单片机原理及应用:C语言程序设计与实现(21世纪高等学校计算机规划教材)
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品牌: 马斌
基本信息·出版社：人民邮电出版社
·页码：304 页
·出版日期：2009年09月
·ISBN：7115198217/9787115198211
·条形码：9787115198211
·包装版本：第1版
·装帧：平装
·开本：16
·正文语种：中文
·丛书名：21世纪高等学校计算机规划教材
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内容简介《单片机原理及应用:C语言程序设计与实现》介绍51系列单片机的结构、基本原理、指令系统和硬件资源，重点介绍C51编程技术及其应用。《单片机原理及应用:C语言程序设计与实现》的特点是通过实例以及练习使读者掌握相应知识点，读者能够通过完整的实例，快速、有效地掌握用C51语言开发51单片机的流程，并通过各章的习题掌握各章重点和难点，真正对相关知识做到融会贯通。
《单片机原理及应用:C语言程序设计与实现》可作为高等学校计算机科学与技术、计算机应用及相关专业的教材，也可以作为相关专业人员的培训教材。
编辑推荐《单片机原理及应用:C语言程序设计与实现》：在全国高等工科院校中，已普遍开设单片机及相关课程。51系列单片机奠定了8位单片机的基础，形成了单片机的经典体系结构。随着51单片机的发展，应用C语言开发51单片机成为一种流行的趋势。《单片机原理及应用:C语言程序设计与实现》在介绍51系列单片机的硬件结构、汇编语言及单片机扩展技术的同时，着重介绍了C51编程技术及其应用。
系统介绍51单片机硬件结构
着重介绍C51编程技术及应用
配合实例讲解单片机扩展技术
目录
第1章51单片机结构及工作原理1
1.1微型计算机基础1
1.1.1单片机及其发展概况1
1.1.2计算机中的数制及相互转换3
1.1.3二进制数的运算7
1.1.4计算机中数的表示方法10
1.251单片机的基本组成和功能13
1.2.151系列单片机的主要功能13
1.2.251系列单片机基本结构14
1.2.351系列单片机外部引脚15
1.351单片机的内部结构19
1.3.1中央处理单元19
1.3.2存储器21
1.3.3定时器/计数器25
1.3.4I/O口26
1.3.5中断系统26
1.451单片机的工作方式29
1.4.1时钟和时钟电路29
1.4.2CPU时序29
1.4.3复位状态和复位电路30
本章小结32
习题与思考32
第2章51单片机指令系统及汇编语言程序设计基础33
2.151单片机指令格式33
2.1.1指令格式33
2.1.2指令的字节数34
2.1.3指令的分类35
2.251单片机寻址方式36
2.2.1立即寻址37
2.2.2直接寻址37
2.2.3寄存器寻址38
2.2.4寄存器间接寻址38
2.2.5变址寻址39
2.2.6相对寻址39
2.2.7位寻址40
2.351单片机指令40
2.3.1数据传送类指令40
2.3.2算术运算类指令44
2.3.3逻辑运算及移位指令47
2.3.4控制转移类指令51
2.3.5位操作类指令56
2.3.6伪指令59
2.4汇编语言程序设计基础61
2.4.1汇编语言程序的格式62
2.4.2汇编语言程序的基本结构63
2.4.3顺序结构程序设计63
2.4.4分支程序设计64
2.4.5循环程序设计67
2.4.6查表程序设计72
2.4.7子程序设计74
本章小结79
习题与思考79
第3章51单片机的硬件资源81
3.151单片机并行I/O口81
3.1.1I/O口的作用81
3.1.2内部并行I/O口82
3.1.3内部并行I/O口的应用85
3.251单片机中断系统85
3.2.1中断的定义86
3.2.2中断源86
3.2.3中断控制87
3.2.4中断优先级结构89
3.2.5中断响应90
3.2.6中断响应时间91
3.2.7中断请求的撤除91
3.2.8中断系统的初始化92
3.2.9外部中断源的扩展93
3.351单片机定时器/计数器95
3.3.1定时器/计数器的结构及工作原理95
3.3.2控制定时器/计数器的寄存器96
3.3.3定时器/计数器的初始化97
3.3.4定时器/计数器的工作方式99
3.451单片机串行通信105
3.4.1串行通信105
3.4.251单片机串行接口107
3.4.351单片机串行通信的工作方式109
本章小结112
习题与思考112
第4章C51程序设计基础114
4.1C51语言的符号类型114
4.1.1标识符114
4.1.2关键字114
4.1.3运算符116
4.1.4分隔符118
4.2常量与变量120
4.2.1基本数据类型120
4.2.2常量121
4.2.3变量122
4.2.4变量的作用范围123
4.3C51语句124
4.3.1说明语句与空语句124
4.3.2表达式语句126
4.3.3条件语句127
4.3.4开关、跳转语句128
4.3.5循环语句130
4.3.6复合语句132
4.3.7函数调用语句132
4.3.8预处理133
本章小结137
习题与思考137
第5章C51数据结构139
5.1数组139
5.1.1数组的定义和引用139
5.1.2字符数组139
5.1.3数组元素赋初值140
5.1.4数组作为函数的参数140
5.2指针141
5.2.1指针与地址141
5.2.2指针变量141
5.3结构142
5.3.1结构说明和结构变量定义142
5.3.2结构变量的使用143
5.3.3结构数组和结构指针143
5.4联合144
5.5枚举145
本章小结146
习题与思考146
第6章C51编译器及简介147
6.1KEIL C51编译器简介147
6.1.1KEIL C51开发套件147
6.1.2KEIL C51的安装147
6.1.3KEIL C51开发实例147
6.2C51库函数概述150
6.2.1本征库函数和非本征库函数150
6.2.2几类重要库函数150
6.2.3C51库函数原型列表151
本章小结153
习题与思考153
第7章51单片机人机交互154
7.1外部显示元件设计154
7.1.1LED数码管154
7.1.216*2字符型液晶显示器编程161
7.2键盘输入设计168
7.2.1键盘接口类型168
7.2.2键盘的防抖技术171
7.2.3键盘扫描方式编程172
7.2.4键盘中断方式编程174
7.3外接打印机接口设计176
7.3.1打印机接口信号177
7.3.2字符和汉字编码178
7.3.3打印命令178
7.3.4外接打印机接口电路设计180
7.3.5外接打印机驱动程序设计182
本章小结184
习题与思考184
第8章51单片机数据采集185
8.1传感器技术概述185
8.1.1传感器的组成185
8.1.2传感器的基本特性186
8.2常用的A/D转换元件187
8.2.1A/D转换元件的结构和工作原理187
8.2.2A/D转换元件的接口电路192
8.2.3单片机A/D转换软件编程192
8.3温度数据采集元件设计194
8.3.1温度数据采集元件的结构和工作原理194
8.3.2温度数据采集元件的接口电路198
8.3.3单片机温度数据采集软件编程199
8.4压力数据采集元件设计205
8.4.1压力数据采集元件的结构和工作原理205
8.4.2压力数据采集元件接口电路210
8.4.3单片机压力数据采集软件编程211
本章小结212
习题与思考212
第9章51单片机串行通信214
9.1单片机串行通信设计214
9.1.1常用接口芯片结构和工作原理214
9.1.2单片机串行通信电路设计220
9.1.3单片机串行通信软件编程221
*9.2Windows.NET环境下计算机与单片机串行通信程序设计230
9.2.1Windows.NET串行类介绍230
9.2.2计算机与下位机通信协议232
9.2.3计算机的串行通信程序的设计238
9.2.4单片机串行通信程序的设计240
本章小结249
习题与思考249
第10章51单片机外部存储器扩展251
10.1外部I/O的扩展251
10.1.1I/O口扩展概述251
10.1.2I/O地址译码技术252
10.2存储器概述253
10.2.1存储器的类型254
10.2.2常用的存储器255
10.2.3存储器扩展电路的工作方式258
10.3外部存储器扩展259
10.3.1扩展程序存储器259
10.3.2扩展数据存储器及编程261
10.3.3程序存储器与数据存储器同时扩展266
本章小结267
习题与思考267
第11章51单片机输出控制269
11.1常用输出接口电路269
11.1.1单片机与光电隔离元件的接口电路269
11.1.2单片机与模拟开关元件的接口电路271
11.1.3单片机与继电器的接口电路273
11.2常用D/A转换器设计279
11.2.1D/A转换器的结构和工作原理279
11.2.2D/A转换器的接口电路281
11.2.3D/A转换器的单片机编程282
*11.3直流电动机的控制设计283
11.3.1直流电动机驱动电路的基本工作原理284
11.3.2采用单片机的直流电动机控制电路设计291
11.3.3直流电动机驱动的编程291
本章小结293
习题与思考293
附录A51单片机指令系统表294
附录BC51语言的库函数298
参考文献303
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序言随着计算机应用技术的不断发震，单片机在工业测量控制领域内的应用越来越广泛。同时，随着超大规模集成电路工艺和集成制造技术的不断完善，单片机的硬件集成度也在不断提高，出现了能满足各种不同需求的具有各种特殊功能的单片机。就8051系列单片机而言，由于Intel公司将8051 CPU内核向全世界各大半导体公司的扩散，目前已有Philips、Siemens、Dallas、OKI、Advance Micro Device、Atmel等多家公司生产了100多种型号的51系列单片机。这类单片机具有集成度高、性能价格比优良的特点，在工业测量控制领域内获得了极为广泛的应用，预计在今后的相当一个时期内，51单片机仍将是主流机种。
在开发一个单片机应用系统时，系统程序的编写效率在很大程度上决定了目标系统的研制成效。早期在研制单片机应用系统时，大多以汇编语言作为软件工具。汇编语言程序能够直接操作机器硬件。指令的执行速度快。但由于汇编语言不是一种结构化的程序设计语言，相对较难编写和调试，程序本身的编写效率较低。随着单片机硬件性能的提高，其工作速度越来越快，目前51单片机的时钟频率可达40MHz以上。因此在编写单片机应用系统程序时，更着重于程序本身的编写效率。为了适应这种要求，现在的单片机系统开发过程中，除了采用汇编语言之外，经常采用高级语言，如C51、PLM51来编程实现。
在全国高等工科院校中，已普遍开设单片机及相关课程。51系列单片机奠定了8位单片机的基础，形成了单片机的经典体系结构。随着51单片机的发展，应用c语言开发51单片机成为一种流行的趋势，这是因为它具有使用方便、编程效率高及仿真调试容易等突出特点。
本书在介绍51系列单片机的硬件结构、汇编语言及单片机扩展技术的同时，着重介绍了C51鳊程技术及其应用。C51语言是专门用于51系列单片机编程的C语言，除了一些基于描述单片机硬件的特殊部分外，可以说与标准C语言完全相同。所以以C51语言实现单片机系统更有利于系统的修改及扩展。为了体现汇编语言实现与C51编程实现的不同，本书在相关章节提供了上述两种实现方法的源程序，并进行了相关的讲解。同时本书还配有电子教案，便于教师教学和对教材内容的补充与完善。
本书由马斌、韩忠华、王长涛和夏兴华共同编写。参与本书编写工作与提供帮助的还有东北大学的孙秋野、渤船重工的王延房、北京航空航天大学的王志强、沈阳建筑大学的阎焕忠、戴敬、张万江、闵丽和王鑫以及沈阳大学的唐璐。此外，冯冬、杩艳双、迟铁参与了文字处理及图表绘制工作，在此一并表示诚挚的谢意。
读者如果需要本书中的源程序，可通过电子邮件与作者联系：Mabin5511@163.com。
文摘插图：
第1章 51单片机结构及工作原理
1975年，美国Texas Instruments公司成功研制了世界上第一台单片机，它的出现是计算机技术发展史上的一个里程碑，从此，计算机技术不仅在数值处理方面得到了进一步的发展，而且在智能化控制领域里也得到了迅猛的发展，并占有越来越重要的地位。51系列单片机是目前应用最广泛的单片机，该系列单片机简单易学，具有丰富的指令系统和高级语言编译系统。本章重点介绍单片机的基本概念、特点、结构以及工作方式等。
1.1 微型计算机基础
1.1.1单片机及其发展概况
1.单片机的发展
单片机的全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），它是将组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、基本输入／输出接口（I／O接口）、定时器／计数器以及串行通信接口等部件有机地结合在一块集成芯片中，构成一台完整的微型计算机，因此单片机又可以称为微处理器（Microcontroller Unit）。一个完整的单片机如图1.1所示。
