《单片机原理和套用》是由电子工业出版社出版的一本书籍。本书系统全面地介绍了80C51单片机的基本原理、硬体结构、指令系统,并从套用的角度介绍了彙编语言程式设计、单片机外部电路的扩展,以及与键盘、LED显示、LCD显示、印表机等多种硬体接口的设计方法,详细介绍了串列、并行接口的A/D、D/A转换器功能特点和典型套用,增加了单片机套用系统设计、Proteus仿真、实验和课程设计等内容。
基本介绍
- 书名:单片机原理和套用
- ISBN: 9787121116605
- 定价:39.8元
- 出版社:电子工业出版社
- 出版时间:2010.9
内容简介
书中套用实例翔实、实验内容丰富,具有参考价值。本书配有电子课件等教学资源。本书可作为高等院校电子信息工程、自动化、通信工程、测控技术与仪器等专业“单片机原理与套用”相关课程的教材,也可作为相关技术人员的参考用书。
本书特色
本书为江西省省级精品课程建设成果。
本书从现实教学和工程实际套用出发,对传统单片机教材内容进行了改良,力求做到与市场接轨,与现实同步。在并行汇流排扩展问题上,着重介绍了扩展方法和典型套用,对并行器件、并行汇流排扩展及8255、8155、8279等已基本淘汰的器件进行了精简或摒弃,补充了串列汇流排技术、串列汇流排器件接口套用和STC系列单片机内部新增功能部件的使用,以及C51编程规範等内容。
书中有单片机套用系统设计、Proteus仿真、实验和课程设计等章节,主教材与实验教材整合为一本书,知识量大。
前言
自从1972年Intel公司推出第一颗微处理器以来,计算机技术遵循着摩尔先生提出的摩尔定律,以每18个月为一个周期微处理器性能提高一倍、价格降低一半的速度快步向前发展。以微处理器为核心的微型计算机在最近20年中发生了巨大的变化,闪电般地经历了从8088/8086到286、386、486、586、P-Ⅱ、P-Ⅲ等奔腾(Pentium)系列众多CPU的飞跃。计算机对整个社会进步的影响有目共睹,其套用面的迅速拓宽,对个人与社会等多方面的渗透表明,计算机技术已不再是深踞于高层次科技领域里的宠儿,它已经深入到社会活动的一切领域之中,闯进了平常百姓的生活里,使人们跨入了资讯时代、数字时代。
随着电子技术的发展和近代超大规模积体电路的出现,通过对计算机的功能部件进行剪裁及最佳化,将CPU、程式存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、并行I/O口(PIO)、串列I/O口(SIO)、定时/计数器(CTC)及中断控制器(ICU)等基本部件集成在一块晶片中,製成了单晶片微型计算机(Single Chip Microcomputer),简称单片机,又叫微控制器(Micro Controller Unit,简称MCU)。由于它能嵌入到某个电路或电子产品设备中,故被称为嵌入式控制器(Embedded Controller)。要把前面提到的众多功能集合在一起,在过去需要具备专门的知识,採用许多电路组建成一个电子系统来实现。而今却简化成只需选择一片合适的单片机,并对其已有的功能、指标、参数及引脚进行合理的使用即可完成。单片机与可程式逻辑器件相结合,构成了新一代电子工程套用技术。
20世纪90年代,单片机在我国迅速普及。在电子技术日新月异的今天,在人们的生活里,到处都可以看到单片机的具体套用。单片机可以嵌入到各种电子产品之中,成为机电产品的核心部件,控制着各种产品的工作。随着大规模积体电路的发展,单片机已从过去的单一品种,发展成为多品种、多系列机型,内部结构从过去的基本部件发展到集成有A/D、D/A、监控定时器(WDT)、通信控制器(CCU)、脉宽调製器(PWM)、浮点运算器(FPU)、模糊控制器(FCU)、数位讯号处理器(DSP),以及具有I2C、SPI、ISP等众多特殊功能部件,成为功能越来越强的增强型、高档型单片机。由于单片机具有功能强、体积小、功耗低、成本低、裸机编程、软体代码少、工作可靠、自动化程度高、实时回响速度快以及使用方便等特点,因此被广泛套用于工业製造、过程控制、数据採集、通信、智慧型化仪器仪表、汽车、船舶、航空航天、军工及消费类电子产品中。
如今,由单片机作为主控制器的全自动洗衣机、高档电风扇、电子厨具、变频空调、遥控彩电、摄像机、VCD/DVD机、组合音响、电子琴等产品早已悄悄地包围了人们的生活。从家用消费类电器到複印机、印表机、扫瞄器、传真机等办公自动化产品;从智慧型仪表、工业测控装置到CT、MRI、γ刀等医疗设备;从数位相机、摄录一体机到航天技术、导航设备、现代军事装备;从形形色色的电子货币(如电话卡、水电气卡)到身份识别卡、门禁控制卡、档案管理卡以及相关读/写卡终端机等,都有单片机在里面扮演重要角色。因此有人说单片机“无处不在,无所不能”。
现今,炙手可热的“三网”(即电信网、有线电视网、国际网际网路)融合产品、物联科技已开始兴起;在汽车中普遍都需要有30多个单片机被用于其中的空调、音响、仪錶盘、自动窗、遥控门、自控前后盖、空气品质监测、反射镜角度调整、自动灭火、防盗报警等的控制,协调控制着发动机、传动器、制动器、安全气囊、车载全球定位系统(GPS)等多方面有条不紊地工作;此外,还有工业自动化控制和军事科技等。这些领域的套用开发都还存在许多技术问题尚要解决,这正是电子技术人员可以大展拳脚的领域。
从学习的角度看,单片机作为一个完整的数字处理系统,具备了构成计算机的主要单元部件,在这个意义上称为单片微机并不过分。通过学习和套用单片机进入计算机硬体设计之门,可达到事半功倍的效果。
从套用的角度看,单片机是一片大规模积体电路,可自成一体,对于其他微处理器所需的大量外部器件的连线都在单片机内部完成,各种信息传递的时序关係变得非常简单,易于理解和接受。用单片机实现某个特定的控制功能十分方便。
从设计思想看,单片机的套用意味着“从以硬体电路设计为主的传统设计方法向以软体设计为主的、对单片机内部资源及外部引脚功能加以利用的设计方法的转变”,从而使硬体成本大大降低,设计工作灵活多样。往往只需改动部分程式,就可以增加产品的功能,提高产品的性能。
单片机技术的功效神奇,有时也给人一种神秘莫测,难于驾驭之感。究其原因,很多初学者不太重视实践,缺乏行之有效的经验总结,缺乏将离散的实践经验上升到知识的理解层面。其实,如果从套用的角度来看,单片机既不神秘,也不难驾驭。单片机课程是一门实践性、综合性、套用性很强的课程,初学者应树立在学中“做”,在做中“学”的思想。先学习单片机硬体结构、存储结构、指令系统及中断系统,然后不断地进行编程练习,通过实验提升技能,加深理解,结合最小系统板等实物进行硬体编程控制,提高动手能力。如此循序渐进、举一反三,才会有“登堂入室”之感,才能逐步将单片机套用于各种场合之中解决实际问题。
总之,单片机不同于通用微型计算机,它能够灵活嵌入到各类电子产品中,使电子产品具备智慧型化和“傻瓜”化操作,已经成为电子自动化技术的核心基础。因此,学习单片机非常有必要。
由于目前的单片机教材大多是沿用20世纪80年代的内容,使用的晶片(如8031)过于陈旧,很多学生学完单片机课程后,到工作单位从事实际的单片机系统设计时总感觉学无所用,而且脱离实际。现在,单片机的套用已真正步入了“单片”的时代。单片机内部集成的功能部件越来越多,功能越来越强,对单片机套用系统的设计已很少採用外部的并行汇流排扩展RAM和ROM,而是採用选择包含不同存储容量的单片机。即使是需要扩展外部RAM存储器,也往往会选用串列I2C、SPI汇流排扩展技术。对I/O口的扩展也不再使用8255或8155这样的晶片,而是选择具有不同引脚封装的单片机。当需要的I/O口少时,可以选择封装引脚多的单片机(最少的只有8个引脚,含6个I/O口引脚);若需要的I/O口较多时,可以选择引脚封装多的单片机(最多的有上百个引脚)。很多单片机内部都集成有8位或10位的中、低精度的A/D、D/A转换器。因此,在精度要求不高的场合,完全可以选用片内带有A/D、D/A转换器的单片机。只有在要求高精度(12位以上)、高速採样的场合,才需要选用扩展外部串列或并行接口的A/D、D/A转换器,这样可以大大降低成本,减小产品的体积。基于上述原因,本书在编写过程中,对原有的单片机教材做了比较大的改良,儘量将那些在实际套用中很少见的,或已经淘汰的晶片不写入教材,而将实际套用中比较流行的技术吸收进来,形成具有时代特色的新型教材,力求做到与市场接轨,与现实同步。为了帮助读者更快地进入单片机套用领域,本书最后补充了实验和课程设计实例。
全书共分16章。第1章是单片机概述,介绍了单片机的发展历程、套用领域和各种常用的低功耗单片机、增强型单片机的性能特点,介绍了国产STC系列单片机的选型;第2章介绍了8051单片机的体系结构、内部主要部件的功能,以及存储器结构与编址範围;第3章介绍了8051单片机指令系统和指令的使用方法;第4章介绍了8051单片机程式结构和设计方法;第5~7章介绍了8051单片机中断系统结构、中断控制、编程和串列口使用方法;第8章以国产STC系列单片机为例介绍了增强型单片机新增功能部件的使用方法;第9章介绍了单片机系统的扩展,重点介绍了串列汇流排扩展技术,精简了并行汇流排扩展内容;第10章介绍了单片机与键盘、数码显示、液晶显示、印表机的接口形式和编程方法;第11章介绍了A/D、D/A转换器性能指标、晶片选型,着重介绍了串列A/D、D/A转换器的接口使用方法;第12章介绍了C51在单片机中的编程方法,以及混合编程的具体运用;第13章介绍了如何根据需求进行系统设计;第14~16章以单片机套用实验为主,介绍了使用Proteus进行单片机仿真、精选了十个单片机编程实验项目和四个课程设计套用实例。
全书内容丰富,结构完整,其中第1~4章、第8~16章由朱兆优编写;第5~7章由陈坚编写;邓文娟参与了第4、15章的编写,王海涛参与了第12、16章的编写。参加本书编写工作的还有赵永科、胡文龙,研究生洪俊雄、洪恩华、周更新、王娟、范淑娜和涂晓红老师等对书稿的录入、插图、校对和程式调试做了许多工作。朱兆优负责全书的策划、内容安排、文稿编写修改和审定。
本书在编写过程中得到了家人的全力支持和帮助;还得到了周航慈教授的大力支持,周航慈教授对本书的初稿进行了审阅,并提出了宝贵意见,在此对他们付出的辛勤工作表示衷心感谢!
全书参考教学40~60学时,实验20学时。教学时可以根据实际情况,对各章讲授的内容进行适当取捨。为配合教学,每章都配有适量的练习与思考题。
由于本书涉及的知识点较多,儘管在编写中做了许多努力,但由于时间仓促,难免有不足和疏漏之处,欢迎广大读者提出宝贵意见和建议,以便进一步改进和提高,使之满足实际教学的需要……