单片微机原理及接口技术

  

朱兆优、姚永平等编著的《单片微机原理及接口技术--基于STC15W4K32S4系列高性能8051单片机》系统、全面地介绍了基于STC15W4K32S4系列高性能8051单片机的基本原理、硬件结构、指令系统和内部功能部件，并从应用的角度介绍了汇编语言程序设计、单片机外部电路的扩展，以及与键盘、LED显示、LCD显示、打印机等多种硬件接口的设计方法，对串行A-D、D-A和并行A-D、D-A转换器接口方法和典型应用作了详细介绍。本书结构完整，内容丰富，应用实例详实，示例内容精练，力求做到与市场接轨，与现实同步，既重视原理，又注重实效。
本书可作为高等院校相关专业单片机课程的教材，也可供电子技术、计算机应用方面的工程技术人员阅读和参考。

朱兆优，单片机与嵌入式系统应用专家学者，大学教授，教学名师，入选省级中青年骨干教师。长期致力于单片机与嵌入式系统应用的教学科研工作，与优选多家知名的半导体厂商和EDA工具厂商保持紧密合作，在智能仪器和测控系统方面有比较高的研究水平，已出版著作5部。主讲的“单片机原理及应用”课程评为省级优质课程、省级精品资源共享课程和很好教学团队。长期大学生课外科技活动，指导学生参加创新创业竞赛和“挑战杯”、电子设计竞赛中多次获一等奖或二等奖。近年来与STC公司创始人姚永平先生合作，开发编写了STC单片机应用特色教材，以帮助广大单片机爱好者深入研究与设计应用。

序
前言
章单片机概述
1.1什么叫单片机
1.2单片机的特点
1.3单片机的发展概况
1.4单片机主要制造厂商
1.5STC系列单片机
1.5.1STC89系列单片机
1.5.2STC15Fxx系列单片机
1.5.3STC15Wxx系列单片机
1.6其他系列单片机
1.7单片机的发展趋势
1.8单片机的应用领域
1.9单片机技术主要网站
本章小结
练习与思考题
第2章STC15系列单片机体系结构
2.1STC15W4K32S4单片机内部结构
2.2STC15W4K32S4单片机芯片引脚功能
2.3STC15W4K32S4单片机中央处理器
2.3.1运算器
2.3.2控制器
2.3.3单片机程序执行过程
2.4STC15W4K32S4单片机的存储结构
2.4.1单片机的存储器结构
2.4.2程序存储器
2.4.3内部数据存储器
2.4.4特殊功能寄存器
2.4.5外部数据存储器
2.5STC15W4K32S4单片机的I／O端口
2.5.1I／O口功能
2.5.2I／O口工作模式
2.5.3通用I／O端口结构
2.5.4并行三总线和复合功能端口操作
2.5.5I／O口的外部驱动
2.6STC单片机的时钟与复位操作
2.6.1外部时钟源
2.6.2内部RC时钟源
2.6.3CPU的时序
2.6.4STC单片机的复位
2.7STC15单片机的工作方式
本章小结
练习与思考题
第3章STC15系列单片机指令系统
3.1指令系统概述
3.2指令格式
3.2.1指令的构成
3.2.2指令的标准格式
3.2.3指令中常用的符号
3.3指令系统的寻址方式
3.4STC单片机指令系统
3.4.1数据传送类指令
3.4.2算术操作类指令
3.4.3逻辑运算与移位指令
3.4.4控制转移类指令
3.4.5位操作指令
……
第4章STC15系列单片机的存储器
第5章STC15系列单片机汇编语言程序设计
第6章STC15系列单片机的中断系统
第7章STC15系列单片机的定时器/计数器
第8章STC15系列单片机的异步串行口
第9章STC15系列单片机的SPI串行通信
0章STC15系列单片机的CCP/PCA/PWM
1章STC15系列单片机内部A-D转换器及比较器
2章STC15系列单片机应用系统扩展
3章STC15系列单片机人机对话接口设计
4章STC15系列单片机与A-D、D-A转换器接口设计
5章STC15系列单片机应用系统设计
附录
参考文献

前言 自从1972年Intel公司推出颗单片机微处理器以来，计算机技术闪电般地经历了从8088/8086到286、386、486、586、奔腾（Pentium）、酷睿系列等众多CPU的飞跃，它已经深入到社会活动的任何领域，闯进了平常百姓的生活里，使人们进入了信息时代、数字时代。 单片机在国际上被称为MCU（微控制器），它是当今电子信息工程技术中最活跃的一个领域。STC15W4K32S4单片机是中国宏晶科技有限公司新近推出的一款高性能8051内核单片机系列，其片内资源丰富、引脚分类众多、引脚利用达到优选化（除电源正负极外，其他引脚都可用作I/O口），是名副其实的单片计算机。STC单片机通过创新研发、准确的市场定位以及正确的市场推广策略，正在引导单片机未来发展格局，并迅速占领了国内单片机的应用领域，其优秀的性能、丰富的内部资源和外部接口、稳定的供货以及优惠的价格，正在形成STC单片机的优势。如今，STC单片机在工业自动化控制、消费电子、手持便携式设备、汽车电子、通信、智能安防、智能化仪器仪表、船舶以及航空航天等众多领域都得到了广泛深入的应用。 STC15W4K32S4系列单片机中的IAP15W4K61S4单片机具有芯片级仿真器功能，具备ISP/IAP功能，只要在Keil C51编程调试软件下选择“Project”菜单项下的“Options for Target ‘Target1’”选项，在“USE”项的设置仿真器栏中选择“Keil Monitor-51 Driver”作仿真对象，就可以实现计算机与目标单片机单步在线调试，从而实现硬件仿真器对用户目标板的在线仿真。 STC单片机率先开发的ISP在线下载式单片机颠覆了传统编程器。如今STC又领先研发出IAP在线应用可编程单片机，实现单芯片级仿真器功能，解决了工程技术人员需要依靠高昂的硬件仿真器、编程器进行系统调试的束缚，跨入了低价便捷单芯片仿真时代，使得工程技术人员、在校学生也能享受快捷、方便的单片机在线仿真调试的快乐。然而，在目前的高校教学中，还存在与实际脱节、与社会脱轨的情况，仍然以惯性思想套用传统MCS-51单片机作为教学、进行电子系统设计，致使市场中新推出的高性能单片机不能及时引入课堂，也导致许多学生毕业后进入社会不能很好地运用学校所学服务社会、解决实际问题，甚至有的感叹学无所用、学无所长。 事实上，MCS-51单片机是20世纪70年代Intel公司制造的一款经典单片机系列，是特指Intel公司的产品。如今，Intel公司生产的那些单片机早已淘汰，取而代之的是众多新型高新企业生产的高性能、衍生系列的8051单片机。这些高性能单片机作为主控制器已经完全占据了智能电子产品设计开发领域，并在其中扮演着十分重要的角色。 现今，炙手可热的“互联网+”、物联网科技已悄然兴起；在汽车控制系统、工业自动化控制、机器人、通信、军事科技等领域，单片机的应用也是大放异彩，可以说这些高性能单片机“无处不在，无所不能”。 单片机技术虽应用广泛，但也给人一种神秘莫测，难于入门之感。究其原因，很多初学者实践太少，没有将零散的实践经验上升到知识的理解层面。其实从应用的角度来看，单片机是一门实践性很强的课程，初学者应树立在学中“做”，在做中“学”的思想。如果从一开始学习单片机就设计制作一块属于自己的单片机学习板（现在STC公司将为初学者提供一款实用性很强、功能充分优化，且便于携带的口袋化STC实验箱），边学习、边实验，循序渐进、举一反三，很快就会有“登堂入室”之感，逐步把实验转化为项目设计，就能将单片机应用于各种场合中以解决实际问题。 本书融入了作者多年从事单片机技术应用、科研开发和教学的经验，内容由浅入深，由内到外，从实际应用出发，通过大量的典型实例，引导学生掌握基础、追求新知，使学生对基本知识、基本理论、基本技能和软硬件设计方法融会贯通。在编写过程中，作者对传统的单片机教材做了比较大的改良，特别对那些在实际应用中很少见的、或已经淘汰的接口芯片不写入本书，而将实际应用中比较流行的技术吸收进来，形成具有特色鲜明、与市场接轨、与现实同步的新式教程。 全书共分15章。章是单片机概述，介绍了单片机的发展历程、高性能单片机的特点，重点介绍了国产STC系列单片机的选型；第2章介绍了STC15系列单片机的体系结构、内部主要功能部件以及存储器结构与编址范围；第3章介绍了单片机指令系统和指令的运用方法；第4章介绍了STC15系列单片机存储器地址范围和存储单元访问方法；第5章介绍了STC 15系列单片机汇编语言程序设计方法；第6～8章介绍了STC15系列单片机的中断系统结构、中断控制、编程和串行口使用方法；第9～11章介绍了STC15W4K32S4单片机的SPI串行通信接口、CCP /PCA模块的使用、片上A-D转换器以及比较器的使用方法；2章介绍了单片机应用系统的扩展，重点介绍了串行总线扩展技术，精简了并行总线扩展内容；3章介绍了单片机人机对话接口，重点讲述了单片机与键盘、数码显示、液晶显示、打印机的接口设计和编程方法；4章介绍了A-D、D-A转换器性能指标和芯片选型，着重介绍了单片机与外部并行、串行A-D和D-A转换器的接口使用方法；5章介绍了如何根据需求进行系统设计、STC单片机实验箱功能、ISP和IAP应用操作，并精选了4个实验进行项目化设计，同时对STC15W4K32S4单片机在四旋翼飞行控制器中的应用设计进行了介绍，其体现了STC15W4K32S4系列单片机高速、卓越的控制性能。 本书选材新颖，内容丰富，结构完整，实例详实、精炼。全书由朱兆优、姚永平、朱日兴、胡文龙、刘琦共同编写，周程、涂序枝、刘杨、涂晓红参加对书稿的录入、插图、校对和程序调试等工作。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作者家人的大力支持；并得到了周航慈教授、杨建教授的支持和鼓励，周航慈教授对本书的初稿进行了评审，并提出了宝贵意见；还得到了宏晶科技鼎力支持和帮助，在此对他们付出的辛勤工作一并表示衷心感谢！ 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舍。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， STC15W4K32S4系列单片机最新推出的功能丰富、热点内容很多，尽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。 作者