圖書簡介：
MCS-51系列單片機應用廣泛，是學習單片機技術較好的系統平臺，同時也是單片微型計算機應用系統開發的一個重要系列。本書以實用為宗旨，通過豐富的實例講解MCS-51單片機原理和軟硬件開發技術，并采用對比方法，同一功能分別以單片機匯編語言程序和單片機C語言程序實現，且附有Proteus仿真，免費提供所有源代碼和電路圖的資源下載。
本書為原書第3版，共11章。
本書適合各類大專院校及培訓機構作為“單片機原理與應用”或“單片機應用系統開發”類課程的教材，特別適合打算學習單片機應用系統開發的讀者，也可供各類電子工程、自動化技術人員和計算機愛好者參考。
前 言
《單片機原理與應用及C51程序設計》一書自2006年出版后，以其全新的編寫思路、鮮明的應用性特色，受到了廣大教師及學生的歡迎，重印了9次。2009年修訂出版了《單片機原理與應用及C51程序設計(第2版)》，也重印了9次。為了更加適合各院校使用，編者認真聽取了廣大師生的意見，在《單片機原理與應用及C51程序設計(第3版)》中，我們仍然保留了第1、2版的主體框架和特色，但更加突出應用性，對實例增加了Proteus仿真，對相應的內容做了一些修訂和增補調整。
MCS-51系列單片機應用廣泛，是學習單片機技術較好的系統平臺，同時也是單片微型計算機應用系統開發的一個重要系列。我們承擔了四川省高等教育教學改革工程人才培養質量和教學改革項目“微機、單片機、接口技術系列實驗及實踐教學改革”，提出的實驗及實踐教學改革的目標是培養應用型人才。根據理論教學和實踐教學的經驗，發現學生要想熟練地掌握MCS-51單片機應用系統軟件設計，就必須完全理解單片機匯編語言，只有這樣，才能理解并掌握MCS-51程序設計。若在用匯編語言講授單片機原理后另外單獨開設一門“MCS-51程序設計”課程，由于時間間隔的原因，學生往往不能與原理很好地聯系起來進行對比學習。因此我們嘗試在課堂上講解單片機原理的同時介紹單片機C語言程序設計，避免直到進入實驗室或開發實踐階段時才講授單片機C語言程序設計以及開發環境，這樣可以為開設綜合實驗和創新性實驗奠定一定的基礎。
因此本書的目的是想在講解單片機基本原理的同時，能兼顧匯編語言和C語言兩個方面。單片機原理與應用教材大都采用匯編語言講解和設計程序實例，但匯編語言學習困難。在實際應用系統開發調試中，特別是開發比較復雜的應用系統時，為了提高開發效率和使程序便于移植，現在多用C語言。C語言不僅學習起來容易，而且也同匯編語言一樣，能夠對單片機資源進行訪問，因而目前大多數院校在開設單片機課程時都引入了C語言。但引入C語言后，在選教材時就發現存在兩個方面的問題：第一，單片機原理與應用(含單片機C語言程序設計)的教材不多，而兼顧匯編語言和C語言的教材更少，所以可選擇的余地較小；第二，單片機C語言方面的教材一般面向開發，不講原理，屬于高級教程，不適合初學者。而我們需要一本在講單片機基本原理的同時能兼顧匯編語言和C語言兩個方面的教材，以避免學生在學習“單片機原理與應用”課程時還要另外參考一本單片機C語言方面的教材。
基于前邊所講的原因，我們一直按照“同一實例，匯編語言和C語言對比學習”的思路教學并編寫教材及改版。在本書的實例中，相同的功能用匯編語言和C語言分別實現，通過用匯編語言和C語言兩個方面的編程對比，使學生能夠有選擇地掌握一種并認識另一種。對于把“單片機原理與應用”及“MCS-51程序設計”作為兩門課程分別開設的學校，也可以使用同一本教材，對學習者復習單片機原理及匯編語言知識有很大的幫助。同時，為了提高學生應用設計的能力，還介紹了目前單片機接口常用的接口芯片，列舉了幾個簡單的單片機應用系統開發實例。1. 第3版內容的調整
第1章“計算機基礎知識”，增加了1.2節“微型計算機的基本結構和工作原理”，為沒有學習微機原理課程的讀者補充相關的基礎知識，學了微機原理課程的讀者可以不學，另外，1.3節“單片微型計算機”由以前的1.2、1.3、1.4節合并而成。
第2章“單片機基本原理”，做了修訂。
第3章“單片機匯編程序設計”，做了修訂；3.1及3.5做了相應的修改；把第2版的第4、5章合并到第4章“單片機C語言程序設計”，只保留與標準C有區別的地方；根據實際教學流程及實驗安排，把第2版的第12章提前到第5章“Keil C51集成環境的使用”，用匯編程序介紹。
新增了第6章“Proteus軟件的使用”，其中6.2節“Proteus的基本操作”以并口應用做介紹。
第7章到第10章都增加了Proteus仿真，根據仿真對內容做了相應的調整；把第2版的第10、11章合并到第11章。
第11章“單片機應用系統設計及舉例”，也增加了Proteus仿真，根據仿真做相應的調整，并增加了11.4節“多點溫度測量系統的設計”。
2. 本書特點
本書以實用為宗旨，用眾多的實例講解MCS-51單片機原理和硬、軟件開發技術，針對同一功能，同時提供單片機匯編語言源程序和單片機C語言源程序，并實現Proteus仿真，免費提供所有源代碼和電路圖的資源下載。從實用的角度出發，書中配備了大量的實例，詳細描述了實例的具體設計步驟，并提供單片機匯編源程序和單片機C語言源程序的詳細代碼，并且完整地闡述了單片機應用系統分析和開發的全過程，讀者可以此作為進入單片機應用系統開發領域的首次嘗試。
本書與傳統的單片機基本原理書籍相比較，更面向實際開發，與單片機C語言程序設計書籍相比，兼顧了單片機原理和匯編語言的講解，同時提供了Proteus仿真，有利于初學者迅速掌握單片機技術。
本書圖文并茂，實用性強，為便于讀者練習和自學，各章均配有少量習題。本書可作為大專院校單片機原理與應用類課程的教材，也可作為單片機原理與應用技術培訓班的教材，特別適合打算學習單片機應用系統開發技術的讀者，同時可供各類電子工程、自動化技術人員和計算機愛好者參考。
3. 本書內容
本書共分11章，具體內容如下。
第1章：計算機基礎知識。
第2章：單片機的基本原理。
第3章：單片機匯編程序設計。
第4章：單片機C語言程序設計。
第5章：Keil C51集成環境的使用。
第6章：Proteus軟件的使用。
第7章：MCS-51單片機的內部資源及編程。
第8章：MCS-51單片機常用接口。
第9章：D/A、A/D轉換器與51單片機的接口。
第10章：MCS-51單片機的其他接口。
第11章：單片機應用系統設計及舉例。
附錄中提供了MCS-51系列單片機指令表、C51運算符優先級和結合規則及C51庫函數表，以及單片機相關的網絡資源列表，以使讀者找到更廣闊的學習園地。
4. 如何使用本書
對于MCS-51單片機的初學者來說，應該從本書的第1章開始進行學習，以了解MCS-51單片機技術的基本知識和MCS-51單片機的使用方法，掌握MCS-51單片機結構和相應接口芯片的具體使用方法，以及與MCS-51單片機匯編語言編程和單片機C語言編程相關的具體技術，學完1~11章，即可達到從事單片機應用系統開發的基本要求。
對于已經具有一定MCS-51單片機技術基礎，比較了解MCS-51單片機的讀者來說，可以直接從第4章開始學習，重點理解和掌握使用MCS-51單片機開發應用系統的相關技術，通過對比來掌握單片機匯編語言編程和單片機C語言編程的方法，著重掌握單片機應用系統的開發過程。
建議本書的理論課安排在60學時左右，實驗16學時，如果只學習匯編程序設計或C語言程序設計，理論學習課時可適當地減少。課程學習后，可安排相應的課程設計，以便對學習內容進行鞏固和加深理解。
另外，本書在描述中把MCS-51單片機常簡稱為“51單片機”，書中采用了Keil ?Vision 4 軟件界面，讀者在學習過程中也可以采用Keil C51的最新版本，或者可以從本書提供的資源網站中搜索下載其對應的軟件包，以供學習和使用。
5. 我們的經驗
根據我們的教學和開發經驗，學習單片機技術，特別是學習單片機應用系統開發技術時，關鍵是讓學習者自己迅速地找到適合自己的學習方法，必須在第一時間使學習者看到自己的學習成績，排除“對硬件設計沒有信心，畏懼編程”的心理因素。因此有必要走“依葫蘆畫瓢”的道路，在實驗中模擬開發出簡單的應用系統，然后逐漸地由淺入深，逐步進入單片機應用系統開發領域。
為此目的，本書給出了大量實例，包括硬件電路設計和應用系統開發，我們希望讀者通過大量的實例來加深對相關內容的認識和理解，盡快地把理論知識轉換為解決實際問題的能力。另一方面，為方便讀者快速閱讀本書，書中各實例中的所有源代碼和電路圖均提供下載，讀者可以根據自己的實際情況進行選擇和使用，建議讀者詳細閱讀第5~11章，并分析電路和程序源代碼，最好能夠自己在實驗室模擬一個單片機應用系統實驗項目進行開發練習，以此作為真正的單片機應用系統開發的起步。
6. 致謝
本書由西華大學的謝維成和成都大學的楊加國、陳斌、楊顯富共同編寫，謝維成和楊加國擔任主編。
本書第1、2、3、9、11章由楊加國編寫，第4章和第7章由陳斌編寫，第5、6章由楊顯富編寫，第8、10章和附錄由謝維成編寫，最后由謝維成和楊加國統稿完成。另外王勝、鄭海春、王孝平、楊帆、龍駒、陳永強、李茜、宋玉忠參與了本書部分圖形的繪制及仿真調試工作，在此一并表示感謝。同時感謝參考文獻的作者們，本書借鑒了他們的部分成果，他們的工作給了我們很大的幫助和啟發。
盡管《單片機原理與應用及C51程序設計(第3版)》是改版，我們全體參編人員已盡心盡力，但限于自身水平，書中難免出現遺漏和錯誤之處，懇請廣大讀者不吝指正。
編 者
目 錄第1章 基礎知識 1
1.1 信息在計算機中的表示 1
1.1.1 數在計算機內的表示 1
1.1.2 字符在計算機內的表示 5
1.2 微型計算機的基本結構和工作原理 6
1.2.1 微型計算機的發展 6
1.2.2 微型計算機的基本結構 7
1.2.3 微處理器 8
1.2.4 存儲器 11
1.2.5 輸入/輸出設備及I/O接口電路 14
1.2.6 總線 16
1.2.7 微型計算機的工作過程 17
1.3 單片微型計算機 21
1.3.1 單片機的基本概念 21
1.3.2 單片機的主要特點 22
1.3.3 單片機的發展及其主要品種 22
1.3.4 單片機的應用 26
習題 27
第2章 單片機的基本原理 29
2.1 51系列單片機簡介 29
2.2 51系列單片機的結構原理 29
2.2.1 51系列單片機的基本組成 29
2.2.2 51系列單片機的內部結構 30
2.2.3 51系列單片機的中央處理器(CPU) 31
2.2.4 51系列單片機的存儲器結構 32
2.2.5 51系列單片機的輸入/輸出接口 39
2.3 51系列單片機的外部引腳及片外總線 42
2.3.1 外部引腳 43
2.3.2 片外總線結構 45
2.4 51系列單片機的工作方式 45
2.4.1 復位方式 45
2.4.2 程序執行方式 46
2.4.3 單步執行方式 46
2.4.4 掉電和節電方式 47
2.4.5 編程和校驗方式 48
2.5 51系列單片機的時序 49
2.5.1 時鐘周期、機器周期和指令周期 49
2.5.2 訪問外部ROM的時序 51
2.5.3 訪問外部RAM的時序 51
習題 52
第3章 單片機匯編程序設計 53
3.1 51系列單片機的匯編指令格式及
標識 53
3.1.1 指令格式 53
3.1.2 指令中用到的標識符 54
3.2 51單片機指令的尋址方式 54
3.2.1 常數尋址(立即尋址) 55
3.2.2 寄存器數尋址(寄存器尋址) 55
3.2.3 存儲器數尋址 55
3.2.4 位數據尋址(位尋址) 57
3.2.5 指令尋址 57
3.3 51單片機的指令系統 58
3.3.1 數據傳送指令 58
3.3.2 算術運算指令 61
3.3.3 邏輯操作指令 63
3.3.4 控制轉移指令 65
3.3.5 位操作指令 70
3.4 51單片機匯編程序常用偽指令 72
3.5 51單片機匯編程序設計 76
3.5.1 數據傳送程序 76
3.5.2 運算程序 77
3.5.3 代碼轉換程序 81
3.5.4 多分支轉移(散轉)程序 82
3.5.5 延時程序 84
習題 84
第4章 單片機C語言程序設計 87
4.1 C51基本知識 87
4.2 C51的數據類型 88
4.2.1 C51的基本數據類型 89
4.2.2 C51特有的數據類型 90
4.3 C51的變量與存儲類型 91
4.3.1 C51的普通變量及定義 91
4.3.2 C51的特殊功能寄存器變量 94
4.3.3 C51的位變量 94
4.3.4 C51的指針變量 95
4.4 絕對地址的訪問 97
4.4.1 使用C51運行庫中的預定義宏 97
4.4.2 通過指針訪問 98
4.4.3 使用C51擴展關鍵字_at_ 98
4.5 C51中的函數 99
4.5.1 C51函數的參數傳遞 99
4.5.2 C51函數的返回值 100
4.5.3 C51函數的存儲模式 100
4.5.4 C51的中斷函數 101
4.5.5 C51函數的寄存器組選擇 102
4.5.6 C51的重入函數 102
習題 103
第5章 Keil C51集成環境的使用 105
5.1 Keil C51簡介 105
5.1.1 Keil ?Vision 4 IDE的安裝 105
5.1.2 Keil ?Vision 4 IDE界面 105
5.2 Keil ?Vision 4 IDE的使用方法 111
5.2.1 建立項目文件 111
5.2.2 給項目添加程序文件 113
5.2.3 編譯、連接成目標文件 114
5.2.4 運行調試、觀察結果 115
5.2.5 仿真環境的設置 116
5.3 Keil C51的調試技巧 119
5.3.1 如何設置和刪除斷點 119
5.3.2 如何查看和修改寄存器的內容 119
5.3.3 如何觀察和修改變量 119
5.3.4 如何觀察存儲器區域 119
習題 120
第6章 Proteus軟件的使用 121
6.1 Proteus概述 121
6.1.1 Proteus的進入 121
6.1.2 Proteus的界面 122
6.2 Proteus的基本操作 124
6.2.1 新建電路，選擇元件 124
6.2.2 放置和調整元件 126
6.2.3 連接導線 127
6.2.4 給單片機加載程序 130
6.2.5 運行仿真查看結果 131
習題 131
第7章 51單片機的內部資源及編程 133
7.1 并行輸入/輸出接口 133
7.2 定時/計數器接口 134
7.2.1 定時/計數器的主要特性 134
7.2.2 定時/計數器T0、T1的結構及工作原理 134
7.2.3 定時/計數器的方式和控制寄存器 135
7.2.4 定時/計數器的工作方式 136
7.2.5 定時/計數器的初始化編程及應用 139
7.3 串行接口 144
7.3.1 通信的基本概念 144
7.3.2 MCS-51單片機串行口的功能與結構 146
7.3.3 串行口的工作方式 149
7.3.4 串行口的編程及應用 151
7.4 中斷系統 161
7.4.1 中斷的基本概念 161
7.4.2 MCS-51單片機的中斷系統 162
7.4.3 MCS-51單片機中斷系統的應用舉例 167
習題 173
第8章 MCS-51單片機的常用接口 175
8.1 MCS-51單片機的最小系統 175
8.1.1 8051/8751的最小系統 175
8.1.2 8031的最小系統 176
8.2 存儲器擴展 176
8.2.1 半導體存儲器概述 176
8.2.2 存儲器擴展的一般方法 179
8.2.3 程序存儲器的擴展 182
8.2.4 數據存儲器擴展 184
8.3 輸入/輸出口擴展 185
8.3.1 簡單I/O接口擴展 185
8.3.2 可編程I/O接口擴展(8255A) 187
8.4 LED顯示器與51單片機接口 194
8.4.1 LED顯示器的基本結構與原理 194
8.4.2 LED數碼管顯示器使用的主要問題 196
8.4.3 LED顯示器與單片機的接口 198
8.5 鍵盤與51單片機的接口 202
8.5.1 鍵盤概述 202
8.5.2 獨立式鍵盤與單片機的接口 205
8.5.3 矩陣式鍵盤與單片機的接口 207
8.6 行程開關、晶閘管、繼電器與
51單片機的接口 213
8.6.1 行程開關、繼電器與
51單片機的接口 213
8.6.2 晶閘管與51單片機接口 213
8.6.3 繼電器與51單片機的接口 214
8.6.4 蜂鳴器與51單片機的接口 215
習題 215
第9章 51單片機與D/A、A/D轉換器的接口 217
9.1 D/A轉換器與51單片機的接口 217
9.1.1 D/A轉換器概述 217
9.1.2 典型的D/A轉換器芯片DAC0832 220
9.1.3 DAC0832與51單片機的接口與應用 222
9.2 A/D轉換器與51單片機的接口 228
9.2.1 A/D轉換器概述 228
9.2.2 典型的A/D轉換器
芯片ADC0808/0809 230
習題 237
第10章 MCS-51單片機的其他接口 239
10.1 LCD1602與51單片機的接口 239
10.1.1 LCD1602概述 239
10.1.2 LCD1602的內部結構 240
10.1.3 HD44780的指令格式與指令功能 242
10.1.4 LCD1602的編程與接口 244
10.2 I2C總線芯片與51單片機接口 248
10.2.1 I2C總線簡介 248
10.2.2 I2C總線EEPROM芯片與單片機的接口 251
10.3 日歷時鐘芯片DS1302與 51單片機接口 267
10.3.1 DS1302簡介 267
10.3.2 DS1302引腳的功能 268
10.3.3 DS1302的寄存器及片內RAM 268
10.3.4 DS1302與51單片機的接口 270
10.4 溫度傳感器DS18B20與
51單片機的接口 280
10.4.1 DS18B20簡介 280
10.4.2 DS18B20的外部結構 281
10.4.3 DS18B20的內部結構 281
10.4.4 DS18B20的溫度轉換過程 283
10.4.5 DS18B20與51單片機的接口 285
10.5 串行A/D、D/A與51單片機的接口 293
10.5.1 串行A/D芯片MAX1241與51單片機的接口 293
10.5.2 串行D/A芯片MAX517與51單片機的接口 301
習題 306
第11章 單片機應用系統設計及舉例 307
11.1 單片機應用系統的開發過程 307
11.1.1 應具備的知識和能力 307
11.1.2 單片機應用系統開發的基本過程 308
11.1.3 單片機應用系統的硬件設計 309
11.1.4 單片機應用系統的軟件設計 311
11.2 電子時鐘的設計 312
11.2.1 電子時鐘的功能要求 312
11.2.2 總體方案設計 312
11.2.3 軟件計時數碼管顯示時鐘的硬件電路 313
11.2.4 軟件計時數碼管顯示時鐘的軟件程序 314
11.2.5 硬件定時液晶顯示時鐘的硬件電路 321
11.2.6 硬件定時液晶顯示時鐘的軟件程序 322
11.3 多路數字電壓表的設計 336
11.3.1 多路數字電壓表的功能要求 336
11.3.2 多路數字電壓表的總體設計 336
11.3.3 多路數字電壓表的硬件電路 336
11.3.4 多路數字電壓表的 軟件程序 337
11.4 多點溫度測量系統的設計 345
11.4.1 多點溫度測量系統的 功能要求 345
11.4.2 多點溫度測量系統的總體設計 345
11.4.3 多點溫度測量系統的硬件電路 346
11.4.4 多點溫度測量系統的軟件程序 346
習題 361
附錄A MCS-51系列單片機指令表 363
附錄B C51運算符優先級和結合規則 368
附錄C C51的庫函數 370
附錄D 單片機技術及嵌入式系統的
網絡資源 381
參考文獻 382
