单片机原理与应用及C51程序设计（第3版）

第1章 基础知识
1.1 信息在计算机中的表示
1.1.1 数在计算机内的表示
1.1.2 字符在计算机内的表示
1.2 微型计算机的基本结构和工作原理
1.2.1 微型计算机的发展
1.2.2 微型计算机的基本结构
1.2.3 微处理器
1.2.4 存储器
1.2.5 输入/输出设备及I/O接口
电路
1.2.6 总线
1.2.7 微型计算机的工作过程
1.3 单片微型计算机
1.3.1 单片机的基本概念
1.3.2 单片机的主要特点
1.3.3 单片机的发展及其主要品种
1.3.4 单片机的应用
习题
第2章 单片机的基本原理
2.1 51系列单片机简介
2.2 51系列单片机的结构原理
2.2.1 51系列单片机的基本组成
2.2.2 51系列单片机的内部结构
2.2.3 51系列单片机的中央
处理器（CPU）
2.2.4 51系列单片机的存储器
结构
2.2.5 51系列单片机的输入/输出
接口
2.3 51系列单片机的外部引脚及
片外总线
2.3.1 外部引脚
2.3.2 片外总线结构
2.4 51系列单片机的工作方式
2.4.1 复位方式
2.4.2 程序执行方式
2.4.3 单步执行方式
2.4.4 掉电和节电方式
2.4.5 编程和校验方式
2.5 51系列单片机的时序
2.5.1 时钟周期、机器周期和
指令周期
2.5.2 访问外部ROM的时序
2.5.3 访问外部RAM的时序
习题
第3章 单片机汇编程序设计
3.1 51系列单片机的汇编指令格式及
标识
3.1.1 指令格式
3.1.2 指令中用到的标识符
3.2 51单片机指令的寻址方式
3.2.1 常数寻址（立即寻址）
3.2.2 寄存器数寻址（寄存器寻址）
3.2.3 存储器数寻址
3.2.4 位数据寻址（位寻址）
3.2.5 指令寻址
3.3 51单片机的指令系统
3.3.1 数据传送指令
3.3.2 算术运算指令
3.3.3 逻辑操作指令
3.3.4 控制转移指令
3.3.5 位操作指令
3.4 51单片机汇编程序常用伪指令
3.5 51单片机汇编程序设计
3.5.1 数据传送程序
3.5.2 运算程序
3.5.3 代码转换程序
3.5.4 多分支转移（散转）程序
3.5.5 延时程序
习题
第4章 单片机C语言程序设计
4.1 C51基本知识
4.2 C51的数据类型
4.2.1 C51的基本数据类型
4.2.2 C51特有的数据类型
4.3 C51的变量与存储类型
4.3.1 C51的普通变量及定义
4.3.2 C51的特殊功能寄存器变量
4.3.3 C51的位变量
4.3.4 C51的指针变量
4.4 绝对地址的访问
4.4.1 使用C51运行库中的
预定义宏
4.4.2 通过指针访问
4.4.3 使用C51扩展关键字_at_
4.5 C51中的函数
4.5.1 C51函数的参数传递
4.5.2 C51函数的返回值
4.5.3 C51函数的存储模式
4.5.4 C51的中断函数
4.5.5 C51函数的寄存器组选择
4.5.6 C51的重入函数
习题
第5章 Keil C51集成环境的使用
5.1 Keil C51简介
5.1.1 Keil ？Vision 4 IDE的安装
5.1.2 Keil ？Vision 4 IDE界面
5.2 Keil ？Vision 4 IDE的使用方法
5.2.1 建立项目文件
5.2.2 给项目添加程序文件
5.2.3 编译、连接成目标文件
5.2.4 运行调试、观察结果
5.2.5 仿真环境的设置
5.3 Keil C51的调试技巧
5.3.1 如何设置和删除断点
5.3.2 如何查看和修改寄存器的
内容
5.3.3 如何观察和修改变量
5.3.4 如何观察存储器区域
习题
第6章 Proteus软件的使用
6.1 Proteus概述
6.1.1 Proteus的进入
6.1.2 Proteus的界面
6.2 Proteus的基本操作
6.2.1 新建电路，选择元件
6.2.2 放置和调整元件
6.2.3 连接导线
6.2.4 给单片机加载程序
6.2.5 运行仿真查看结果
习题
第7章 51单片机的内部资源及编程
7.1 并行输入/输出接口
7.2 定时/计数器接口
7.2.1 定时/计数器的主要特性
7.2.2 定时/计数器T0、T1的
结构及工作原理
7.2.3 定时/计数器的方式和
控制寄存器
7.2.4 定时/计数器的工作方式
7.2.5 定时/计数器的初始化
编程及应用
7.3 串行接口
7.3.1 通信的基本概念
7.3.2 MCS-51单片机串行口的
功能与结构
7.3.3 串行口的工作方式
7.3.4 串行口的编程及应用
7.4 中断系统
7.4.1 中断的基本概念
7.4.2 MCS-51单片机的
中断系统
7.4.3 MCS-51单片机中断系统的
应用举例
习题
第8章 MCS-51单片机的常用接口
8.1 MCS-51单片机的最小系统
8.1.1 8051/8751的最小系统
8.1.2 8031的最小系统
8.2 存储器扩展
8.2.1 半导体存储器概述
8.2.2 存储器扩展的一般方法
8.2.3 程序存储器的扩展
8.2.4 数据存储器扩展
8.3 输入/输出口扩展
8.3.1 简单I/O接口扩展
8.3.2 可编程I/O接口
扩展（8255A）
8.4 LED显示器与51单片机接口
8.4.1 LED显示器的基本结构与
原理
8.4.2 LED数码管显示器使用的
主要问题
8.4.3 LED显示器与单片机的
接口
8.5 键盘与51单片机的接口
8.5.1 键盘概述
8.5.2 独立式键盘与单片机的
接口
8.5.3 矩阵式键盘与单片机的
接口
8.6 行程开关、晶闸管、继电器与
51单片机的接口
8.6.1 行程开关、继电器与
51单片机的接口
8.6.2 晶闸管与51单片机接口
8.6.3 继电器与51单片机的接口
8.6.4 蜂鸣器与51单片机的接口
习题
第9章 51单片机与D/A、
A/D转换器的接口
9.1 D/A转换器与51单片机的接口
9.1.1 D/A转换器概述
9.1.2 典型的D/A转换器
芯片DAC0832
9.1.3 DAC0832与51单片机的
接口与应用
9.2 A/D转换器与51单片机的接口
9.2.1 A/D转换器概述
9.2.2 典型的A/D转换器
芯片ADC0808/0809
习题
第10章 MCS-51单片机的其他接口
10.1 LCD1602与51单片机的接口
10.1.1 LCD1602概述
10.1.2 LCD1602的内部结构
10.1.3 HD44780的指令格式与
指令功能
10.1.4 LCD1602的编程与接口
10.2 I2C总线芯片与51单片机接口
10.2.1 I2C总线简介
10.2.2 I2C总线EEPROM芯片与
单片机的接口
10.3 日历时钟芯片DS1302与
51单片机接口
10.3.1 DS1302简介
10.3.2 DS1302引脚的功能
10.3.3 DS1302的寄存器及
片内RAM
10.3.4 DS1302与51单片机的
接口
10.4 温度传感器DS18B20与
51单片机的接口
10.4.1 DS18B20简介
10.4.2 DS18B20的外部结构
10.4.3 DS18B20的内部结构
10.4.4 DS18B20的温度转换
过程
10.4.5 DS18B20与51单片机的
接口
10.5 串行A/D、D/A与51单片机的
接口
10.5.1 串行A/D芯片MAX1241与
51单片机的接口
10.5.2 串行D/A芯片MAX517与
51单片机的接口
习题
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.1 单片机应用系统的开发过程
11.1.1 应具备的知识和能力
11.1.2 单片机应用系统开发的
基本过程
11.1.3 单片机应用系统的
硬件设计
11.1.4 单片机应用系统的
软件设计
11.2 电子时钟的设计
11.2.1 电子时钟的功能要求
11.2.2 总体方案设计
11.2.3 软件计时数码管显示时钟的
硬件电路
11.2.4 软件计时数码管显示时钟的
软件程序
11.2.5 硬件定时液晶显示时钟的
硬件电路
11.2.6 硬件定时液晶显示时钟的
软件程序
11.3 多路数字电压表的设计
11.3.1 多路数字电压表的
功能要求
11.3.2 多路数字电压表的
总体设计
11.3.3 多路数字电压表的
硬件电路
11.3.4 多路数字电压表的
软件程序
11.4 多点温度测量系统的设计
11.4.1 多点温度测量系统的
功能要求
11.4.2 多点温度测量系统的
总体设计
11.4.3 多点温度测量系统的
硬件电路
11.4.4 多点温度测量系统的
软件程序
习题
附录A MCS-51系列单片机指令表
附录B C51运算符优先级和结合规则
附录C C51的库函数
附录D 单片机技术及嵌入式系统的
网络资源
参考文献

《单片机原理与应用及C51程序设计》一书自2006年出版后，以其全新的编写思路、鲜明的应用性特色，受到了广大教师及学生的欢迎，重印了9次。2009年修订出版了《单片机原理与应用及C51程序设计（第2版）》，也重印了9次。为了更加适合各院校使用，编者认真听取了广大师生的意见，在《单片机原理与应用及C51程序设计（第3版）》中，我们仍然保留了第1、2版的主体框架和特色，但更加突出应用性，对实例增加了Proteus仿真，对相应的内容做了一些修订和增补调整。
MCS-51系列单片机应用广泛，是学习单片机技术较好的系统平台，同时也是单片微型计算机应用系统开发的一个重要系列。我们承担了四川省高等教育教学改革工程人才培养质量和教学改革项目“微机、单片机、接口技术系列实验及实践教学改革”，提出的实验及实践教学改革的目标是培养应用型人才。根据理论教学和实践教学的经验，发现学生要想熟练地掌握MCS-51单片机应用系统软件设计，就必须完全理解单片机汇编语言，只有这样，才能理解并掌握MCS-51程序设计。若在用汇编语言讲授单片机原理后另外单独开设一门“MCS-51程序设计”课程，由于时间间隔的原因，学生往往不能与原理很好地联系起来进行对比学习。因此我们尝试在课堂上讲解单片机原理的同时介绍单片机C语言程序设计，避免直到进入实验室或开发实践阶段时才讲授单片机C语言程序设计以及开发环境，这样可以为开设综合实验和创新性实验奠定一定的基础。
因此本书的目的是想在讲解单片机基本原理的同时，能兼顾汇编语言和C语言两个方面。单片机原理与应用教材大都采用汇编语言讲解和设计程序实例，但汇编语言学习困难。在实际应用系统开发调试中，特别是开发比较复杂的应用系统时，为了提高开发效率和使程序便于移植，现在多用C语言。C语言不仅学习起来容易，而且也同汇编语言一样，能够对单片机资源进行访问，因而目前大多数院校在开设单片机课程时都引入了C语言。但引入C语言后，在选教材时就发现存在两个方面的问题：第一，单片机原理与应用（含单片机C语言程序设计）的教材不多，而兼顾汇编语言和C语言的教材更少，所以可选择的余地较小；第二，单片机C语言方面的教材一般面向开发，不讲原理，属于高级教程，不适合初学者。而我们需要一本在讲单片机基本原理的同时能兼顾汇编语言和C语言两个方面的教材，以避免学生在学习“单片机原理与应用”课程时还要另外参考一本单片机C语言方面的教材。
基于前边所讲的原因，我们一直按照“同一实例，汇编语言和C语言对比学习”的思路教学并编写教材及改版。在本书的实例中，相同的功能用汇编语言和C语言分别实现，通过用汇编语言和C语言两个方面的编程对比，使学生能够有选择地掌握一种并认识另一种。对于把“单片机原理与应用”及“MCS-51程序设计”作为两门课程分别开设的学校，也可以使用同一本教材，对学习者复习单片机原理及汇编语言知识有很大的帮助。同时，为了提高学生应用设计的能力，还介绍了目前单片机接口常用的接口芯片，列举了几个简单的单片机应用系统开发实例。
1. 第3版内容的调整
第1章“计算机基础知识”，增加了1.2节“微型计算机的基本结构和工作原理”，为没有学习微机原理课程的读者补充相关的基础知识，学了微机原理课程的读者可以不学，另外，1.3节“单片微型计算机”由以前的1.2、1.3、1.4节合并而成。
第2章“单片机基本原理”，做了修订。
第3章“单片机汇编程序设计”，做了修订；3.1及3.5做了相应的修改；把第2版的第4、5章合并到第4章“单片机C语言程序设计”，只保留与标准C有区别的地方；根据实际教学流程及实验安排，把第2版的第12章提前到第5章“Keil C51集成环境的使用”，用汇编程序介绍。
新增了第6章“Proteus软件的使用”，其中6.2节“Proteus的基本操作”以并口应用做介绍。
第7章到第10章都增加了Proteus仿真，根据仿真对内容做了相应的调整；把第2版的第10、11章合并到第11章。
第11章“单片机应用系统设计及举例”，也增加了Proteus仿真，根据仿真做相应的调整，并增加了11.4节“多点温度测量系统的设计”。
2. 本书特点
本书以实用为宗旨，用众多的实例讲解MCS-51单片机原理和硬、软件开发技术，针对同一功能，同时提供单片机汇编语言源程序和单片机C语言源程序，并实现Proteus仿真，免费提供所有源代码和电路图的资源下载。从实用的角度出发，书中配备了大量的实例，详细描述了实例的具体设计步骤，并提供单片机汇编源程序和单片机C语言源程序的详细代码，并且完整地阐述了单片机应用系统分析和开发的全过程，读者可以此作为进入单片机应用系统开发领域的首次尝试。
本书与传统的单片机基本原理书籍相比较，更面向实际开发，与单片机C语言程序设计书籍相比，兼顾了单片机原理和汇编语言的讲解，同时提供了Proteus仿真，有利于初学者迅速掌握单片机技术。
本书图文并茂，实用性强，为便于读者练习和自学，各章均配有少量习题。本书可作为大专院校单片机原理与应用类课程的教材，也可作为单片机原理与应用技术培训班的教材，特别适合打算学习单片机应用系统开发技术的读者，同时可供各类电子工程、自动化技术人员和计算机爱好者参考。
3. 本书内容
本书共分11章，具体内容如下。
第1章：计算机基础知识。
第2章：单片机的基本原理。
第3章：单片机汇编程序设计。
第4章：单片机C语言程序设计。
第5章：Keil C51集成环境的使用。
第6章：Proteus软件的使用。
第7章：MCS-51单片机的内部资源及编程。
第8章：MCS-51单片机常用接口。
第9章：D/A、A/D转换器与51单片机的接口。
第10章：MCS-51单片机的其他接口。
第11章：单片机应用系统设计及举例。
附录中提供了MCS-51系列单片机指令表、C51运算符优先级和结合规则及C51库函数表，以及单片机相关的网络资源列表，以使读者找到更广阔的学习园地。
4. 如何使用本书
对于MCS-51单片机的初学者来说，应该从本书的第1章开始进行学习，以了解MCS-51单片机技术的基本知识和MCS-51单片机的使用方法，掌握MCS-51单片机结构和相应接口芯片的具体使用方法，以及与MCS-51单片机汇编语言编程和单片机C语言编程相关的具体技术，学完1~11章，即可达到从事单片机应用系统开发的基本要求。
对于已经具有一定MCS-51单片机技术基础，比较了解MCS-51单片机的读者来说，可以直接从第4章开始学习，重点理解和掌握使用MCS-51单片机开发应用系统的相关技术，通过对比来掌握单片机汇编语言编程和单片机C语言编程的方法，着重掌握单片机应用系统的开发过程。
建议本书的理论课安排在60学时左右，实验16学时，如果只学习汇编程序设计或C语言程序设计，理论学习课时可适当地减少。课程学习后，可安排相应的课程设计，以便对学习内容进行巩固和加深理解。
另外，本书在描述中把MCS-51单片机常简称为“51单片机”，书中采用了Keil ？Vision 4 软件界面，读者在学习过程中也可以采用Keil C51的最新版本，或者可以从本书提供的资源网站中搜索下载其对应的软件包，以供学习和使用。
5. 我们的经验
根据我们的教学和开发经验，学习单片机技术，特别是学习单片机应用系统开发技术时，关键是让学习者自己迅速地找到适合自己的学习方法，必须在第一时间使学习者看到自己的学习成绩，排除“对硬件设计没有信心，畏惧编程”的心理因素。因此有必要走“依葫芦画瓢”的道路，在实验中模拟开发出简单的应用系统，然后逐渐地由浅入深，逐步进入单片机应用系统开发领域。
为此目的，本书给出了大量实例，包括硬件电路设计和应用系统开发，我们希望读者通过大量的实例来加深对相关内容的认识和理解，尽快地把理论知识转换为解决实际问题的能力。另一方面，为方便读者快速阅读本书，书中各实例中的所有源代码和电路图均提供下载，读者可以根据自己的实际情况进行选择和使用，建议读者详细阅读第5~11章，并分析电路和程序源代码，最好能够自己在实验室模拟一个单片机应用系统实验项目进行开发练习，以此作为真正的单片机应用系统开发的起步。
6. 致谢
本书由西华大学的谢维成和成都大学的杨加国、陈斌、杨显富共同编写，谢维成和杨加国担任主编。
本书第1、2、3、9、11章由杨加国编写，第4章和第7章由陈斌编写，第5、6章由杨显富编写，第8、10章和附录由谢维成编写，最后由谢维成和杨加国统稿完成。另外王胜、郑海春、王孝平、杨帆、龙驹、陈永强、李茜、宋玉忠参与了本书部分图形的绘制及仿真调试工作，在此一并表示感谢。同时感谢参考文献的作者们，本书借鉴了他们的部分成果，他们的工作给了我们很大的帮助和启发。
尽管《单片机原理与应用及C51程序设计（第3版）》是改版，我们全体参编人员已尽心尽力，但限于自身水平，书中难免出现遗漏和错误之处，恳请广大读者不吝指正。
编者