嵌入式系统设计——硬件设计

本书以经典的80C51单片机为载体，通过丰富的实例，由浅入深地介绍了51系列单片机的基础知识及各种应用开发技术。本书内容包括单片机应用系统设计流程及学习方法、中央处理单元及运行原理、输入/输出接口、地址空间与存储器、汇编语言程序设计、C51程序设计、布尔处理机、中断系统、定时/计数器、串行通信接口，并通过实例介绍数/模转换、模/数转换、外部串行总线扩展等应用技术。
本书以激发学生兴趣为着眼点，以原理、应用、实例三条线索展开编写，各章内容既相互衔接又自成体系，可以根据实际情况选择使用。
本书概念清楚、叙述详细、例题丰富、重点突出、难点分散、便于自学，可作为工科类本专科院校相关专业的教材，也可作为远程教育或培训班的教材，还可供单片机应用技术人员参考。

第1章 单片机技术的预备知识 1
1.1 微型计算机及单片微型计算机介绍 1
1.1.1 微型计算机简介 1
1.1.2 单片微型计算机分类及发展简史 2
1.1.3 51系列单片机 4
1.1.4 单片机的应用 7
1.2 单片机应用系统设计技术的
工具及学习方法 8
1.2.1 单片机应用系统设计开发
主要步骤 8
1.2.2 积累设计实践经验的练习方法 11
1.3 嵌入式系统设计与仿真软件
Proteus简介 13
1.3.1 用Proteus做什么 13
1.3.2 用Proteus设计电原理图 13
1.3.3 用Proteus进行汇编语言程序
设计 18
1.3.4 用Proteus交互式仿真调试 20
1.4 简单的单片机实验 22
1.4.1 80C51单片机芯片 22
1.4.2 发光二极管与石英晶体谐振器 24
1.4.3 电路原理图 26
1.4.4 简单的程序设计 28
1.4.5 实验总结 31
习题 31

第2章 51系列单片机的结构 32
2.1 51系列单片机内部结构 32
2.2 中央处理单元及小系统 34
2.2.1 运算部件与程序状态字 35
2.2.2 控制部件 36
2.2.3 时钟电路与时序 37
2.2.4 复位电路 38
2.2.5 小系统 39
2.2.6 工作方式与电源控制寄存器 39
2.3 LED流水灯实验 40
2.3.1 基本的流水灯实验 40
2.3.2 用数据传送和环移指令的
流水灯实验程序 45
2.3.3 循环结构的流水灯实验程序及
延时子程序 48
2.3.4 用查表指令的流水灯实验程序及
多种花样的流水灯 51
2.3.5 用流程图编程 53
习题 57

第3章 51系列单片机的输入/输出接口 58
3.1 输入/输出接口功能 58
3.1.1 通用输出功能 58
3.1.2 通用输入功能 59
3.1.3 4个输入/输出口 60
3.2 数码管显示 62
3.2.1 数码管 62
3.2.2 数码管静态显示 63
3.2.3 数码管动态显示 65
3.2.4 数码管显示技巧 70
3.3 按键与键盘输入 73
3.3.1 按键原理 73
3.3.2 独立式键盘 74
3.3.3 矩阵式键盘 77
3.3.4 简单的监控程序实验 79
3.3.5 按键的应用技巧 82
习题 90

第4章 51系列单片机的存储器 91
4.1 存储器 91
4.1.1 存储器原理 91
4.1.2 存储器分类 93
4.2 地址空间及51系列单片机存储结构 95
4.2.1 51系列单片机存储地址空间 95
4.2.2 内部数据存储器 97
4.2.3 特殊功能存储器 99
4.3 外部并行总线及存储器扩展 102
4.3.1 外部并行总线扩展 102
4.3.2 地址选通方式 104
4.3.3 程序存储器及其扩展方法 107
4.3.4 数据存储器及其扩展方法 109
4.4 串行口扩展存储器 111
4.4.1 常用芯片AT24CXX介绍 111
4.4.2 AT24C16读写实验 114
习题 116

第5章 51系列单片机汇编语言
程序设计基础 117
5.1 51系列单片机指令系统 117
5.1.1 指令格式 117
5.1.2 寻址方式 119
5.1.3 指令分类 122
5.2 汇编语言及程序设计 124
5.2.1 程序设计语言简介 124
5.2.2 汇编语言源程序的设计步骤 124
5.2.3 汇编伪指令 125
5.3 基本程序设计方法 127
5.3.1 顺序结构程序设计 127
5.3.2 分支结构程序设计 128
5.3.3 循环结构程序设计 132
5.4 子程序设计方法 135
5.4.1 子程序设计 135
5.4.2 子程序的嵌套调用 137
习题 139

第6章 51系列单片机C语言程序
设计基础 140
6.1 C51程序设计基础 140
6.1.1 C51的数据 140
6.1.2 C51的常用运算符 143
6.1.3 C51的数组 145
6.1.4 C51的指针 146
6.2 C51的程序结构与流程控制 148
6.2.1 C51的语句 148
6.2.2 选择结构 149
6.2.3 循环结构 150
6.3 C51的函数与编译预处理 153
6.3.1 C51的函数 153
6.3.2 编译预处理 155
6.4 C51程序设计应用 157
6.4.1 C51程序结构 157
6.4.2 流水灯的C51编程 160
6.4.3 数码显示的C51编程 165
6.4.4 键盘的C51语言编程 166
6.4.5 C51与汇编语言混合编程 169
6.4.6 程序优化 170
习题 171

第7章 51系列单片机的布尔处理机 172
7.1 布尔处理机的结构及应用 172
7.1.1 布尔处理机的结构 172
7.1.2 布尔处理机的指令系统 173
7.1.3 布尔处理机的应用 177
7.2 C51中的位操作 179
7.2.1 位变量的C51定义 179
7.2.2 特殊功能寄存器(SFR)的
C51定义 180
7.2.3 位操作运算符 182
7.3 汽车转弯信号灯控制系统
——汇编语言程序设计实例 184
7.3.1 系统功能要求分析 184
7.3.2 硬件设计说明 185
7.3.3 软件流程设计说明 186
7.3.4 代码分析 188
习题 191

第8章 51系列单片机的中断系统 192
8.1 中断概念 192
8.1.1 从面向CPU的观点认识
中断概念 192
8.1.2 从面向任务的观点认识
中断概念 193
8.2 中断系统硬件与中断响应过程 194
8.2.1 中断系统的任务 194
8.2.2 中断系统结构 195
8.2.3 中断源与中断申请标志 196
8.2.4 中断控制寄存器 197
8.2.5 中断响应的过程 199
8.3 中断服务程序与现场保护方法 201
8.3.1 一个演示中断服务及中断
嵌套的实验 201
8.3.2 中断服务程序设计流程 205
8.3.3 现场保护和恢复 205
8.3.4 中断返回 209
8.3.5 中断服务程序的实时性 211
8.4 中断程序应用举例 211
8.4.1 中断源扩展实验 211
8.4.2 中断式按键程序设计 213
习题 215

第9章 51系列单片机的定时/计数器 217
9.1 定时/计数器结构和工作原理 217
9.1.1 定时/计数器结构 217
9.1.2 定时/计数器工作原理 218
9.1.3 定时/计数器相关的
特殊功能寄存器 219
9.2 定时/计数器的工作方式 220
9.2.1 工作方式0 220
9.2.2 工作方式1 220
9.2.3 工作方式2 220
9.2.4 工作方式3 221
9.3 定时/计数器的应用方法 222
9.3.1 定时/计数器的基本
应用方法 222
9.3.2 工作方式0的应用方法 222
9.3.3 工作方式1的应用方法 223
9.3.4 工作方式2的应用方法 224
9.3.5 工作方式3的应用方法 227
9.3.6 定时器溢出同步问题 227
9.3.7 运行中读定时/计数器 228
9.3.8 定时器门控位GATE的应用 229
9.4 定时/计数器应用 229
9.4.1 简易音乐盒 229
9.4.2 时序逻辑控制器 234
习题 239

第10章 51系列单片机的串行通信接口 240
10.1 串行通信概念 240
10.1.1 串行通信基础 240
10.1.2 网络多机系统与通信控制 242
10.2 51单片机串行口结构及
控制寄存器 243
10.2.1 串行口结构及运行过程 243
10.2.2 用于串行口控制的寄存器 245
10.3 串行口的工作方式 246
10.3.1 同步工作方式0 246
10.3.2 异步工作方式1 247
10.3.3 异步工作方式2和方式3 248
10.4 串行通信应用技术 249
10.4.1 串行通信基本操作 249
10.4.2 串行口采用奇偶校验
发送/接收数据 250
10.4.3 单片机与单片机的串口
方式1通信 251
10.4.4 单片机与单片机的串口
工作方式2通信(查询) 254
10.4.5 单片机与单片机的串口
工作方式3通信(中断) 257
10.4.6 多机通信 260
10.4.7 单片机与PC之间的通信 266
习题 268

第11章 单片机扩展技术 269
11.1 A/D转换 269
11.1.1 A/D转换器 269
11.1.2 ADC0809与单片机接口 271
11.2 D/A转换 273
11.2.1 D/A转换主要指标 273
11.2.2 典型D/A转换器芯片
DAC0832 274
11.2.3 单缓冲方式的接口与应用 275
11.2.4 双缓冲方式的接口与应用 277
11.3 外部串行总线扩展 279
11.3.1 串行总线简介 279
11.3.2 I2C总线协议 280
习题 283

附录一 数制与码制 285
F1.1 计数进位制及相互间转换 285
F1.1.1 计数进位制 285
F1.1.2 不同进位制之间的转换 286
F1.2 二进制数的运算规则 288
F1.3 带符号数的表示方法：
原码、反码、补码 290
F1.4 定点数与浮点数 292
F1.5 BCD码与ASCII码 293

附录二 Proteus快速入门 297
F2.1 Proteus ISIS编辑环境及其设置 297
F2.1.1 选择模板和图纸 297
F2.1.2 设置文本格式 297
F2.1.3 设置格点 298
F2.2 Proteus ISIS库元件的认识 302
F2.2.1 库元件的分类 302
F2.2.2 各子类介绍 303
F2.3 Proteus 虚拟仪器及其使用 308
F2.3.1 激励源 308
F2.3.2 虚拟仪器 309
F2.4 Proteus 仿真方法 311
F2.5 Proteus ARES印制板设计工具 312

附录三 Keil C51快速入门 314
F3.1 Keil C51 编辑环境及其设置 314
F3.1.1 建立工程文件 314
F3.1.2 源程序文件的建立 315
F3.1.3 选项设置 316
F3.1.4 添加文件到当前项目组中 316
F3.1.5 编写源程序 317
F3.2 Keil C51库函数 318
F3.3 Keil C51 编译出错信息列表 325
F3.4 Keil C51 程序调试方法 330

附录四 51系列单片机汇编指令 332

附录五 51系列单片机常用汇编程序 337

参考文献 356