单片机原理与应用-基于可仿真的STC15系列

《单片机原理与应用——基于可仿真的STC15系列》选用增强型STC15W4K32S4系列单片机进行讲解。书中设计了一块“学习电路板”，书中给出的各“应用项目”的硬件电路和应用程序(汇编语言及C51语言)均在这块“学习电路板”上调试通过。

 

《单片机原理与应用——基于可仿真的STC15系列》选用增强型STC15W4K32S4系列单片机进行讲解。第1章介绍单片机的基本结构和存储器结构；第2章介绍单片机中的数制及单片机开发平台；第3章介绍单片机的指令系统和汇编语言编程；第4章介绍C51语言语法规则和C51语言编程；第5章到第13章分别介绍单片机I/O口、中断、定时/计数器、串行口、ADC、PCA、EEPROM、PWM、SPI等各功能模块的工作原理及应用实例。
《单片机原理与应用——基于可仿真的STC15系列》可作为高等专科、高等职业院校计算机类、电子类、电气自动化及机械等专业教材，也可作为世界技能大赛、职业技能大赛、电子设计竞赛、电子设计工程师考证、职业技能鉴定的培训教材和单片机应用工程技术人员及单片机应用技术爱好者的参考书。

目    录

第1章  单片机概述    1
1.1  单片机的发展概况    1
1.1.1  什么是单片机    1
1.1.2  单片机的特点    1
1.1.3  单片机的应用    2
1.1.4  单片机的发展    3
1.2  单片机的封装和内部结构框图    4
1.2.1  封装和引脚功能    5
1.2.2  内部结构    5
1.3  单片机的存储器结构    11
1.3.1  存储器的划分方法    11
1.3.2  程序存储器ROM    11
1.3.3  数据存储器RAM    12
1.3.4  特殊功能寄存器SFR    14
1.3.5  片内集成电可擦写ROM    16
1.4  单片机的时钟与复位    16
1.4.1  时钟    16
1.4.2  复位    18
1.4.3　单片机小系统及
制作流程    19
本章小结    20
思考与练习    22
第2章  单片机知识    23
2.1  单片机的数制与码制    23
2.1.1  数制的概念    23
2.1.2  码制的概念    25
2.2  下载编程烧录软件ISP的使用    28
2.2.1  ISP程序窗口    28
2.2.2  ISP程序的使用步骤    29
2.2.3  ISP下载电路    30
2.3  Keil集成调试软件应用基础    30
2.3.1  安装Keil ?Vision 4    30
2.3.2  添加STCMCU型号到
Keil ?Vision 4 中    32
2.3.3  Keil ?Vision 4的使用    33
本章小结    41
思考与练习    42
第3章  单片机指令系统    43
3.1  基本概念    43
3.1.1  指令、指令系统和机器
代码    43
3.1.2  程序、程序设计和机器
语言    43
3.1.3  汇编语言、汇编语言指令
格式和常用符号    44
3.1.4  编译与固化    45
3.2  寻址方式    46
3.2.1  寻址、寻址方式和寻址
存储器地址范围    46
3.2.2  立即寻址    46
3.2.3  直接寻址    47
3.2.4  寄存器寻址    47
3.2.5  寄存器间接寻址    47
3.2.6  基址加变址寻址    48
3.2.7  相对寻址    48
3.2.8  位寻址    49
3.3  指令系统    49
3.3.1  数据传送类指令    49
3.3.2  算术运算类指令    53
3.3.3  逻辑运算类指令    59
3.3.4  控制转移类指令    62
3.3.5  位操作类指令    66
3.4  汇编语言程序设计与调试    69
3.4.1  伪指令    69
3.4.2  程序设计    72
3.4.3  程序结构    73
3.4.4  汇编语言程序调试    77
3.4.5  汇编语言程序设计举例    81
3.5  实训1：汇编语言程序调试    88
3.5.1  实训目的及要求    88
3.5.2  汇编语言程序调试    88
本章小结    89
思考与练习    90
第4章  单片机C51编程基础    93
4.1  C51数据类型及标识符    93
4.1.1  C51数据类型    93
4.1.2  标识符    94
4.2  常量    94
4.2.1  常量的数据类型    94
4.2.2  符号常量    95
4.3  变量    95
4.3.1  变量的存储类型    96
4.3.2  变量的数据类型    96
4.3.3  变量的存储区类型    98
4.3.4  变量名    101
4.4  C51语言运算符及运算表达式    101
4.4.1  赋值运算符    101
4.4.2  算术运算符    101
4.4.3  逻辑运算符    102
4.4.4  逗号运算符    102
4.4.5  关系运算符    102
4.4.6  位运算符    103
4.5  数组    104
4.5.1  数组的定义    104
4.5.2  数组的初始化    105
4.5.3  一维数组元素的引用    105
4.6  函数    105
4.6.1  函数的定义    105
4.6.2  函数的调用    106
4.6.3  函数参数和函数返回值    106
4.6.4  中断函数    107
4.7  C51语言程序结构    107
4.7.1  顺序结构    107
4.7.2  选择结构    107
4.7.3  循环结构    109
4.7.4  Keil C51语言程序调试    111
4.7.5  C51语言程序设计举例    113
4.8  C51语言的一些特点    114
4.9  实训2：C51语言程序调试    116
4.9.1  实训目的及要求    116
4.9.2  汇编语言程序调试    117
本章小结    117
思考与练习    118
第5章  单片机I/O口及应用    120
5.1  I/O口工作模式及配置    120
5.1.1  I/O口工作模式    120
5.1.2  I/O口工作模式配置    120
5.1.3  有关I/O口特别说明    121
5.2  I/O口工作模式及结构框图    122
5.2.1  准双向口模式选择及
结构框图    122
5.2.2  强推挽输出模式选择及
结构框图    123
5.2.3  仅为输入(高阻)模式选择及
结构框图    124
5.2.4  开漏输出模式选择及
结构框图    124
5.2.5  I/O口应用注意事项    125
5.3  单片机指示电路    125
5.3.1  LED灯控制实例    126
5.3.2  单片机应用系统开发
流程    128
5.3.3  应用项目1：流水灯控制
系统1    129
5.3.4  流水灯控制系统仿真调试    132
5.4  单片机显示电路    135
5.4.1  LED数码管显示电路    136
5.4.2  应用项目2：学号显示
系统    139
5.5  单片机键盘电路    141
5.5.1  简单按键应用实例    141
5.5.2  行列式键盘接口技术    143
5.5.3  应用项目3：学号输入
系统    147
本章小结    150
思考与练习    151
第6章  单片机中断系统及应用    152
6.1  中断系统    152
6.1.1  中断基本概念    152
6.1.2  中断系统结构    152
6.1.3  中断控制    157
6.1.4  中断过程    163
6.1.5  中断初始化和中断服务
程序    164
6.1.6  中断使用过程中应注意的
问题    165
6.2  外部中断的应用    165
6.2.1  外部中断的应用    166
6.2.2  应用项目4：两只按键
输入学号系统    166
本章小结    169
思考与练习    172
第7章  单片机定时/计数器及应用    173
7.1  定时/计数器    173
7.1.1  定时/计数器概述    173
7.1.2  定时/计数器T0、T1的
控制    174
7.1.3  定时/计数器T0、T1的
工作模式    176
7.1.4  定时/计数器T0、T1的
计数容量及初值    178
7.1.5  定时/计数器T0、T1的
中断控制    180
7.1.6  定时/计数器T0、T1应用的
基本步骤    181
7.1.7  定时/计数器T0、T1应用
举例    182
7.2  应用项目5：航标灯控制    186
7.3  定时/计数器T2、T3、T4    188
7.3.1  定时/计数器T2    188
7.3.2  定时/计数器T3、T4    190
7.3.3  主时钟可编程输出    192
7.4  应用项目6：电子秒表    193
7.5  应用项目7：电子时钟系统    197
本章小结    204
思考与练习    205
第8章  单片机串行口及应用    207
8.1  串行口1工作原理    207
8.1.1  串行口1的结构    207
8.1.2  串行口1通信过程    208
8.1.3  串行口1工作方式    208
8.1.4  与串行口1有关的特殊功能
寄存器    209
8.1.5  串行通信协议    212
8.1.6  波特率的设置    213
8.2  串行口1工作方式1的应用    214
8.2.1  串行口1工作方式1的
工作过程    214
8.2.2  单片机间点对点通信    215
8.2.3  RS-232接口技术    215
8.2.4  USB转串口芯片CH340    216
8.2.5  应用项目8：单片机与
PC点对点通信    217
8.3  串行口1工作方式2、3的应用    222
8.3.1  串行口1工作方式2、3的
工作过程    222
8.3.2  主从式总线    223
8.3.3  RS-485通信接口技术    223
8.4  其他串行口及应用    224
8.4.1  串行口2及应用    224
8.4.2  串行口3及应用    226
8.4.3  串行口4及应用    229
8.5  实训3：串行通信技术    231
8.5.1　实训目的及要求    231
8.5.2　串行通信技术的实现    232
本章小结    233
思考与练习    234
第9章  单片机EEPROM存储器    236
9.1  与EEPROM有关的特殊功能
寄存器    236
9.2  内部EEPROM空间及地址    239
9.3  内部EEPROM使用注意事项    239
9.4  应用项目9：电子闹钟系统    241
本章小结    248
思考与练习    248
第10章  单片机ADC转换器应用    249
10.1  ADC转换器结构    249
10.2  与ADC有关的特殊功能寄存器    250
10.3  ADC转换器参考电源与典型
应用电路    252
10.4  应用项目10：烘箱恒温控制
系统    253
本章小结    259
思考与练习    260
第11章  单片机PCA模块应用    262
11.1  CCP/PCA/PWM模块的结构    262
11.2  与PCA应用有关的特殊功能
寄存器    263
11.3  捕获模式    268
11.3.1  捕获模式工作原理    268
11.3.2  应用项目11：脉冲宽度
测量    268
11.4  16位软件定时器模式    272
11.4.1  16位软件定时器模式
工作原理    272
11.4.2  16位软件定时器模式
应用实例    273
11.5  高速脉冲输出模式    273
11.5.1  高速脉冲输出模式
工作原理    273
11.5.2  高速脉冲输出模式
应用实例    273
11.6  脉宽调制模式    274
11.6.1  PWM模式工作原理    274
11.6.2  应用项目12：LED灯光
亮度控制系统1    276
本章小结    279
思考与练习    280
第12章  单片机增强型PWM应用    282
12.1  增强型PWM结构    282
12.2  与增强型PWM有关的特殊
功能寄存器    283
12.3  增强型PWM波形发生器的
中断控制    292
12.4  应用项目13：LED灯光亮度
控制系统2    297
本章小结    301
思考与练习    303
第13章  单片机SPI接口应用    304
13.1  SPI结构    304
13.2  与SPI功能有关的特殊功能
寄存器    305
13.3  SPI数据通信    308
13.3.1  SPI接口的数据通信
方式    309
13.3.2  对SPI进行配置    310
13.3.3  注意事项    311
13.3.4  通过SS改变模式    311
13.3.5  写冲突    311
13.3.6  SPI的数据格式    312
13.4  应用项目14：流水灯控制系统2    313
本章小结    317
思考与练习    318
参考文献    319

前    言
　　
　　“单片机应用技术”说得通俗些就是用单片机来解决实际问题。用单片机，就是“通过指令(使用单片机的存储器)经I/O口与外部电路相联系”，使用单片机实际上就是使用它的存储器。
　　要学好“单片机应用技术”这门课，首先要弄清楚单片机的资源，知道怎样使用这些资源；其次，要仔细研读、演练给出的实例，进一步理解、掌握单片机资源的使用；后，由浅入深、先易后难地解决实际问题。所谓实际问题，是千变万化的，需要具体问题具体分析；所谓解决实际问题，实际上是单片机资源的综合应用，是一个系统工程。
　　51系列单片机是以MCS51为内核的8位微控制器，不同厂家生产的不同型号的51系列单片机其硬件资源不尽相同，但指令系统相同，因此，掌握一种型号的单片机是充分和必要的，本书选用增强型STC15W4K32S4系列单片机进行讲解。
　　STC15W4K32S4系列单片机是深圳宏晶科技有限公司研发生产的增强型51系列单片机，采用增强型8051内核，片内集成了中央处理器(CPU-8051内核)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、非易失数据存储器(EEPROM)、I/O口、中断系统、定时/计数器、UART串口、高速A/D转换、捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA)、增强型PWM输出、SPI串行端口、硬件看门狗(WDT)、低功耗控制、片内高精度R/C振荡时钟及高可靠复位电路等资源，几乎包含了数据采集和控制中需要的所有单元模块，是名副其实的单片机(片上系统)，并具有在系统可编程(ISP)功能和在系统调试(ISD)仿真功能，可以省去价格较高的专门编程器，STC15W4K32S4系列单片机是嵌入式低端应用系统的主流机型。
　　本书第1章介绍单片机的基本结构和存储器结构；第2章介绍单片机中的数制及单片机开发平台，都是单片机应用的基础；第3章详细介绍单片机的指令系统和汇编语言编程；第4章介绍C51语言语法规则和C51语言编程；第5章介绍单片机的I/O四种工作模式的结构及应用注意事项，通过几个应用实例介绍单片机应用系统中的“指示”“显示”和“键盘”，这是单片机应用的重点。后续各章介绍单片机的其他功能模块，可以按教学课时节选。
　　本书主要特点如下。
　　(1)    全书以硬件资源介绍为基础，应用项目为驱动，突出实用，突出技能训练，突出工学结合。
　　(2)    本书将应用项目嵌入相关章节中，既突出了理论知识的实际应用，又兼顾了理论知识的系统性和完整性。
　　(3)    本书例题均按模块化设计，后续章节应用的电路和子程序(函数)多数能在前面例题中找到；提供的应用实例软硬件都经过实践验证。建议读者仔细研习，在日常学习与训练中创建自己的“文件夹”，积累单片机应用的实践经验。
　　(4)    全书各章均按基础理论、基本应用、应用项目的顺序编写，读者可根据需要选修。
　　(5)    本书中的实例以STC15W4K32S4为主体，内容也适用于其他51系列单片机。
　　为了进一步理解、掌握、使用单片机，作者设计了一块“学习电路板”，书中给出的各“应用项目”的硬件电路和应用程序(汇编语言及C51语言)均在这块“学习电路板”上调试通过。
　　本书内容精练、实用、新颖，可作为高等专科、高等职业院校计算机类、电子类、电气自动化及机械等专业教材，也可作为世界技能大赛、职业技能大赛、电子设计竞赛、电子设计工程师考证、职业技能鉴定的培训教材和单片机应用工程技术人员及单片机应用技术爱好者的参考书。
　　本书由冯铁成担任主编，在编写过程中，还得到了复旦大学涂时亮教授、STC姚永平总裁和宏晶科技同仁的大力支持和帮助，在此谨表示诚挚的感谢！
　　由于作者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，恳请读者批评指正。
　　
　　
　　
　　编  者