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本書堅持理論夠用、側重實用的原則，以Proteus虛擬仿真技術和Keil C51為基礎，用案例/示例來講解每個知識點，對8051單片機的軟、硬件做了較為詳細的闡述。全書內容充實、結構清晰、通俗易懂，力爭做到使初學者充滿興趣地學習8051單片機技術。本書共11章，分別為： 8051單片機基本結構、單片機仿真環(huán)境、指令系統與匯編語言程序設計、C51語言程序設計、鍵盤與顯示器接口技術、中斷系統、定時器/計數器、串行口、數模與模數轉換接口技術、單片機系統擴展以及Proteus仿真設計實例。其中，第1章、第3章和第4章為本書最基礎和最重要的3章，全面而詳細地介紹了8051單片機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上調試通過，可以直接運行。書中所有源代碼及各種配套資源可在清華大學出版社網站下載。本書適合作為高等院校計算機類、電氣類、自動化類、通信類、電子信息類、機械類、儀器儀表類及其他相關專業(yè)的單片機教材使用，也可作為從事單片機應用系統開發(fā)的工程技術人員、單片機技術愛好者及各類自學人員的參考書。

隨著物聯網和人工智能等技術不斷向縱深發(fā)展，單片機的重要性更加凸顯。單片機是單片微型計算機的簡稱，是把組成微型計算機的各功能部件（中央處理單元CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、并行I/O接口、串行通信接口、定時器/計數器、中斷系統、系統時鐘及系統總線等）封裝在一塊尺寸有限的集成電路芯片中。由于單片機具有可靠性高、體積小、性價比高和應用靈活性強等特點，因而在工業(yè)自動檢測與控制、機器人、數據采集、智能儀器儀表、機電一體化產品、汽車電子設備、武器裝備、辦公自動化設備、武器裝備、智能終端、通信設備、導航系統、智能家用電器、計算機外部設備、通信產品和玩具等領域獲得廣泛應用。
單片機經歷了8位機、16位機和32位機3個發(fā)展階段。8位機以Intel公司的MCS51為代表；16位機以Intel公司的MCS96為代表；32位機以意法半導體（ST）公司采用ARM核的STM32為代表。自從Intel公司于20世紀80年代初推出MCS51系列單片機以后，幾乎所有MCS51系列單片機都以Intel公司最早的典型產品8051為核心，而且增加了一定的功能部件，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機。MCS51系列是最早進入我國且在我國得到廣泛應用的單片機主流品種。
因為8051單片機結構簡單、指令易學，所以是單片機初學者的首選。如果不學8051單片機，而直接學STM32，通常會遇到很多難題和困惑，要費很大精力；如果學了8051單片機，則較容易對硬件架構、軟件設計、軟硬件結合等相關知識和技術進行總體把握與認知，此時再學STM32，會發(fā)現很容易上手，且能夠更深刻地理解和掌握STM32，可達到事半功倍的效果。因此，通過學習8051單片機可以為其他類型單片機的學習打下堅實的基礎。在目前的單片機應用市場中，8位機和32位機各有各的應用場合，會共存很長時間。
為了提高讀者學習8051單片機的效率，本書以仿真實驗代替實物實驗，基于Proteus仿真軟件進行電路設計及程序仿真，使8051單片機的抽象概念直觀化、編程效果可視化。
本書共包括11章，第1章介紹了8051單片機的內部結構、存儲器結構、引腳功能和并行I/O口等硬件的主要知識點。第2章介紹了Proteus仿真軟件和C51開發(fā)工具Keil Vision5，為后續(xù)各個實驗打下基礎。第3章介紹了指令系統的基本概念、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單片機匯編語言程序設計技術。第4章介紹了C51的數據類型和存儲器類型、將變量定義在不同類型存儲器中的方法、使用關鍵字_at_和預定義宏指定變量的絕對地址以及C51指針、C51函數定義的一般形式、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、中斷系統、定時器/計數器、串行口、數模與模數轉換接口技術、程序存儲器擴展、數據存儲器擴展、8155可編程并行I/O端口擴展以及利用I2C總線進行串行I/O端口擴展等。通過這11章的學習，可以提高讀者單片機軟、硬件系統的整體設計意識和設計能力，為以后深入學習嵌入式技術打下堅實的基礎。
本書由北京郵電大學計算機專業(yè)博士、高校副教授張同光擔任主編，河南師范大學洪雙喜和劉春紅、電能易購（北京）科技有限公司王曉兵、鄭州輕工業(yè)大學陳明、新鄉(xiāng)學院田喬梅擔任副主編。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稿和定稿。
本書得到了河南省高等教育教學改革研究與實踐重點項目（No.2021SJGLX106）、河南省科技攻關項目（No.202102210146）、網絡與交換技術國家重點實驗室開放課題（SKLNST2020101）以及高效能服務器和存儲技術國家重點實驗室的支持，在此表示感謝。
本書對應的電子課件、源代碼文件、Proteus仿真電路文件和虛擬機文件等各種配套教學資源可在清華大學出版社網站（https://www.tup.com.cn）下載。本書配套提供了近70個教學視頻，讀者在學習的過程中，可掃描教學視頻二維碼觀看與學習。
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單片機基本結構1
1.1單片機概述1
1.28051單片機的內部結構4
1.3CPU5
1.3.1運算器5
1.3.2控制器5
1.3.3位處理器6
1.48051單片機的存儲器結構6
1.4.18051存儲器結構6
1.4.2程序存儲器7
1.4.3片內數據存儲器8
1.4.4片外數據存儲器9
1.4.5特殊功能寄存器10
1.58051單片機的引腳功能12
1.5.18051單片機的引腳12
1.5.2電源及外接晶振12
1.5.3控制引腳13
1.5.4單片機最小系統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單片機應用系統的開發(fā)過程21
1.9習題23
第2章單片機仿真環(huán)境25
2.1Proteus和Keil Vision5252.1.1Proteus簡介25
2.1.2Keil Vision5簡介26
2.1.3本書實驗環(huán)境26
2.2流水燈27
2.2.1使用Proteus設計電路原理圖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聯合仿真調試35
2.4習題36
第3章指令系統與匯編語言程序設計37
3.1指令系統概述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數據傳送類指令45
3.3.3算術運算類指令48
3.3.4邏輯運算及移位類指令51
3.3.5控制轉移類指令53
3.3.6位操作類指令55
3.451單片機匯編語言程序設計57
3.4.1匯編語言的特點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順序程序設計61
3.4.6分支程序設計64
3.4.7循環(huán)程序設計65
3.4.8查表程序設計68
3.4.9匯編語言程序的框架69
3.5習題70
第4章C51語言程序設計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程序設計基礎74
4.3.1數據類型75
4.3.2存儲器類型75
4.3.3bit、sbit、sfr和sfr16數據類型77
4.3.4存儲模式（編譯模式）和存儲器類型80
4.3.5使用關鍵字_at_指定變量的絕對地址82
4.3.6使用預定義宏指定變量的絕對地址83
4.3.7C51指針84
4.4C51函數85
4.4.1函數定義的一般形式85
4.4.2函數的調用86
4.4.3本征庫函數86
4.5C51程序的一般結構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88
4.6.3C51程序中直接嵌入匯編代碼89
4.6.4C51程序調用匯編子程序無參數傳遞的函數調用91
4.6.5C51程序帶1個參數調用匯編子程序自動產生匯編源文件92
4.6.6C51程序帶2個參數調用匯編子程序自動產生匯編源文件95
4.7習題97
第5章鍵盤與顯示器接口技術99
5.1LED數碼管顯示器接口技術99
5.1.1LED數碼管顯示器99
5.1.2LED數碼管顯示器的工作方式100
5.1.3使用LED數碼管顯示器101
5.1.4使用74HC595驅動8位LED數碼管104
5.1.5使用MAX7219驅動多位LED數碼管108
5.2鍵盤接口技術113
5.2.1編碼鍵盤接口技術114
5.2.2非編碼鍵盤接口技術115
5.38279可編程鍵盤/顯示器芯片接口技術118
5.3.18279內部結構及工作原理118
5.3.28279的寄存器120
5.3.3使用8279芯片124
5.4LCD接口技術127
5.4.1LCD工作原理127
5.4.2LM016L液晶顯示屏簡介127
5.4.3點陣字符型液晶模塊的直接訪問方式133
5.4.4點陣字符型液晶模塊的間接訪問方式136
5.4.54位數據總線接口138
5.4.6使用12864點陣圖形LCD顯示模塊140
5.5習題144
第6章中斷系統145
6.1中斷簡介145
6.2中斷系統結構與中斷控制146
6.2.1中斷系統結構圖146
6.2.2中斷控制147
6.3中斷函數150
6.4中斷應用舉例150
6.4.1中斷源擴展151
6.4.2中斷嵌套152
6.5習題154
第7章定時器/計數器156
7.1定時器/計數器的工作方式與控制156
7.1.1定時器/計數器的功能156
7.1.2工作方式控制寄存器TMOD156
7.1.3定時器/計數器控制寄存器TCON157
7.2定時器/計數器的工作方式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/計數器應用舉例162
7.3.1定時功能162
7.3.2計數功能168
7.4習題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數據傳送速率174
8.1.3數據通路方式174
8.1.4串行口結構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習題191
第9章數模與模數轉換接口技術193
9.1ADC及DAC的主要性能指標193
9.2DAC接口技術194
9.2.1DAC0832與8051單片機的接口方法194
9.2.2DAC1208與8051單片機的接口方法200
9.2.3串行DAC與8051單片機的接口方法202
9.2.4利用DAC接口實現波形發(fā)生器205
9.3ADC接口技術207
9.3.1比較式ADC0809與8051單片機的接口方法207
9.3.2串行ADC與8051單片機的接口方法211
9.4習題214
第10章單片機系統擴展215
10.1線選法和譯碼法215
10.2程序存儲器擴展216
10.3數據存儲器擴展219
10.48155可編程并行I/O端口擴展222
10.4.18155引腳和內部結構222
10.4.28155控制字及其工作方式224
10.4.38155外部擴展舉例225
10.5利用I2C總線進行串行I/O端口擴展229
10.5.1I2C串行總線系統的基本結構229
10.5.2I2C總線的數據傳送規(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習題243
第11章Proteus仿真設計實例245
11.1DS18B20多點溫度監(jiān)測系統設計245
11.1.1功能要求245
11.1.2硬件電路設計245
11.1.3軟件程序設計249
11.2帶農歷的電子萬年歷設計255
11.2.1功能要求255
11.2.2硬件電路設計256
11.2.3軟件程序設計258
11.3電子密碼鎖設計267
11.3.1功能要求267
11.3.2硬件電路設計267
11.3.3軟件程序設計267
附錄AASCII碼表281
附錄B運算符的優(yōu)先級和結合性282
參考文獻283

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