本书以51系列单片机技术和应用为主线，系统分析了单片机的结构、指令系统、汇编程序设计、内部标准功能单元、 硬件电路接口扩展等内容， 并以汇编和C两种语言精心设计了大量例题与典型应用案例。本书教学结构规范，系统性、实用性强，既注重基础知识的讲解和训练，又突出工程实践和实际应用。书中内容阐述由浅入深，便于自学。

本书可作为高等院校自动化、电气工程、电子信息、通信以及机电一体化等专业的教材，也可作为电子设计、产品开发者的参考书。

本书是为电子信息类及其他工科类专业课程“单片机原理及应用”的教学而编写，目的是使学生掌握51系列单片机的工作原理、基本接口技术与典型应用，使学生具有汇编语言、C语言编程能力，并针对实际工艺需求，能够进行单片机硬件接口电路设计，具备单片机应用系统设计的能力，并以此为基础，扩展至对其他芯片的灵活应用。

通过原理分析与实践练习的紧密结合，注重理论联系实践，本书前面部分重点分析单片机内部构成及各模块工作原理，分析过程中，增设典型例题，边学边练，提高学生实际操作能力，同时在最后一章给出综合应用案例，使学生真正学以致用。注重汇编语言与C语言两种编程语言的综合训练。所有例题大都以汇编和C语言两种形式给出，汇编语言编程加深学生对硬件的理解，C语言实现学生对单片机系统设计的实际应用。

本书主要内容包括： 51系列单片机基本结构及原理、汇编语言程序设计、C语言程序设计、中断模块、定时器模块、串口模块、系统扩展应用、AD和DA转换接口设计、应用系统设计、典型案例应用等。

本书作为辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“新工科建设背景下应用型自动化工程人才培养方案改革与探索”（编号: 2018660）和教育部产学合作协同育人“移动智慧实验平台新工科建设项目”（编号: 201901021005）研究成果的一部分，注重引导学生开展创新实践、专题研究活动，在理论学习基础上，以项目驱动、任务引领的方式培养学生操作能力，并达到对知识的灵活应用，提高学生分析问题、解决问题的能力。  

参加本书编写的作者均为具有多年教学和实践经验的一线教师及企业工程师，在嵌入式电子系统设计等方面经验丰富。其中，胡玲艳编写了、第2章、第5章、第6章、第7章及第11章部分内容； 刘春玲编写了第3章内容； 张然编写了第4章内容。王运明、王新屏编写了第1章内容； 魏庆涛编写了第8章、第9章以及第10章部分内容； 陈波编写了第11章及附录A部分内容，并组织审稿； 北京杰创永恒科技有限公司郝晓斌工程师编写了本书第10章以及附录B部分内容； 沈阳华清公司工程师杨文刚编写了本书第11章部分内容。

全书由胡玲艳统稿、定稿，并任主编，陈波、魏庆涛任副主编。同时，付劭东、赵琳、任红红、成莹瑞等参加了本书部分材料的整理工作。在本书的编写过程中得到了全国高等学校计算机教育研究会、清华大学出版社和大连大学教务处的大力支持，在此一并表示诚挚的谢意。

由于作者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，恳请广大读者批评指正。

编者

2020年1月

第1章单片机基础知识

1.1单片机概述

1.1.1单片机组成

1.1.2单片机特点

1.1.3单片机系统

1.1.4单片机的程序设计语言

1.2单片机的历史和发展

1.2.1单片机发展历史

1.2.2单片机发展趋势

1.3典型单片机简介

1.3.1MCS51系列单片机

1.3.2AT89系列单片机

1.3.3PIC系列单片机

1.3.4MSP430系列单片机

1.4单片机的应用

1.4.1单片机的应用特点

1.4.2单片机的应用领域

1.5单片机应用系统开发工具

1.5.1单片机应用系统的开发过程

1.5.2单片机的开发工具概述

本章小结

本章习题

第2章51系列单片机内部结构

2.1单片机内部模块构成

2.2单片机的存储器组织

2.2.1单片机的程序存储器

2.2.2单片机的数据存储器

2.3单片机的引脚

2.3.1单片机的封装

2.3.2单片机的主要功能引脚

2.4时钟电路与时序

2.4.1单片机的时钟电路

2.4.2周期与时序

2.5单片机的复位电路

2.5.1主要复位电路

2.5.2单片机复位后内部寄存器状态

2.6单片机的并行接口及其应用

2.6.14个并行接口基本功能

2.6.2并行口内部结构

2.6.3并行口总线扩展方式

2.6.4第一个单片机应用小程序

本章小结

本章习题

第3章51系列单片机的汇编指令系统

3.1指令系统概述

3.1.151系列单片机的汇编语言指令及分类

3.1.2汇编语言指令格式

3.2单片机的寻址方式

3.351单片机指令系统分类介绍

3.3.1算术运算类指令

3.3.2逻辑运算类指令

3.3.3数据传送类指令

3.3.4控制转移类指令

3.3.5位操作指令

3.4MCS51系列单片机指令汇总

3.4.151系列单片机指令表

3.4.2指令中关于累加器A与ACC的区别

3.4.3指令中关于字节地址和位地址的区分

3.5汇编语言程序设计基础

3.5.1汇编语言程序设计概述

3.5.2汇编伪指令

3.5.3汇编语言源程序的汇编

3.6汇编语言程序设计的基本方法

3.6.1顺序结构

3.6.2分支结构

3.6.3循环结构程序设计

3.6.4子程序及其调用

3.7汇编语言程序设计实例

本章小结

本章习题

第4章单片机高级语言程序设计

4.1C51概述

4.2C51的数据类型

4.3C51存储器类型与模式

4.3.1C51存储器类型

4.3.2C51存储器模式

4.4C51对单片机内部部件的定义

4.4.1C51对特殊功能寄存器的定义

4.4.2C51对特殊功能位的定义

4.4.3C51对存储器绝对地址的访问

4.4.4C51对I/O接口的访问

4.5C51的指针

4.5.1通用指针

4.5.2存储器指针

4.6C51的运算符与常用语句

4.6.1C51运算符

4.6.2C51常用语句

4.7C语言与汇编语言的混合编程

4.7.1混合编程的函数声明

4.7.2混合编程的参数传递

本章小结

本章习题

第5章51系列单片机的中断系统

5.1中断的概念

5.1.1对中断的理解

5.1.2中断系统

5.251系列单片机的中断源

5.2.1中断源

5.2.2中断优先级与中断嵌套

5.3中断控制寄存器

5.4中断执行过程

5.4.1中断系统结构

5.4.2中断响应

5.4.3中断执行流程

5.5中断服务程序的编写

5.5.1汇编语言中断程序设计

5.5.2C51中断程序设计

5.6中断服务程序设计

本章小结

本章习题

第6章单片机的定时器/计数器

6.1定时器/计数器概述

6.2定时器/计数器工作原理

6.3定时器/计数器功能寄存器

6.3.1定时器/计数器控制寄存器TCON

6.3.2定时器/计数器方式寄存器TMOD

6.4定时器/计数器的工作方式

6.5定时器/计数器的程序设计

6.5.1定时器/计数器的初始化编程

6.5.2定时器初值计算方法

6.5.3应用程序设计

6.6定时器/计数器的扩展应用

本章小结

本章习题

第7章51单片机的串行接口

7.1串行通信概述

7.2串行接口模块结构及工作原理

7.2.1串行接口结构

7.2.2串行接口工作原理

7.3串行接口功能寄存器

7.3.1串行接口控制寄存器

7.3.2电源控制寄存器

7.4串行接口通信波特率的设定

7.5串行接口四种工作方式

7.6串行接口程序设计

7.6.1串行接口编程思路

7.6.2串行接口通信实例程序

本章小结

本章习题

第8章单片机的系统扩展及应用

8.1单片机总线结构

8.1.1总线概述

8.1.2选址方法

8.2存储器的扩展

8.2.1程序存储器扩展

8.2.2数据存储器扩展

8.2.3Flash存储器扩展

8.3人机交互扩展

8.3.1键盘技术

8.3.2显示技术

8.4I/O接口的扩展

8.4.1TTL芯片扩展I/O接口

8.4.2并行I/O接口芯片8255A

本章小结

本章习题

第9章单片机的AD和DA转换接口设计

9.1AD转换及接口设计

9.1.1前向通道简介

9.1.2AD转换指标及转换原理

9.1.38路8位并行AD转换芯片ADC0809

9.1.411路12位串行AD转换芯片TLC2543

9.2DA转换及接口设计

9.2.1后向通道简介

9.2.2DA转换指标及转换原理

9.2.38位并行DA转换芯片DAC0832

9.2.410位串行DA转换芯片TLC5615

9.3XPT2046与单片机的接口设计

9.3.1XPT2046芯片简介

9.3.2模拟输入电路与XPT2046转换芯片接口电路

9.3.3XPT2046芯片控制字

本章小结

本章习题

第10章单片机应用系统

10.1单片机应用系统设计

10.1.1单片机应用系统设计步骤

10.1.2单片机应用系统硬件设计

10.1.3单片机应用系统软件设计

10.2单片机应用系统的开发与调试

10.2.1单片机应用系统的开发

10.2.2单片机应用系统的调试

10.3单片机应用系统的抗干扰技术

10.3.1干扰源概述

10.3.2硬件抗干扰技术

10.3.3软件抗干扰技术

10.4单片机在线编程技术

10.4.1单片机在线编程概述

10.4.2在线系统编程技术

10.5口袋机可移动开发平台

本章小结

本章习题

第11章典型单片机应用实例

11.1应用实例——单片机温度控制系统

11.1.1温度传感器概述

11.1.2DS18B20温度传感器介绍

11.1.3温度控制系统总体设计

11.2应用实例——交通灯控制系统设计

11.2.1交通灯系统的总体设计

11.2.2交通灯控制系统的功能要求

11.2.3系统硬件设计

11.2.4系统软件设计

11.3应用实例——直流电动机控制系统

11.3.1直流电动机原理及应用

11.3.2直流电动机调速系统的设计

11.4应用实例——99s表的设计

11.4.199s表设计任务

11.4.2系统设计流程

11.4.3系统程序设计

11.5应用实例——超声测距播报系统

11.5.1HCSR04超声波测距模块

11.5.2语音模块设计

11.5.3系统程序设计——C语言程序

附录A常用单片机芯片引脚图

A.1单片机

A.2可编程接口芯片

A.3锁存器

A.4移位寄存器

A.5存储器

A.6译码器

A.7ADC和DAC

附录BKeil C环境下项目的创建过程

参考文献

本书编写目的是使学生掌握51系列单片机的工作原理、基本接口技术与典型应用，使学生具有汇编语言、C语言编程能力，并针对实际工艺需求，能够进行单片机硬件接口电路设计，具备单片机应用系统设计的能力，并以此为基础，扩展至对其他芯片的灵活应用。

作者：胡玲艳，副教授，教研室主任；本科，大连工业大学，工业自动化专业；硕士、博士在读，大连海事大学，控制理论与控制科学专业，2004年起于大连大学信息工程学院自动化系任教至今，曾讲授课程包括：“单片机原理及应用”、“嵌入式系统原理与应用”“数字电子技术基础”、“自动控制理论基础”、“DCS集散控制原理及应用”、“计算机软件技术基础”、“工业控制网络”等。指导大学生各级创新科技竞赛30余项，获得国家级奖项十余项，省级以上奖项20余项。近年来发表文章30余篇，EI检索8篇，发明及实用新型专利3项；主持及参加各级各类教学改革项目十余项，参与编写《DCS与现场总线》教材1部，负责其中现场总线内容的编写。