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第1章 计算机原理与嵌入式系统基础1

1.1 计算机的发展及应用1

1.1.1 微型计算机发展及评价1

1.1.2 嵌入式系统3

1.2 计算机中的常用数制及编码5

1.2.1 计算机中的常用数制及相互转换5

1.2.2 字符的表示及编码7

1.3 算术运算和逻辑运算基础9

1.3.1 带符号数的补码表示与加减法运算10

1.3.2 数的定点表示与浮点表示12

1.4 计算机组成及工作模型15

1.4.1 存储器16

1.4.2 CPU的内部结构17

1.4.3 总线与接口19

1.4.4 模型机的工作过程21

1.5 51系列单片机23

1.5.1 单片机及应用概述23

1.5.2 51经典型架构单片机24

1.5.3 51单片机的发展及典型产品28

1.5.4 51单片机最小系统32

1.6 51单片机存储器结构33

1.6.1 51单片机存储器构成33

1.6.2 51单片机特殊功能寄存器37

习题与思考题42

第2章 51系列单片机指令系统与汇编程序设计43

2.1 51系列单片机汇编指令格式及标识43

2.1.1 指令格式43

2.1.2 指令中用到的标识符44

2.2 51系列单片机的寻址方式45

2.2.1 立即（数）寻址45

2.2.2 寄存器寻址45

2.2.3 直接寻址46

2.2.4 寄存器间接寻址46

2.2.5 变址寻址47

2.2.6 位寻址48

2.2.7 指令寻址48

2.3 51系列单片机指令系统49

2.3.1 数据传送指令49

2.3.2 算术运算指令53

2.3.3 逻辑操作指令56

2.3.4 位操作指令58

2.3.5 控制转移指令60

2.4 51系列单片机汇编程序常用的伪指令68

2.5 51系列单片机汇编程序设计71

2.5.1 延时程序设计71

2.5.2 数值大小条件判断设计72

2.5.3 数学运算程序73

2.5.4 数据的拼拆和转换77

2.5.5 多分支转移（散转）程序80

2.5.6 排序82

习题与思考题83

第3章 单片机Keil C51语言程序设计基础与开发调试88

3.1 C语言与51系列单片机88

3.1.1 C语言的特点及程序结构89

3.1.2 C51程序结构91

3.2 C51的数据类型91

3.3 数据的存储类型和存储模式95

3.3.1 C语言标准存储类型95

3.3.2 C51的数据存储类型95

3.3.3 C51的存储模式96

3.4 C51对SFR、可寻址位、存储器和I/O口的定义97

3.4.1 C51中绝对地址的访问97

3.4.2 特殊功能寄存器SFR的定义100

3.4.3 对位变量的定义100

3.5 C51的运算符及表达式101

3.5.1 赋值运算符101

3.5.2 算术运算符102

3.5.3 关系运算符102

3.5.4 逻辑运算符103

3.5.5 位运算符103

3.5.6 复合赋值运算符104

3.5.7 逗号运算符104

3.5.8 条件运算符105

3.5.9 指针与地址运算符105

3.6 C51应用小结105

3.7 μVision3集成开发环境106

3.8 单片机应用系统的开发工具与调试112

3.8.1 单片机应用系统的开发工具112

3.8.2 单片机应用系统的调试114

3.8.3 基于SST89E564自制51系列单片机仿真器116

习题与思考题121

第4章 51系列单片机内部资源及编程122

4.1 51单片机的输入／输出（I/O）接口122

4.1.1 51单片机的I/O口结构122

4.1.2 I/O口与上／下拉电阻126

4.1.3 开关量信号的输入与输出128

4.2 中断系统129

4.2.1 中断的基本概念129

4.2.2 51单片机的中断系统131

4.2.3 中断程序的编制136

4.2.4 51单片机多外部中断源系统设计139

4.3 定时／计数器T0和T1140

4.3.1 定时／计数器的主要特性140

4.3.2 定时／计数器T0、T1的结构及工作原理141

4.3.3 定时／计数器T0和T1的方式和控制寄存器142

4.3.4 定时／计数器T0和T1的工作方式143

4.3.5 定时／计数器T0和T1的初始化编程及应用146

4.3.6 定时／计数器T0和T1小结150

4.4 定时／计数器T2151

4.4.1 定时／计数器T2的寄存器151

4.4.2 定时／计数器T2的工作方式152

4.5 串行接口157

4.5.1 通信的基本概念157

4.5.2 51系列单片机串行口功能与结构161

4.5.3 串行口的工作方式165

4.5.4 串行口的初始化编程及应用167

4.5.5 用51系列单片机的串行口扩展并行口168

4.5.6 利用方式1实现点对点的双机UART通信与RS-232接口172

4.5.7 多机通信与RS-485总线系统180

习题与思考题204

第5章 单片机系统总线与系统扩展技术205

5.1 单片机系统总线和系统扩展方法205

5.1.1 单片机系统总线信号205

5.1.2 51系列单片机读外部程序存储器及读／写外部数据存储器（I/O口）时序207

5.1.3 基于系统总线进行系统扩展的总线连接方法208

5.2 系统存储器扩展211

5.2.1 程序存储器扩展211

5.2.2 数据存储器扩展215

5.2.3 程序存储器与数据存储器综合扩展216

5.3 双口RAM、异步FIFO及其扩展218

5.3.1 双口RAM218

5.3.2 双口RAM与单片机的接口219

5.3.3 异步FIFO220

5.3.4 异步FIFO与单片机的接口221

5.4 输入／输出口及设备扩展222

5.4.1 简单I/O接口扩展222

5.4.2 并行日历时钟芯片DS12C887与单片机接口225

5.5 并行接口扩展技术及应用小结238

习题与思考题238

第6章 串行扩展技术240

6.1 SPI总线扩展接口及应用240

6.1.1 SPI的原理240

6.1.2 SPI总线的软件模拟及串并扩展应用241

6.2 I2C串行总线扩展技术244

6.2.1 I2C串行总线概述244

6.2.2 I2C总线的数据传送246

6.2.3 I2C总线数据传送的模拟251

6.2.4 典型I2C接口存储器的扩展265

6.3 单总线技术与基于DS18B20的多点温度巡回检测仪的设计273

6.3.1 DS18B20概述273

6.3.2 DS18B20的内部构成及测温原理274

6.3.3 DS18B20的访问协议275

6.3.4 DS18B20的自动识别技术278

6.3.5 DS18B20的单总线读／写时序279

6.3.6 DS18B20使用中的注意事项280

6.3.7 单片DS18B20测温应用程序设计281

习题与思考题283

第7章 人机接口技术284

7.1 51系列单片机与LED显示器接口284

7.1.1 LED显示器的结构与原理284

7.1.2 LED数码管显示器的译码方式286

7.1.3 LED数码管的显示方式286

7.1.4 LED点阵屏技术290

7.2 51单片机与键盘的接口292

7.2.1 键盘的工作原理293

7.2.2 独立式键盘与单片机的接口297

7.2.3 矩阵式键盘与单片机的接口299

7.3 人机接口典型应用实例——16键简易计算器的设计305

7.4 1602字符液晶及其接口技术311

7.4.1 1602总线方式驱动接口及读／写时序311

7.4.2 操作1602的11条指令详解312

7.4.3 1602液晶驱动程序设计315

7.5 ST7920（128×64点阵）图形液晶及其接口技术319

7.5.1 ST7920引脚及接口时序319

7.5.2 ST7920显示RAM及坐标关系322

7.5.3 ST7920指令集324

7.5.4 ST7920的C51例程326

习题与思考题332

第8章 单片机应用系统设计333

8.1 单片机应用系统结构333

8.1.1 应用系统的结构特点334

8.1.2 应用系统的典型通道接口335

8.1.3 应用系统设计内容337

8.2 单片机应用系统的一般设计过程337

8.2.1 硬件系统设计原则337

8.2.2 应用软件设计特点338

8.2.3 应用系统开发过程338

8.3 单片机应用系统的抗干扰技术340

8.3.1 软件抗干扰340

8.3.2 硬件抗干扰340

8.3.3 “看门狗”技术342

8.4 单片机应用系统的低功耗设计344

8.4.1 单片机应用系统的硬件低功耗设计344

8.4.2 单片机应用系统的软件低功耗设计347

8.5 优良人机界面与单片机应用系统设计350

8.6 单片机应用系统设计的思路353

习题与思考题354

第9章 时间和频率测量及应用系统设计355

9.1 定时和计时器应用356

9.1.1 定时器的时钟源、工作模式与精准定时356

——典型设计举例E1：（作息时间控制）数字钟／万年历的设计356

E1.1 数字钟／万年历的方案设计357

E1.2 直接利用单片机的定时器实现电子钟表359

E1.3 采用专用日历时钟芯片DS1302实现电子钟表365

——典型设计举例E2：赛跑电子秒表的设计375

同类典型应用设计、分析与提示380

篮球计时计分牌的设计380

9.1.2 数控方波频率发生技术与频率控制应用381

——典型设计举例E3：基于单片机的简易电子琴的设计381

同类典型应用设计、要求、分析与提示385

基于单片机的音乐门铃设计385

9.1.3 基于时间触发模式的软件系统设计389

9.2 时间间隔和时刻的测量及应用391

9.2.1 时间间隔和时刻的测量及应用概述391

9.2.2 T0/T1的GATE与时刻和时间段测量392

9.2.3 T2的捕获功能与时间和时刻的测量392

——典型设计举例E4：超声波测距仪的设计392

E4.1 超声波测距原理392

E4.2 基于单片机的超声波测距仪设计394

同类典型应用设计、分析与提示401

利用单摆测重力加速度401

（扭摆法）转动惯量测试仪的设计402

基于RC一阶电路的阻容参数测试仪的设计403

利用单片机和NTC热敏电阻实现极简单的测温电路404

基于RC一阶电路的电容测试仪的设计405

9.3 频率测量及应用407

9.3.1 频率的直接测量方法——定时计数法407

9.3.2 通过测量周期测量频率409

9.3.3 等精度测频法409

9.3.4 频率-电压（F-V）转换法测量频率413

——典型设计举例E5：（组合法）频率计的设计413

同类典型应用设计、分析与提示418

多谐振荡器测电阻或电容418

心率计的设计418

里程表、计价器和速度表的设计（光电编码盘、霍尔元件）420

习题与思考题421

第10章 A/D、D/A、PWM与测控系统设计422

10.1 D/A原理、接口技术及应用要点422

10.1.1 D/A转换器概述422

10.1.2 51单片机与DAC0832的接口技术426

10.1.3 基于TL431的基准电压源设计431

——典型设计举例E6：数控直流稳压电源的设计432

同类典型应用设计、分析与提示439

精密数控恒流源设计439

几种V/I转换和恒流源电路图的比较439

数控宽范围调整、大电流输出的恒流源核心电路方案441

——典型设计举例E7：基于DDS技术的低频正弦信号发生器的设计443

10.2 A/D原理、接口技术及应用要点446

10.2.1 A/D转换器概述446

10.2.2 ADC0809与51单片机的接口447

10.3 常用A/D和D/A452

10.3.1 目前常用的A/D和D/A芯片简介452

10.3.2 TLC1543/TLC2543454

10.3.3 4 1/2位双积分型A/D——ICL7135及其接口技术459

10.4 电压测量与检测技术464

10.4.1 电压测量及数据采集系统的基本构成464

10.4.2 智能化测量系统466

——典型设计举例E8：简易多路数字电压表的设计469

同类典型应用设计、分析与提示475

基于LM35的数显温度计设计475

真有效值测试仪的设计476

10.5 V-F（电压-频率转换）接口480

10.5.1 电压-频率（V-F）转换原理482

10.5.2 频率-电压（F-V）转换原理483

10.5.3 V-F转换器LM331在模／数转换电路中的应用484

10.6 PWM技术及应用系统设计485

10.6.1 PWM技术概述486

10.6.2 PWM的功率控制应用486

10.6.3 基于PWM实现D/A转换487

习题与思考题491

第11章 电阻的测量与应用492

11.1 电阻的测量与应用概述492

11.1.1 电阻的应用492

11.1.2 电阻的测量493

11.2 基于恒流源、A/D转换和欧姆定律测电阻494

11.2.1 伏安法测电阻分析494

11.2.2 基于恒流源、A/D转换和欧姆定律测电阻原理494

——典型设计举例E9：基于Pt100的双恒流源高精度测温传感电路的设计495

E9.1 铂电阻温度传感器495

E9.2 铂电阻测温的基本电路496

E9.3 Pt100三线制桥式测温电路497

E9.4 基于双恒流源的三线式铂电阻测温探头设计498

E9.5 基于ICL7135的Pt100测温系统设计500

11.3 直流电阻电桥测电阻及测压应用502

11.3.1 基本直流电阻电桥配置502

11.3.2 电阻电桥应用电路的几个关键技术505

11.3.3 高精度∑-△A/D转换器与直流电桥507

11.3.4 电阻电桥实际应用技巧508

11.3.5 硅应变计510

11.3.6 电压驱动硅应变计511

11.3.7 电流驱动硅应变计516

11.4 程控电阻技术、数字电位器及应用518

——典型设计举例E10：程控增益放大器的设计519

同类典型应用设计、分析与提示520

基于LM317的程控直流稳压电源的设计520

程控滤波器设计523

习题与思考题524

第12章 阻抗特性测量与线性网络分析技术及应用525

12.1 阻抗测量与应用概述525

12.1.1 阻抗定义及表示525

12.1.2 R、L、C阻抗元件的基本特性及电路模型526

12.2 阻抗测量技术530

12.2.1 阻抗测量的特点530

12.2.2 阻抗测量方法532

12.3 DDS、正弦信号峰值／相位检测与网络分析技术534

12.3.1 频率特性测量与网络分析技术534

12.3.2 正弦信号的峰值及相位检测技术535

12.3.3 DDS扫频信号源AD9833540

习题与思考题547

附录A 51系列单片机指令速查表548

附录B ASCII表554

附录C C51的库函数555

C.1 寄存器库函数REGXXX.H555

C.2 字符函数CTYPE.H555

C.3 一般输入／输出函数STDIO.H557

C.4 内部函数INTRINS.H558

C.5 标准函数STDLIB.H559

C.6 字符串函数STRING.H560

C.7 数学函数MATH.H563

C.8 绝对地址访问函数ABSACC.H564

附录D C8051F系列51单片机及编程应用565

D.1 C8051F系列单片机简介565

D.2 C8051F020单片机566

D.2.1 C8051F020外部存储器接口568

D.2.2 配置I/O端口功能及其输入／输出方式572

D.3 C8051F020开发工具使用582

D.3.1 目标板JTAG接口583

D.3.2 在Keil μVision3中使用U-EC5583

D.4 C8051F020应用实例584

D.4.1 C8051F020硬件电路图585

D.4.2 C8051F020程序设计举例586

参考文献588