单片机技术及C51程序设计（第2版）

综合应用实例丰富，习题多样。 

全书分为11 章，内容包括单片机的基本概念、MCS-51 系列单片机内部结构、指令系统和汇编语言程序设计、Keil C51 语法及程序设计、MCS-51 系列单片机内部硬件资源及应用、系统功能的扩展、键盘与显示接口、A/D 与D/A 转换接口、单片机的其他接口、综合应用实例、单片机应用系统设计等。第1 章至第4 章主要介绍MCS-51 单片机的内部结构、指令系统和C51 结构。从第5 章开始介绍MCS-51 系列单片机的接口及应用。本书除了在第1 章至第9 章中给出许多的相关实例，还专门组织了第10 章、第11 章，给出了大量的设计性实例和系统设计实例。书中的实例一般采用汇编与C 语言编程对照的方式编写，但在第10 章、第11章较复杂的实例中只采用C 语言编程。力求通过应用实例，使读者既可以在学习中进行类比编程，又可以开阔思路，提高实际编程效率和工作能力。

唐颖教授，从教30多年，主讲单片机、数字电子技术、EDA技术等课程，编写多部相关教材；荣获“全国优秀教师”称号，浙江省电子协会会员。

目 录
第1章 基础知识 1
1.1 信息在计算机中的表示方法 1
1.1.1 数在计算机内的表示 1
1.1.2 字符在计算机内的表示 5
1.2 单片机的基本概念和特点 5
1.2.1 基本概念 5
1.2.2 单片机的主要特点 6
1.3 单片机的发展概况及应用领域 7
1.3.1 发展概况 7
1.3.2 单片机的应用 10
1.4 单片机主要类型介绍及分类 10
1.4.1 常用系列单片机产品及性能简介 10
1.4.2 MCS-51系列单片机分类 12
1.4.3 AT89系列单片机分类 14
1.4.4 其他公司的51系列单片机 15
本章小结 15
习题1 16
第2章 MCS-51系列单片机的内部结构和引脚 17
2.1 MCS-51系列单片机内部结构和引脚说明 17
2.1.1 MCS-51系列单片机内部结构框图 18
2.1.2 MCS-51系列单片机外部引脚说明 21
2.2 MCS-51系列单片机存储器 23
2.2.1 程序存储器 24
2.2.2 数据存储器 25
2.3 MCS-51系列单片机并行I/O接口 28
2.3.1 P0口结构及功能 29
2.3.2 P1口结构及功能 30
2.3.3 P2口结构及功能 30
2.3.4　P3口结构及功能 31
2.4 MCS-51系列单片机的时钟电路与时序 32
2.4.1 时钟电路 32
2.4.2 CPU时序 32
2.4.3 MCS-51系列单片机的复位电路 34
2.4.4 MCS-51系列单片机的掉电和节电方式 35
本章小结 37
习题2 37
第3章 MCS-51系列单片机指令系统和汇编语言程序设计 39
3.1 指令系统基本概念 39
3.1.1 指令基本格式 39
3.1.2 指令分类 40
3.1.3 指令描述符号介绍 40
3.2 MCS-51系列单片机的寻址方式 41
3.3 MCS-51系列单片机的指令系统 43
3.3.1 数据传送类指令 44
3.3.2 算术运算类指令 50
3.3.3 逻辑运算及移位指令 56
3.3.4 位操作类指令 59
3.3.5 控制转移类指令 62
3.4 汇编程序设计示例 67
3.4.1 汇编程序伪指令 68
3.4.2 顺序程序 69
3.4.3 分支程序 71
3.4.4 循环程序 73
3.4.5 查表程序 78
3.4.6 散转程序 79
3.4.7 子程序 80
本章小结 83
习题3 83
第4章 Keil C51语法及程序设计 88
4.1 C 语言与MCS-51系列单片机 88
4.1.1 C语言的特点及程序结构 88
4.1.2 C语言与MCS-51系列单片机 90
4.2 C51程序结构及数据类型 91
4.2.1 C51程序结构 91
4.2.2 C51的数据类型 91
4.3 C51的存储种类及存储区 94
4.3.1 常量 94
4.3.2 变量 95
4.3.3 C51存储模式 98
4.3.4 地址访问 99
4.4 C51构造数据类型 101
4.4.1 数组 101
4.4.2 指针 103
4.4.3 结构 106
4.4.4 联合 109
4.4.5 枚举 111
4.5 C51运算符与表达式 111
4.5.1 赋值运算 111
4.5.2 算术运算符 112
4.5.3 关系运算符 112
4.5.4 逻辑运算符 112
4.5.5 位运算符 113
4.5.6 复合赋值运算符 113
4.5.7 逗号运算符 114
4.5.8 条件运算符 114
4.5.9 指针与地址运算符 114
4.6 表达式语句及复合语句 115
4.6.1 表达式语句 115
4.6.2 复合语句 116
4.7 C51的输入/输出 116
4.7.1 格式输出函数printf() 117
4.7.2 格式输入函数scanf() 117
4.8 C51程序基本结构与相关语句 118
4.8.1 C51的基本结构 118
4.8.2 if语句 120
4.8.3 switch/case语句 120
4.8.4 while语句 121
4.8.5 do…while语句 122
4.8.6 for语句 123
4.8.7 循环的嵌套 123
4.8.8 break和continue语句 124
4.8.9 return语句 125
4.9 函数 125
4.9.1 函数的定义 125
4.9.2 函数的调用与声明 128
4.9.3 函数的嵌套与递归 130
4.10 汇编语言与C语言混合编程 131
本章小结 136
习题4 136
第5章 MCS-51系列单片机内部硬件资源及应用 138
5.1 MCS-51系列单片机的并行I/O接口 138
5.1.1 端口输入/输出操作 138
5.1.2 I/O接口的位操作指令 139
5.1.3 并行口应用举例 139
5.2 中断系统 141
5.2.1 中断的基本概念 141
5.2.2 MCS-51系列单片机的中断系统 141
5.2.3 MCS-51系列单片机中断系统的应用 146
5.3 MCS-51系列单片机的定时/计数器 150
5.3.1 定时/计数器的结构与工作原理 150
5.3.2 定时/计数器的工作方式 152
5.3.3 定时/计数器的应用 154
5.4 MCS-51系列单片机的串行口及串行通信 159
5.4.1 串行通信的基本概念 160
5.4.2 MCS-51系列单片机的串行口及控制寄存器 162
5.4.3 MCS-51系列单片机串行通信工作方式 164
5.4.4 串行口应用举例 166
本章小结 176
习题5 177
第6章 MCS-51系列单片机系统功能的扩展 178
6.1 单片机小应用系统 178
6.2 存储器的扩展 179
6.2.1 程序存储器的扩展 180
6.2.2 数据存储器的扩展 182
6.2.3 存储器综合扩展举例 183
6.3 I/O接口扩展 184
6.3.1 简单I/O接口扩展 185
6.3.2 用串行口扩展并行I/O接口 186
6.3.3 可编程I/O接口扩展 187
本章小结 192
习题6 192
第7章 MCS-51系列单片机键盘与显示器接口 193
7.1 MCS-51系列单片机与键盘的接口 193
7.1.1 键盘的工作原理与扫描方式 193
7.1.2 独立式按键及接口 195
7.1.3 矩阵式键盘及接口 198
7.2 MCS-51系列单片机与LED数码管显示接口 203
7.2.1 LED数码管的结构与原理 203
7.2.2 LED数码管显示方式 205
7.2.3 LED数码管显示接口典型应用电路 206
7.3 键盘、LED数码管组合接口 213
本章小结 217
习题7 218
第8章 MCS-51系列单片机 与A/D、D/A转换器接口 219
8.1 MCS-51系列单片机与A/D转换器接口 219
8.1.1 A/D转换器ADC0809简介 220
8.1.2 ADC 0809与MCS-51系列单片机的接口 221
8.1.3 AD574转换器与51系列单片机的接口 224
8.2 MCS-51系列单片机与D/A转换接口 226
8.2.1 D/A转换器DAC0832简介 227
8.2.2 DAC0832与51型单片机的接口实例 229
本章小结 232
习题8 233
第9章 MCS-51系列单片机的其他接口 234
9.1 LCD显示模块与MCS-51系列单片机的接口 234
9.1.1 字符点阵式液晶显示器 234
9.1.2 RT-1602C液晶显示模块与单片机的接口 239
9.1.3 图形点阵式液晶显示器LCD12864简介 243
9.2 时钟日历芯片与MCS-51系列单片机的接口 248
9.2.1 串行时钟日历芯片DS1302简介 248
9.2.2 DS1302与单片机接口 250
9.3 I2C总线芯片与MCS-51系列单片机的接口 254
9.3.1 I2C总线简介 254
9.2.2 I2C总线EEPROM芯片与单片机接口 256
本章小结 261
习题9 261
第10章 综合实例 262
10.1 流水灯的设计 262
10.2 简易报警发生器设计 264
10.3 外部负脉冲宽度测量电路 266
10.4 “航标灯”控制程序设计 267
10.5 99s跑码表设计 269
10.6 独立式按键的应用 272
10.7 带数码显示的A/D转换电路 274
10.8 直流电机控制 276
10.9 步进电动机控制设计 280
习题10 282
第11章 单片机应用系统设计 283
11.1 单片机应用系统的基本结构 283
11.1.1 单片机应用系统的硬件组成 283
11.1.2 硬件系统设计原则 284
11.1.3 单片机应用系统的软件设计 285
11.2 数字电子钟/日历系统设计实例 286
11.2.1 电子时钟/日历系统要求与设计方案 286
11.3 单片机遥控系统的应用设计 291
11.3.1 系统要求与设计方案 291
11.3.2 系统硬件电路的设计 291
11.3.3 系统程序设计 296
11.3.4 调试及性能分析 300
11.3.5 控制源程序清单 300
附录A MCS-51系列单片机指令表 309
附录B ASCII码 313
参考文献

第2版前言

随着单片机制造技术的飞速发展及其开发条件的普及，单片机开发的产品已广泛地应用在家电、通信、医疗设备、工业控制、航空航天和军事方面。其中，MCS-51系列单片机是各高校进行单片机教学的典型机型，在我国得到了较广泛的应用。为了适应本科单片机课程的应用性教学改革及缩小学校教学和企业应用之间的距离，2012年编者在电子工业出版社的大力支持下，出版了本书第1版。第1版教材以传统的汇编语言与单片机C语言对照编程的方式，介绍了MCS-51系列单片机的原理、结构及应用设计，较好地达到了通过汇编程序设计帮助学生更好地理解单片机的内部结构与特性，并通过C语言程序设计提高学生的综合设计与实际应用能力的教学目的。
本书第1版经过在4年多的使用，编者也感到了原内容在单片机接口应用和多方位实例介绍等方面还存在不足。因此，借《单片机技术及C51程序设计（第2版）》教材出版的机会，针对原教材的不足之处进行了修订，具体修改内容如下：
（1）为了加强大部分初学者对数字、字符等信息在计算机内存储方式的认知，在第1章“基础知识”中增加了一节“信息在计算机中的表示方法”，重点介绍补码在计算机运算中的应用特点。
（2）在实际应用中，常常会碰到需要汇编语言与C语言和混合编写的问题。因此在第4章中增加了一节“汇编语言与C语言混合编程”，重点介绍汇编语言与C语言混合编程的编程规则。
（3）为了加强读者对单片机内部硬件资源的理解和应用，在第5章中对中断系统和定时/计数器的实例进行了增加与修改，以求更全面、更详尽地介绍它们的设计和应用方式。
（4）为使教学内容更符合学生的认知过程，在对第4、7章中的内容进行局部修改的基础上对部分小节的顺序进行了调整。
（5）为了加强对单片机外部接口应用的教学，使学生更多地接触各类常用的接口器件，在介绍基本接口（按键、LED数码管、A/D转换器、D/A转换器）的基础上，增加了第9章“MCS-51系列单片机的其他接口”的内容。在这章中主要介绍了常用的单片机与液晶显示器、时钟日历芯片、I2C总线芯片的接口及编程方法，为开展单片机综合设计及接口应用的实践教学提供了方便。
 
（6）注重实践能力的培养是本教材编写的出发点。为使读者更好地掌握各章节的内容和知识点，对每章后的习题进行了精心的编排，增加一些章节的习题量，使其能尽量涵盖所学的知识点，起到复习和巩固知识的作用。
本书由浙江树人大学的唐颖、阮越、程菊花、任条娟、黄震梁和湖北工业大学的谭保华共同编写。全书由唐颖、阮越主编并统稿。在本书的编写过程中，借鉴了许多教材的宝贵经验，在此谨向这些作者表示诚挚的感谢。
由于编者水平有限，时间仓促，不妥之处在所难免，衷心希望广大读者批评指正。
编  者   
2016年10月
        
第1版前言

MCS-51系列单片机是各高校进行单片机教学的典型机型，在我国得到了较广泛的应用。以往单片机原理及应用课程的教学基本上都是采用汇编语言进行讲解和设计程序的，虽然汇编语言编写程序具有对硬件操作方便，编写的程序代码短、实时性强等优点，但可读性和可移植性都较差。
当前，单片机的种类很多，企业选用的单片机也不尽相同，而各大学所讲授的大多是51系列单片机。由于不同种类单片机的指令系统不同，汇编语言不能通用，且编程繁杂。为培养能尽快适应社会需求的应用型技术人才，使毕业生到企业后，面对各种不同类型的单片机，不需要经过再学习就能直接上手，我们对单片机的教学进行了改革，根据掌握知识结构的规律和实际应用的要求，在单片机的教学内容中增加了用C语言程序设计实现单片机应用的内容，使教学能更紧密地与企业人才需求相结合。
单片机技术是一门应用性很强的专业课，其理论和实践技能是从事电类专业技术人员所不可缺少的。作者多年从事“单片机原理及应用”课程的教学与实践指导，因此希望能将其教学积累加入教材，对教材进行重新改编。本教材中单片机的机型选用51系列单片机，结合目前应用非常广泛的C51程序设计及Keil C51编译器，在汇编程序设计的基础上，增加了用C语言进行单片机程序设计的内容，且加入C51编程方法的教学与实践，以配合教学内容的改革。
在教材的编写中，作者非常重视理论与实践的密切结合。书中给出了很多应用实例，且采用汇编语言与C语言对照编程的方法，力图通过汇编程序设计来帮助学生更好地理解和掌握单片机的内部结构与特性，同时通过C语言程序设计来提高学生的综合设计和实际应用能力。
本教材的特点主要体现在：
（1）深入浅出地介绍单片机内部结构和指令系统，通过简单的汇编程序理解和加深对单片机内部结构，特别是存储器和并行口的理解。
（2）增加单片机C语言应用程序设计内容，注重实例的引导。在程序设计的编写中，采用由实例引导，总结、归纳语法的方式，轻松地引导读者进入C语言编程的环境，尽量减少枯燥和压力感。
（3）在单片机接口、应用等章节中，同一示例的讲解分别采用汇编和C语言两种编程方式进行对比，以达到能同时兼顾汇编语言和C语言两个方面的教学目的。
（4）注重实践能力的培养。本书除了在每个应用章节中给出许多的相关实例，还专门组织了第9、10章，给出大量的设计性实例和系统设计实例，作为前几章学习后的综合应用，供实验、课程设计及学生课外设计时参考。
本书由浙江树人大学的唐颖、程菊花、任条娟、谭保华、黄震梁、阮越共同编写。其中第1、2、7、8章由唐颖编写，第5、6章由程菊花编写，第3章由任条娟编写，第4章及10章的部分章节由黄震梁编写，第9、10章的部分章节由阮越编写，由唐颖主编并统稿完成。在本书的编写过程中，借鉴了许多教材的宝贵经验，在此谨向这些作者表示诚挚的感谢。
由于编者水平有限，时间仓促，不妥之处在所难免，衷心希望广大读者批评指正。

编　　者 
2012年2月