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本書堅持理論夠用、側(cè)重實(shí)用的原則，以Proteus虛擬仿真技術(shù)和Keil C51為基礎(chǔ)，用案例/示例來講解每個知識點(diǎn)，對8051單片機(jī)的軟、硬件做了較為詳細(xì)的闡述。全書內(nèi)容充實(shí)、結(jié)構(gòu)清晰、通俗易懂，力爭做到使初學(xué)者充滿興趣地學(xué)習(xí)8051單片機(jī)技術(shù)。本書共11章，分別為： 8051單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)、單片機(jī)仿真環(huán)境、指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計、C51語言程序設(shè)計、鍵盤與顯示器接口技術(shù)、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行口、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù)、單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展以及Proteus仿真設(shè)計實(shí)例。其中，第1章、第3章和第4章為本書最基礎(chǔ)和最重要的3章，全面而詳細(xì)地介紹了8051單片機(jī)硬件和軟件兩方面的知識；第2章介紹了Proteus仿真軟件和C51開發(fā)工具Keil Vision5；第5～11章介紹了各種常見I/O接口的原理與使用方法。本書所有示例均在Proteus上調(diào)試通過，可以直接運(yùn)行。書中所有源代碼及各種配套資源可在清華大學(xué)出版社網(wǎng)站下載。本書適合作為高等院校計算機(jī)類、電氣類、自動化類、通信類、電子信息類、機(jī)械類、儀器儀表類及其他相關(guān)專業(yè)的單片機(jī)教材使用，也可作為從事單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的工程技術(shù)人員、單片機(jī)技術(shù)愛好者及各類自學(xué)人員的參考書。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)不斷向縱深發(fā)展，單片機(jī)的重要性更加凸顯。單片機(jī)是單片微型計算機(jī)的簡稱，是把組成微型計算機(jī)的各功能部件（中央處理單元CPU、隨機(jī)存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、并行I/O接口、串行通信接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等）封裝在一塊尺寸有限的集成電路芯片中。由于單片機(jī)具有可靠性高、體積小、性價比高和應(yīng)用靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而在工業(yè)自動檢測與控制、機(jī)器人、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品、汽車電子設(shè)備、武器裝備、辦公自動化設(shè)備、武器裝備、智能終端、通信設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、智能家用電器、計算機(jī)外部設(shè)備、通信產(chǎn)品和玩具等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
單片機(jī)經(jīng)歷了8位機(jī)、16位機(jī)和32位機(jī)3個發(fā)展階段。8位機(jī)以Intel公司的MCS51為代表；16位機(jī)以Intel公司的MCS96為代表；32位機(jī)以意法半導(dǎo)體（ST）公司采用ARM核的STM32為代表。自從Intel公司于20世紀(jì)80年代初推出MCS51系列單片機(jī)以后，幾乎所有MCS51系列單片機(jī)都以Intel公司最早的典型產(chǎn)品8051為核心，而且增加了一定的功能部件，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)。MCS51系列是最早進(jìn)入我國且在我國得到廣泛應(yīng)用的單片機(jī)主流品種。
因?yàn)?051單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、指令易學(xué)，所以是單片機(jī)初學(xué)者的首選。如果不學(xué)8051單片機(jī)，而直接學(xué)STM32，通常會遇到很多難題和困惑，要費(fèi)很大精力；如果學(xué)了8051單片機(jī)，則較容易對硬件架構(gòu)、軟件設(shè)計、軟硬件結(jié)合等相關(guān)知識和技術(shù)進(jìn)行總體把握與認(rèn)知，此時再學(xué)STM32，會發(fā)現(xiàn)很容易上手，且能夠更深刻地理解和掌握STM32，可達(dá)到事半功倍的效果。因此，通過學(xué)習(xí)8051單片機(jī)可以為其他類型單片機(jī)的學(xué)習(xí)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。在目前的單片機(jī)應(yīng)用市場中，8位機(jī)和32位機(jī)各有各的應(yīng)用場合，會共存很長時間。
為了提高讀者學(xué)習(xí)8051單片機(jī)的效率，本書以仿真實(shí)驗(yàn)代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)，基于Proteus仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計及程序仿真，使8051單片機(jī)的抽象概念直觀化、編程效果可視化。
本書共包括11章，第1章介紹了8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲器結(jié)構(gòu)、引腳功能和并行I/O口等硬件的主要知識點(diǎn)。第2章介紹了Proteus仿真軟件和C51開發(fā)工具Keil Vision5，為后續(xù)各個實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。第3章介紹了指令系統(tǒng)的基本概念、尋址方式和五大類共111條指令，并且通過多個示例介紹了51單片機(jī)匯編語言程序設(shè)計技術(shù)。第4章介紹了C51的數(shù)據(jù)類型和存儲器類型、將變量定義在不同類型存儲器中的方法、使用關(guān)鍵字_at_和預(yù)定義宏指定變量的絕對地址以及C51指針、C51函數(shù)定義的一般形式、C51與匯編混合編程。第5～11章介紹了各種常見I/O接口的原理與使用，如鍵盤與顯示器接口技術(shù)、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行口、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù)、程序存儲器擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展、8155可編程并行I/O端口擴(kuò)展以及利用I2C總線進(jìn)行串行I/O端口擴(kuò)展等。通過這11章的學(xué)習(xí)，可以提高讀者單片機(jī)軟、硬件系統(tǒng)的整體設(shè)計意識和設(shè)計能力，為以后深入學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。
本書由北京郵電大學(xué)計算機(jī)專業(yè)博士、高校副教授張同光擔(dān)任主編，河南師范大學(xué)洪雙喜和劉春紅、電能易購（北京）科技有限公司王曉兵、鄭州輕工業(yè)大學(xué)陳明、新鄉(xiāng)學(xué)院田喬梅擔(dān)任副主編。其中，洪雙喜、劉春紅、王曉兵和陳明編寫第5～11章，田喬梅編寫第4章，張同光編寫第1～3章及其余部分。全書最后由張同光統(tǒng)稿和定稿。
本書得到了河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐重點(diǎn)項(xiàng)目（No.2021SJGLX106）、河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（No.202102210146）、網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（SKLNST2020101）以及高效能服務(wù)器和存儲技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持，在此表示感謝。
本書對應(yīng)的電子課件、源代碼文件、Proteus仿真電路文件和虛擬機(jī)文件等各種配套教學(xué)資源可在清華大學(xué)出版社網(wǎng)站（https://www.tup.com.cn）下載。本書配套提供了近70個教學(xué)視頻，讀者在學(xué)習(xí)的過程中，可掃描教學(xué)視頻二維碼觀看與學(xué)習(xí)。
由于編者水平有限，書中欠妥之處，敬請廣大讀者批評、指正。

編者2023年8月

第1章8051單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)1
1.1單片機(jī)概述1
1.28051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4
1.3CPU5
1.3.1運(yùn)算器5
1.3.2控制器5
1.3.3位處理器6
1.48051單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)6
1.4.18051存儲器結(jié)構(gòu)6
1.4.2程序存儲器7
1.4.3片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器8
1.4.4片外數(shù)據(jù)存儲器9
1.4.5特殊功能寄存器10
1.58051單片機(jī)的引腳功能12
1.5.18051單片機(jī)的引腳12
1.5.2電源及外接晶振12
1.5.3控制引腳13
1.5.4單片機(jī)最小系統(tǒng)14
1.6并行I/O口15
1.6.1P0口15
1.6.2P1口16
1.6.3P2口17
1.6.4P3口18
1.7時鐘電路與時序19
1.7.1時鐘電路19
1.7.2CPU時序19
1.8單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程21
1.9習(xí)題23
第2章單片機(jī)仿真環(huán)境25
2.1Proteus和Keil Vision5252.1.1Proteus簡介25
2.1.2Keil Vision5簡介26
2.1.3本書實(shí)驗(yàn)環(huán)境26
2.2流水燈27
2.2.1使用Proteus設(shè)計電路原理圖27
2.2.2使用Keil Vision5建立工程文件（匯編語言）30
2.2.3使用Keil Vision5建立工程文件（C語言）34
2.3Proteus與Keil Vision5聯(lián)合仿真調(diào)試35
2.4習(xí)題36
第3章指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計37
3.1指令系統(tǒng)概述37
3.1.1指令格式37
3.1.2指令分類38
3.1.3執(zhí)行指令的過程38
3.2尋址方式39
3.2.1寄存器尋址39
3.2.2直接尋址40
3.2.3立即尋址40
3.2.4寄存器間接尋址41
3.2.5基址變址尋址41
3.2.6相對尋址42
3.2.7位尋址43
3.2.8七種尋址方式總結(jié)44
3.3指令分類詳解44
3.3.1指令中的符號及其含義44
3.3.2數(shù)據(jù)傳送類指令45
3.3.3算術(shù)運(yùn)算類指令48
3.3.4邏輯運(yùn)算及移位類指令51
3.3.5控制轉(zhuǎn)移類指令53
3.3.6位操作類指令55
3.451單片機(jī)匯編語言程序設(shè)計57
3.4.1匯編語言的特點(diǎn)57
3.4.2匯編語言的語句格式57
3.4.3匯編語言的偽指令58
3.4.4電路原理圖61
3.4.5順序程序設(shè)計61
3.4.6分支程序設(shè)計64
3.4.7循環(huán)程序設(shè)計65
3.4.8查表程序設(shè)計68
3.4.9匯編語言程序的框架69
3.5習(xí)題70
第4章C51語言程序設(shè)計73
4.1C51編程語言簡介73
4.2本章所有示例使用的電路原理圖74
4.3C51程序設(shè)計基礎(chǔ)74
4.3.1數(shù)據(jù)類型75
4.3.2存儲器類型75
4.3.3bit、sbit、sfr和sfr16數(shù)據(jù)類型77
4.3.4存儲模式（編譯模式）和存儲器類型80
4.3.5使用關(guān)鍵字_at_指定變量的絕對地址82
4.3.6使用預(yù)定義宏指定變量的絕對地址83
4.3.7C51指針84
4.4C51函數(shù)85
4.4.1函數(shù)定義的一般形式85
4.4.2函數(shù)的調(diào)用86
4.4.3本征庫函數(shù)86
4.5C51程序的一般結(jié)構(gòu)87
4.6C51與匯編混合編程88
4.6.1混合編程的必要性88
4.6.2混合編程的要點(diǎn)88
4.6.3C51程序中直接嵌入?yún)R編代碼89
4.6.4C51程序調(diào)用匯編子程序無參數(shù)傳遞的函數(shù)調(diào)用91
4.6.5C51程序帶1個參數(shù)調(diào)用匯編子程序自動產(chǎn)生匯編源文件92
4.6.6C51程序帶2個參數(shù)調(diào)用匯編子程序自動產(chǎn)生匯編源文件95
4.7習(xí)題97
第5章鍵盤與顯示器接口技術(shù)99
5.1LED數(shù)碼管顯示器接口技術(shù)99
5.1.1LED數(shù)碼管顯示器99
5.1.2LED數(shù)碼管顯示器的工作方式100
5.1.3使用LED數(shù)碼管顯示器101
5.1.4使用74HC595驅(qū)動8位LED數(shù)碼管104
5.1.5使用MAX7219驅(qū)動多位LED數(shù)碼管108
5.2鍵盤接口技術(shù)113
5.2.1編碼鍵盤接口技術(shù)114
5.2.2非編碼鍵盤接口技術(shù)115
5.38279可編程鍵盤/顯示器芯片接口技術(shù)118
5.3.18279內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理118
5.3.28279的寄存器120
5.3.3使用8279芯片124
5.4LCD接口技術(shù)127
5.4.1LCD工作原理127
5.4.2LM016L液晶顯示屏簡介127
5.4.3點(diǎn)陣字符型液晶模塊的直接訪問方式133
5.4.4點(diǎn)陣字符型液晶模塊的間接訪問方式136
5.4.54位數(shù)據(jù)總線接口138
5.4.6使用12864點(diǎn)陣圖形LCD顯示模塊140
5.5習(xí)題144
第6章中斷系統(tǒng)145
6.1中斷簡介145
6.2中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與中斷控制146
6.2.1中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖146
6.2.2中斷控制147
6.3中斷函數(shù)150
6.4中斷應(yīng)用舉例150
6.4.1中斷源擴(kuò)展151
6.4.2中斷嵌套152
6.5習(xí)題154
第7章定時器/計數(shù)器156
7.1定時器/計數(shù)器的工作方式與控制156
7.1.1定時器/計數(shù)器的功能156
7.1.2工作方式控制寄存器TMOD156
7.1.3定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON157
7.2定時器/計數(shù)器的工作方式158
7.2.1工作方式0和工作方式1158
7.2.2工作方式2160
7.2.3工作方式3161
7.3定時器/計數(shù)器應(yīng)用舉例162
7.3.1定時功能162
7.3.2計數(shù)功能168
7.4習(xí)題171
第8章串行口173
8.1異步串行通信173
8.1.1字符的幀格式173
8.1.2數(shù)據(jù)傳送速率174
8.1.3數(shù)據(jù)通路方式174
8.1.4串行口結(jié)構(gòu)175
8.2串行通信控制寄存器176
8.2.1SCON176
8.2.2PCON和波特率177
8.2.3IE和IP178
8.2.4中斷請求的撤銷178
8.3串行口的工作方式178
8.3.1工作方式0178
8.3.2工作方式1181
8.3.3工作方式2和工作方式3183
8.4習(xí)題191
第9章數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù)193
9.1ADC及DAC的主要性能指標(biāo)193
9.2DAC接口技術(shù)194
9.2.1DAC0832與8051單片機(jī)的接口方法194
9.2.2DAC1208與8051單片機(jī)的接口方法200
9.2.3串行DAC與8051單片機(jī)的接口方法202
9.2.4利用DAC接口實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器205
9.3ADC接口技術(shù)207
9.3.1比較式ADC0809與8051單片機(jī)的接口方法207
9.3.2串行ADC與8051單片機(jī)的接口方法211
9.4習(xí)題214
第10章單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展215
10.1線選法和譯碼法215
10.2程序存儲器擴(kuò)展216
10.3數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展219
10.48155可編程并行I/O端口擴(kuò)展222
10.4.18155引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)222
10.4.28155控制字及其工作方式224
10.4.38155外部擴(kuò)展舉例225
10.5利用I2C總線進(jìn)行串行I/O端口擴(kuò)展229
10.5.1I2C串行總線系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)229
10.5.2I2C總線的數(shù)據(jù)傳送規(guī)定230
10.5.3I2C接口存儲器芯片24C04233
10.5.4I2C接口A/DD/A芯片PCF8591237
10.6習(xí)題243
第11章Proteus仿真設(shè)計實(shí)例245
11.1DS18B20多點(diǎn)溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計245
11.1.1功能要求245
11.1.2硬件電路設(shè)計245
11.1.3軟件程序設(shè)計249
11.2帶農(nóng)歷的電子萬年歷設(shè)計255
11.2.1功能要求255
11.2.2硬件電路設(shè)計256
11.2.3軟件程序設(shè)計258
11.3電子密碼鎖設(shè)計267
11.3.1功能要求267
11.3.2硬件電路設(shè)計267
11.3.3軟件程序設(shè)計267
附錄AASCII碼表281
附錄B運(yùn)算符的優(yōu)先級和結(jié)合性282
參考文獻(xiàn)283

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