单片机原理及其应用_林丽君黎小桃主编.pdf

书书书单片机原理及其应用主编林丽君黎小桃副主编熊科陈晓龙江西高校出版社书书书图书在版编目(C I P)数据单片机原理及其应用/林丽君，黎小桃主编 南昌:江西高校出版社，2008 1(2010 1 修订)ISBN 978 7 81132 238 5.单 .林 黎 .单片微型计算机 高等学校:技术学校 教材.TP368 1中国版本图书馆 CIP 数据核字(2008)第 012089 号出版发行社址邮政编码电话网址印刷照排经销开本印张字数版次印数书号定价江西高校出版社江西省南昌市洪都北大道 96 号330046(0791)8529392，8504319www juacp com南昌市光华印刷有限责任公司江西太元科技有限公司照排部各地新华书店787mm 1092mm1/1613 875337 千字2010 年 2 月第 1 版第 2 次印刷3001 6000 册ISBN 978 7 81132 238 522 00 元版权所有侵权必究前言“单片机”这一术语在初期出现时，是相对于早期流行的“单板机”而提出的，强调了各部件集成一片的这一特性。随着单片机技术的不断发展，单片机在微机控制领域中占据了不可替代的重要地位。尤其是美国 Intel 公司生产的 MCS 51 系列单片机，因其具有集成度高、功能齐全、性价比高、体积小、使用方便等优点，在全球范围内工业控制、家用电器、智能仪器仪表、军事科技等领域，得到了广泛的应用和普及。编者从高等职业技术教育的实际出发，根据高等职业教育的培养目标和本课程的教学大纲确定本书编写的指导思想和教学特色，以理论够用、应用为重为原则，结合编者多年的教学经验和实践编写而成。能让学生从应用的角度出发，在理论与实践的基础上充分了解单片机的工作过程，熟悉单片机系统的整体概念，掌握单片机的接口技术，培养单片机应用系统的设计与开发技能。本书的教学时数为 60 90 学时，使用时可根据具体专业及各种情况增删有关内容。可作为普通高职高专机电一体化、电子技术应用、电气自动化、通信技术、智能控制技术等专业学生的教材，同时也可供自学和从事单片机工作的技术人员参考。本书由林丽君、黎小桃任主编，熊科、陈晓龙任副主编。参加编写的教师有:江西工业工程职业技术学院林丽君、肖军，江西应用职业技术学院黎小桃，江西工贸职业技术学院熊科，江西旅游商贸职业技术学院陈晓龙、冷斌，江西机电职业技术学院魏洪昌，江西工业工程职业技术学院王超。全书由林丽君组织编写、定稿。本书在编写的过程中，得到了江西工业工程职业技术学院电子工程系的大力支持，在此表示衷心的感谢!由于编者的水平有限，书中难免有缺点和不当之处，恳请专家、同仁及广大读者批评指正。编者2010 年 1 月目录第 1 章单片机基本知识1 1单片机的概述1 1 1计算机的简介1 1 2单片机的概念1 1 3通用单片机和专用单片机1 1 4单片机的分类1 2单片机的发展及应用1 2 1发展概述1 2 2发展趋势1 2 3单片机的应用1 3典型单片机介绍1 3 1Intel 单片机1 3 2Motorola 单片机1 3 3Microchip 单片机1 3 4其他单片机1 4单片机的数制与编码1 4 1数制1 4 2数制的转换1 4 3编码小结习题第 2 章MCS 51 单片机的硬件系统2 1结构及引脚功能2 1 1内部结构2 1 2信号引脚及功能2 2存储器2 2 1MCS 51 存储器的特点2 2 2程序存储器2 2 3数据存储器2 3输入/输出(I/O)口2 3 1P0 口2 3 2P1 口2 3 3P2 口2 3 4P3 口2 4时钟电路与时序2 4 1时钟电路2 4 2CPU 时序2 4 3典型指令时序2 5单片机工作方式2 5 1复位方式和复位电路2 5 2程序执行方式2 5 3掉电保护方式2 5 480C51 的低功耗方式2 6单片机的应用系统和开发系统2 6 1最小应用系统2 6 2单片机开发系统2 6 3单片机的开发过程2 7实验(开发仪的使用)小结习题第 3 章MCS 51 单片机指令系统3 1指令系统概述3 1 1指令的基本概念3 1 2指令和指令助记符3 1 3指令的字节数和指令周期3 2寻址方式3 2 1寻址方式中常用符号注释3 2 2寻址方式3 3数据传送类指令3 3 1内部 RAM 数据传送指令3 3 2外部 RAM 数据传送指令3 3 3ROM 数据传输指令(查表指令)3 3 4数据交换指令3 3 5栈操作指令3 4算术运算指令3 4 1加法指令3 4 2十进制调整指令3 4 3减法指令3 4 4乘法和除法指令3 5逻辑运算及移位指令3 5 1清零指令 CLR3 5 2取反指令 CPL3 5 3移位指令2单片机原理及其应用3 5 4逻辑与指令3 5 5逻辑或指令3 5 6逻辑异或指令3 6控制转移指令3 6 1无条件控制转移指令3 6 2有条件控制转移指令3 6 3调用指令3 7位操作指令3 7 1位数据传送指令3 7 2位置位与清零指令3 7 3位逻辑运算指令3 7 4位条件转移指令3 7 5判位变量转移3 8指令系统实验3 8 1寻址方式及数据传送实验3 8 2数据运算操作实验3 8 3控制转移和子程序调用实验小结习题第 4 章MCS 51 单片机程序设计4 1汇编语言程序设计基础4 1 1汇编语言与机器语言4 1 2汇编语言源程序的汇编4 1 3伪指令4 1 4汇编语言程序设计的步骤及方法4 2单片机程序的基本结构4 2 1顺序结构程序4 2 2分支结构程序4 2 3循环结构程序4 2 4子程序4 3单片机程序设计应用举例4 3 1算术运算程序4 3 2数制转换程序4 3 3延时程序4 3 4查表程序4 3 5数据极值查找程序4 3 6数据排序程序4 4程序设计实验4 4 1循环程序3目录4 4 2脉冲计数程序4 4 3流水灯控制程序或工业顺序控制程序小结习题第 5 章MCS 51 单片机片内资源5 1中断系统5 1 1单片机中断系统及管理5 1 2单片机响应中断的条件及响应过程5 1 3中断系统应用举例5 2定时器/计数器5 2 1结构及工作原理5 2 2控制寄存器5 2 3工作方式5 2 4综合应用举例5 3串行接口5 3 1串行通信概念5 3 2串行口及控制寄存器5 3 3串行通信工作方式5 3 4波特率的设计5 3 5多机通信5 3 6应用举例5 4片内资源实验5 4 1中断实验5 4 2定时器/计数器实验5 4 3串行通信实验小结习题第 6 章MCS 51 单片机存储器扩展6 1系统扩展及结构6 1 1系统总线6 1 2存储器扩展与编址6 2程序存储器扩展6 2 1只读存储器概述6 2 2程序存储器扩展举例6 3数据存储器扩展6 3 1随机存储器概述6 3 2数据存储器扩展举例6 4系统扩展实验6 4 1串行 EEPROM 实验4单片机原理及其应用小结习题第 7 章MCS 51 单片机接口技术7 1单片机 I/O 口扩展7 1 1I/O 口扩展概述7 1 2简单 I/O 口扩展7 28255A 可编程通用并行 I/O 扩展接口7 2 1内部结构7 2 2工作方式和控制字7 2 3单片机与 8255A 接口7 2 4初始化编程举例7 38155 可编程并行 I/O 扩展接口7 3 1内部结构7 3 2工作方式和命令/状态寄存器7 3 3定时器/计数器7 3 4单片机与 8155 接口7 3 5初始化编程举例7 4键盘接口技术7 4 1独立式键盘及接口7 4 2矩阵式键盘及接口7 4 3键盘的工作方式7 5显示器接口技术7 5 1LED 数码显示器结构和工作原理7 5 2静态 LED 显示器接口7 5 3动态 LED 显示器接口7 5 48279 可编程键盘/显示器接口7 6A/D 接口技术7 6 1A/D 转换原理7 6 2ADC0809 简介7 6 3单片机与 ADC0809 接口7 7D/A 接口技术7 7 1D/A 转换原理7 7 2DAC0832 简介7 7 3单片机与 DAC0832 接口7 8接口技术实验7 8 1I/O 口扩展实验7 8 2A/D 接口实验小结习题5目录第 8 章MCS 51 单片机应用系统8 1 应用系统设计的研制方法8 1 1总体设计8 1 2硬件设计8 1 3软件设计8 1 4系统仿真调试8 2开发系统及开发工具8 2 1开发系统8 2 2开发工具8 3应用系统实例8 3 1十字路口交通灯控制8 3 2步进电机控制8 3 3音乐演奏播放器8 3 4电脑时钟控制系统小结习题附录 AMCS 51 单片机指令速查表附录 BASCII 码字符表6单片机原理及其应用书书书第 1 章单片机基本知识1 1单片机的概述1 1 1计算机的简介人们通常所说的计算机都是指微型计算机(Microcomputer)，简称微机，它具有快速、精确、程序控制等特点。个人计算机简称 PC(Personal Computer)机，是微型计算机中应用最为广泛的一种。微型计算机系统由硬件系统和软件系统组成。微机系统组成示意图如图 1 1 所示。图 1 1微型计算机系统组成示意图硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。其中，运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处理单元(Central Processing Unit)，简称 CPU，是微机的核心部件。CPU 配上存放程序和数据的存储器、输入/输出(Input/Output，简称 I/O)接口电路以及外部设备即构成微机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称。人们通过它对整机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。1 1 2单片机的概念单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机，是指集成在一块芯片上的计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括 CPU、随机存取存储器 RAM(RandomAccess Memory)、只读存储器 ROM(Read only Memory)、基本输入/输出接口电路、定时器/计数器等部件都制作在一块集成芯片上，从而实现微型计算机的基本功能。单片机内部结构示意图如图 1 2 所示。图 1 2单片机内部结构示意图单片机实质上是一个芯片。在实际应用中，通常很少将单片机直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。1 1 3通用单片机和专用单片机单片机分为通用型单片机和专用型单片机两大类。通常所说的单片机即指通用型单片机。通用型单片机是把可开发资源全部提供给应用者的微型控制器，它是一种基本芯片，内部资源比较丰富，性能全面，而且适用性强，能满足多种应用要求。用户可根据需要设计各种不同的应用控制系统。即通用型单片机有一个再设计过程，通过用户的进一步设计，才能构成一个以单片机为核心再配以其他外围电路的应用系统。专用型单片机则是为过程控制、参数监测、信号处理等方面的特殊需要而专门设计的单片机，是针对某种特定产品的，例如电能表和 IC 卡读写器上的单片机等，这种应用的最大特点是针对性强且数量极大，为此厂家常与芯片制造商合作，设计和生产专用的单片机芯片。1 1 4单片机的分类从单片机的指令结构可做以下分类:一类是 CISC 单片机，包括 Intel 的 8051 系列、Motorla 的 MC68HCXX 系列、ATMEL 的AT89 系列、台湾的 Winbond(华邦)W78 系列、Philips 的 80C51 系列等。另一类是 RISC 单片机，包括 Microchip 公司的 PIC 系列、TI 的 MSP430 系列、Zilog 的Z86 系列、ATMEL 的 AVR 系列、台湾义隆的 EM78 系列等。2单片机原理及其应用1 2单片机的发展及应用1 2 1发展概述单片机作为微型计算机的一个分支，它的发展十分迅速，可以分为以下三个阶段。1 单芯片微机形成