LED数码管的动态显示接口案例分析 97 5.3 液晶显示器接口设计 99 5.3.1 字符型LCM的外形及引脚功能 100 5.3.2 字符型LCM的组成结构 100 5.3.3 字符型LCM的操作命令 102 5.3.4 单片机与LCM1602的接口设计 103 5.4 单片机与LED点阵显示器的接口设计 107 5.5 蜂鸣器接口设计 110 本章小结 111 习题5 112 第6章 微处理器中断系统及定时/计数器应用设计 114 6.1 中断系统 114 6.2 单片机中断系统概述 116 6.2.1 单片机的中断类型 117 6.2.2 单片机的中断控制寄存器 118 6.2.3 单片机的中断响应与处理 121 6.2.4 单片机的中断服务程序的设计与应用 124 6.3 单片机的定时/计数器 128 6.3.1 定时/计数器的结构和工作原理 129 6.3.2 定时/计数器的寄存器与工作方式 130 6.3.3 定时/计数器的应用注意事项 133 6.3.4 定时/计数器的应用举例 134 本章小结 138 习题6 138 第7章 微处理器控制系统通信设计 141 7.1 串行通信基础 141 7.1.1 并行通信与串行通信 141 7.1.2 串行通信的分类 142 7.1.3 波特率 143 7.1.4 串行通信常用接口电路标准 143 7.2 单片机串行口的结构 145 7.3 单片机串行口的工作方式 147 7.4 微处理器控制系统的串行通信波特率的设定 151 7.5 微处理器控制系统的串行口程序设计 152 本章小结 158 习题7 158 第8章 微处理器控制系统的接口扩展 160 8.1 单片机的外部并行总线 160 8.1.1 并行总线结构 160 8.1.2 编址技术 162 8.2 A/D转换器与D/A转换器简介 163 8.2.1 A/D转换器 163 8.2.2 D/A转换器 165 8.3 SPI总线简介及典型SPI芯片介绍 166 8.3.1 SPI总线结构 166 8.3.2 基于SPI总线的A/D转换器TLC549芯片简介 167 8.3.3 基于SPI总线的D/A转换器TLC5615芯片简介 168 8.4 I2C总线简介及典型I2C芯片介绍 171 8.4.1 I2C串行总线简介 171 8.4.2 基于I2C总线的E2PROM存储器AT24C02芯片简介 176 8.4.3 基于I2C总线的8位A/D和D/A转换器PCF8591芯片简介 178 8.5 51单片机基于SPI和I2C总线的接口扩展应用设计 180 8.5.1 基于SPI总线TLC549的模拟信号采集电路设计 180 8.5.2 基于SPI总线TLC5615的正弦函数发生器设计 183 8.5.3 基于I2C总线PCF8591的路灯控制系统设计 187 8.5.4 基于I2C总线AT24C02的开机次数记录器系统设计 191 本章小结 196 习题8 196 第9章 单片机与电动机控制 198 9.1 单片机对直流电动机的控制 199 9.1.1 直流电动机控制的基本概念 199 9.1.2 单片机对直流电动机控制的案例分析 201 9.2 单片机对步进电动机的控制 207 9.2.1 步进电动机的基本概念 207 9.2.2 单片机对步进电动机控制的案例分析 210 9.3 单片机对舵机的控制 219 9.3.1 舵机的基本概念 219 9.3.2 单片机对舵机控制的案例分析 221 本章小结 225 习题9 226 第10章 微处理器控制系统实验设计 227 10.1 单片机控制系统的电源模块 227 10.2 单片机最小系统模块 229 10.3 单片机控制系统与PC通信单元电路 231 10.4 单片机控制的8个LED跑马灯实验 233 10.5 单片机控制的数码管动态显示实验 235 10.6 单片机控制系统的矩阵式键盘设计实验 238 10.7 单片机控制系统的简易交通灯控制系统设计实验 241 10.8 单片机控制系统的简易秒表设计实验 246 10.9 单片机控制系统的A/D和D/A转换实验 248 10.10 单片机与单片机之间的双机通信设计实验 253 本章小结 258 部分习题参考答案 259 参考文献 270

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