单片机应用技术（第3版）.pdf

新编21 世纪高等职业教育电子信息类规划教材应用电子技术专业 单片机应用技术（第 3 版）刘华东 主 编 吴文昌 吕铁男 彭登峰 副主编 张亚华 主 审 内 容 简 介 本书以 MCS-51 系列单片机为核心，全面系统地介绍单片机的系统结构、存储器结构、指令系统、程序设计方法：单片机资源以及应用所需的资源，简单介绍单片机应用系统的设计和单片机新技术。全书还包含有丰富的应用实例，其中实用程序部分可为读者在开发软件时提供捷径。书中结合应用实例向读者介绍一些新型器件，本书在第 2 版的基础上修改和新增加 20%的内容，保留第 2 版的基本框架和精华，重点增加了基于工作过程的单片机应用内容，采用项目导向，任务驱动，理实一体化教学，也反映当前最新技术及其发展成果，尽可能地照顾到各层次的读者群体。本书阐述简洁透彻、清晰，可读性好，实例较多，程序翔实、实用性强，知识系统全面，注重应用操作和实践能力培养。本书可作为高职高专院校电子类及计算机类专业的教材，也适宜于从事单片机应用，特别是计算机外设、家用电器、测量技术、数控技术、自动控制系统和智能仪器等领域的工程技术人员阅读。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 单片机应用技术刘华东主编.3 版.北京：电子工业出版社，2009.7（新编 21 世纪高等职业教育电子信息类规划教材应用电子技术专业）ISBN 978-7-121-08991-6 I.单 .刘 .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（2009）第 088974 号 策 划：陈晓明 责任编辑：陈晓明 特约编辑：张晓雪 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编：100036 开 本：7871092 印张：16.75 字数：430 千字 印 次：2009 年 7 月第 1 次印刷 印 数：4 000 册 定价：25.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至，盗版侵权举报请发邮件至。服务热线：（010）88258888。I 前 言 近年来，电子技术和计算机技术应用领域不断扩大，单片机应用技术已成为电子技术领域中的一个新的亮点，单片机技术成为电子类工作者必须掌握的专业技术之一。单片机应用技术是一门综合应用技术，是电子技术改造的重要技术手段之一，各高校学生在课程设计、毕业论文设计、电子设计大赛中都提倡使用单片机技术。单片机类的书籍很多，有些是手册式的说明书，有些是教材。我们本着“淡化理论，够用为度，培养技能，重在应用”为原则，以适应社会需要为目标，提高技术应用能力为主线，加强素质培养为目的，采用理实一体化教学方式，编写了这本适合作为高职高专院校电子技术类、机电类、计算机应用类专业的教材。随着单片机技术和网络教育的不断发展，高校专业建设、精品课程建设不断深化，近几年高校教学发生了很大变化，应读者和出版社要求，及时更新教材内容，推出了第 3 版教材。本书分为 8 章，介绍 MCS-51 系列单片机基础知识、单片机结构、指令系统、汇编语言程序设计、系统扩展、接口技术、开发设备和软件、单片机应用系统开发基础和单片机新技术，精心安排了基于工作过程的应用项目，采用任务驱动，理实一体化教学的方法。本书第1、2、3 章由湖北职业技术学院刘华东老师编写，第 4、6 章由吉林工业职业技术学院吕铁男老师编写，第 5 章由湖北职业技术学院彭登峰老师编写，第 7、8 章由宁波高等专科学校吴文昌老师编写。全书由湖北职业技术学院刘华东老师统稿，河南机电高等专科学校张亚华老师主审了全书。书中程序经由郭和伟老师上机校验。限于水平和经验，书中的缺点和不足之处在所难免，希望使用本教材的学校和广大师生提出批评和建议，内容请发邮件至： 或 ，在此对大家的支持表示感谢。编 者 2009 年 3 月 I 目 录 第 1 章 MCS-51 单片机结构及原理（1）1.1 单片机（1）1.1.1 单片机的概念（1）1.1.2 单片机的应用领域（2）1.1.3 单片机的产品介绍（3）1.1.4 单片机的学习方法（5）1.2 MCS-51 系列单片机的结构和引脚 （6）1.2.1 MCS-51 引脚及功能说明（6）1.2.2 MCS-51 单片机的结构方框图（9）1.3 MCS-51 单片机存储器结构（12）1.3.1 存储器的特点（12）1.3.2 MCS-51 具有的存储器编址空间（12）1.3.3 数据存储器 （13）1.3.4 特殊功能寄存器 SFR（专用寄存器）（14）1.4 并行输入/输出口、时序、复位（16）1.4.1 并行输入/输出口（I/O）（16）1.4.2 时钟和 CPU 时序（19）1.4.3 复位、掉电处理（21）1.5 理实一体化教学（22）本章小结（24）习题 1 （24）第 2 章 MCS-51 系列单片机指令系统（27）2.1 单片机指令系统基础（27）2.1.1 指令的概念 （27）2.1.2 51 单片机指令系统说明 （29）2.1.3 51 单片机寻址方式（29）2.2 数据传送类指令（32）2.2.1 片内数据传送指令（32）2.2.2 片外数据传送指令（36）2.3 算术运算类指令（38）2.3.1 加法指令（39）2.3.2 十进制调整指令（42）2.3.3 减法指令（43）2.3.4 乘法和除法指令（44）II 2.4 逻辑运算及移位指令（45）2.4.1 累加器的逻辑操作指令（45）2.4.2 逻辑运算指令（47）2.5 控制转移指令 （48）2.5.1 无条件转移指令（49）2.5.2 调用指令（52）2.5.3 条件转移指令（53）2.6 布尔变量操作指令（55）2.6.1 位传送指令 （56）2.6.2 位状态控制指令（57）2.6.3 位逻辑操作指令（57）2.6.4 位条件转移指令（58）2.7 指令部分学习方法小结（60）2.8 理实一体化教学（63）2.8.1 数据传送练习（63）2.8.2 单片机发光二极管显示电路应用（65）2.8.3 单片机数码管显示电路应用（66）2.8.4 单片机按键输入和二极管输出电路应用（70）本章小结（70）习题 2 （71）第 3 章 汇编语言程序设计（74）3.1 单片机汇编程序设计基础 （74）3.1.1 汇编语言程序设计步骤（74）3.1.2 编制程序的流程图（75）3.1.3 单片机 51 系列的伪指令 （76）3.1.4 汇编语言源程序手工汇编 （77）3.2 单片机汇编语言程序设计初步（77）3.2.1 顺序程序设计（78）3.2.2 分支程序设计（80）3.3 循环结构与循环程序设计 （81）3.3.1 循环结构程序（81）3.3.2 循环结构程序设计（82）3.4 子程序和查表子程序设计 （86）3.4.1 子程序设计 （86）3.4.2 查表及查表程序设计（90）3.4.3 散转程序及其设计（91）3.5 理实一体化教学（94）3.5.1 多位数码管显示电路应用 （94）3.5.2 多位数码管动态显示电路应用（96）III 本章小结（97）习题 3 （98）第 4 章 单片机定时器/计数器、中断和串行口（99）4.1 MCS-51 的定时器/计数器（99）4.1.1 定时器/计数器的结构（99）4.1.2 定时器/计数器的 4 种工作方式（101）4.1.3 定时器应用（103）4.2 单片机中断系统（106）4.2.1 中断概述（106）4.2.2 51 单片机中断系统结构和功能（107）4.2.3 中断系统应用（111）4.3 单片机串行口（113）4.3.1 串行口的基本概念（113）4.3.2 51 单片机的串行口功能与结构（114）4.3.3 串行口应用（119）4.4 理实一体化教学（121）本章小结（125）习题 4（125）第 5 章 MCS-51 系列单片机的扩展（127）5.1 MCS-51 系列单片机系统扩展方法（127）5.1.1 最小系统和系统扩展方法（127）5.1.2 MCS-51 单片机的总线组成（127）5.2 存储器扩展（128）5.2.1 程序存储器扩展（128）5.2.2 数据存储器扩展（130）5.3 串行存储器 E2PROM 的应用（131）5.3.1 I2C 总线（131）5.3.2 串行 E2PROM-X24C02（132）5.3.3 51 单片机扩展 X24C02（132）5.4 串行温度传感器 DS18B20（135）5.4.1 DALLAS 公司 DS18B20 基本参数（135）5.4.2 温度传感器 DS18B20 使用中注意事项（137）5.5 理实一体化教学（140）5.5.1 音乐程序（140）5.5.2 键盘显示输出电路综合应用（142）本章小结（149）习题 5（149）第 6 章 单片机接口（150）6.1 输入/输出接口概述（150）IV 6.1.1 I/O 接口的作用（150）6.1.2 I/O 端口的编址与寻址（150）6.1.3 并行 I/O 接口扩展（151）6.2 可编程接口芯片 8255A 的扩展（152）6.3 键盘、显示接口（157）6.3.1 按钮开关与单片机的接口（157）6.3.2 矩阵键盘与单片机的接口（158）6.3.3 LED 显示器与单片机的接口（159）6.3.4 zlg7289A LED 数码管及键盘控制器（161）6.3.5 点阵图形液晶显示模块接口（165）6.4 单片机功率接口（169）6.4.1 功率晶体管接口（169）6.4.2 光电耦合器隔离（170）6.4.3 双向晶闸管接口（171）6.5 A/D、D/A 转换器接口（171）6.5.1 D/A 转换器接口（171）6.5.2 A/D 转换器接口（174）6.5.3 串行接口 A/D 转换器（179）6.5.4 Watchdog（181）6.6 理实一体化教学（182）6.6.1 输入/输出编程功率输出（182）6.6.2 D/A 转换驱动小直流电机（185）6.6.3 A/D 转换（189）6.6.4 点阵汉字显示（191）本章小结（196）习题 6（196）第 7 章 MCS-51 单片机相关产品简介（197）7.1 AT 系列单片机简介（197）7.1.1 AT89 系列单片机简述（197）7.1.2 89 系列单片机的分档（199）7.2 其他系列单片机简介（201）7.3 单片机常用工具（203）7.3.1 仿真器（203）7.3.2 编程器（208）7.4 Keil C51 和集成开发系统 Keil uVision2 的基本操作（211）本章小结（217）习题 7（217）第 8 章 单片机应用系统设计方法简介（218）8.1 单片机应用系统开发流程（218）V 8.1.1 单片机应用系统开发流程介绍（218）8.1.2 单片机应用系统开发举例（219）8.2 应用系统硬件设计（222）8.2.1 单片机应用系统的硬件设计（222）8.2.2 单片机控制板的设计原则（222）8.3 应用系统软件设计（224）8.3.1 应用系统软件设计注意事项（224）8.3.2 应用系统软件设计举例（224）8.4 单片机应用实例一水塔水位控制（226）8.5 单片机应用实例二单片机自动打铃系统（228）8.6 理实一体化教学LCD 编程（234）本章小结（240）习题 8（240）附录 A 单片机应用系统设计方法简介（241）附录 B MCS-51 单片机指令总表（243）附录 C 习题参考答案（246）参考文献（258）1 第 1 章 MCS-51 单片机结构及原理 内容提要及学习要求 1单片机的概念、分类及应用领域。2单片机从硬件角度看由中央处理器 CPU、程序存储器及数据存储器、多种输入/输出口（I/O）组成，从软件角度看是