• 配套教材

《单片机原理及应用（第4版）》配套有《单片机原理及应用（第4版）习题解答、基础实验及课程设计》电子书，电子书的主要内容为与主教材配套的各章习题与解答，用于考试的16套试题及其参考答案，以及22个基础实验题目和87个课程设计题目。

• 课程资源

《单片机原理及应用（第4版）》的数字课程资源包括与全书配套的电子教案（PPT文件）、Proteus 总体功能介绍、Proteus ISIS演示视频文件和25个案例运行文件。此外，读者也可以登录中国大学MOOC网站或爱课程网站学习由哈尔滨工业大学开设的“单片机原理及应用”MOOC。

（注：目录排版顺序为从左列至右列）

该书共分为14章，介绍与8051单片机兼容的代表性机型即美国ATMEL公司的增强型AT89S52单片机，介绍了AT89S52单片机工作原理与应用系统设计。第1~6章从应用角度介绍AT89S52单片机的硬件结构、指令系统、常用的汇编语言源程序设计以及片内各外围部件（中断系统、定时器/计数器及UART串行口）的工作原理和应用设计举例。第7~10章介绍AT89S52单片机外围扩展接口的设计，例如与键盘、显示器、微型打印机、外扩存储器、数字I/O、D/A转换器、A/D转换器的各种硬件接口电路设计，并对各种扩展接口的驱动程序设计也作了介绍。第11章介绍了较为流行的各种单片机串行扩展技术，如单总线、SPI总线串行、I²C总线串行扩展技术，重点介绍了I²C总线的串行扩展。第12章介绍了应用较多的其他扩展接口设计及应用编程。第13章对单片机应用系统的抗干扰与可靠性设计给予较详细阐述。第14章介绍了单片机应用系统设计的基本方法以及基本调试方法。

该书是在《单片机原理及应用（第3版）》的基础上修订而成的，融入了哈尔滨工业大学自动化测试与控制研究所教学以及开发工作的经验体会。

该书由张毅刚担任主编，完成了第1、2、3、5、7章的编写以及全书统稿。副主编由赵光权（第4章、第6章）与刘连胜（第9~14章）担任。该书由哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院李东教授担任主审，其为提高书稿的质量提出了修改意见。

2021年9月6日，《单片机原理及应用（第4版）》由高等教育出版社出版发行。

1. 注重原理与应用相结合。避免仅从原理上对AT89S52单片机进行介绍，该书不仅介绍各种硬件接口的设计，而且对如何进行系统设计也做了介绍，并将原理与案例设计相结合。

2. 突出了选取内容的实用性、典型性。书中所介绍的各种设计方案，均为实用的典型方案，并提供了接口设计实例及程序实例，有利于学生提高设计工作的效率。

3. 对单片机应用系统设计中用到的各种器件进行了补充和更新，删除了先前版本中某些陈旧、落后的内容和淡出市场的器件，补充了当前设计中常用的典型器件。

4. 为便于自学，该书文字精练，书中各章末均有思考题与习题，供学生巩固、消化、理解课堂所学内容之用。

张毅刚，哈尔滨工业大学电气学院自动化测试与控制系教授，国家精品课、国家精品资源共享课、中国大学MOOC“单片机原理”课程负责人，黑龙江省教学名师，中华人民共和国教育部全国高校网络培训中心“单片机原理”骨干教师高级研修班特聘主讲教授。 2100433B

《单片机原理及应用(第4版)》共分8章。

第1章介绍微型计算机基础知识。

第2～5章分别介绍了at89c51系列单片机硬件结构、指令系统、汇编语言程序设计及片内资源应用。

第6章介绍了at89c51系列单片机系统扩展技术。

第7章简要介绍了目前比较流行的flash单片机以及单片机应用系统设计方法及设计实例，还介绍了新颖传感器通道接口和应用系统采用的抗干扰措施。

第8章介绍了几个试验。《单片机原理及应用(第4版)》内容全面，说理通透。

《单片机原理及应用(第4版)》由全国职业高中电子类教材编审委员会组织编写，适合作为中职相关专业单片机课程的教材。

《单片机原理及应用(第4版)》配套有电子教学参考资料包，包括《单片机原理及应用(第4版)》习题答案、电子教案及部分实验电子资料，详见前言。

《单片机原理及应用(第4版)》

第1章 微型计算机基础知识 1

1.1 数制及编码 1

1.1.1 数制及数字之间的转换 1

1.1.2 常用二进制编码 5

1.2 数据在计算机中的表示 7

1.3 单片微型计算机 9

1.3.1 单片机的发展概况 9

1.3.2 其他单片机简介 9

1.3.3 单片机的发展与应用 13

本章小结 13

习题与思考题 14

第2章 单片机硬件结构 15

2.1 单片机硬件结构 15

2.2 at89c51单片机引脚功能 17

2.3 at89c51单片机的中央处理单元 19

2.3.1 运算器 19

2.3.2 控制器 20

2.3.3 cpu工作方式 20

2.4 at89c51单片机存储器结构 21

.2.4.1 程序存储器 22

2.4.2 数据存储器 23

2.4.3 特殊功能寄存器 24

2.4.4 位地址空间 28

2.4.5 外部数据存储器 28

2.4.6 并行i/o口 28

2.5 at89c51单片机i/o端口 29

2.5.1 i/o端口结构 29

2.5.2 i/o端口功能 30

2.6 at89c51单片机时钟电路 32

2.6.1 时钟电路 32

2.6.2 指令时序 32

2.7 at89c51单片机复位电路 33

2.7.1 复位功能 33

2.7.2 复位电路 34

本章小结 35

习题与思考题 35

第3章 指令系统 37

3.1 指令系统概述 37

3.2 指令格式 38

3.3 寻址方式 38

3.3.1 立即寻址 38

3.3.2 直接寻址 39

3.3.3 寄存器寻址 39

3.3.4 寄存器间接寻址 39

3.3.5 变址寻址 39

3.3.6 相对寻址 40

3.3.7 位寻址 40

3.4 指令分类介绍 41

3.4.1 数据传送类指令 41

3.4.2 算术运算类指令 45

3.4.3 逻辑运算类指令 50

3.4.4 控制转移类指令 53

3.4.5 位操作类指令 57

3.5 伪指令 59

本章小结 61

习题与思考题 62

第4章 汇编语言程序设计 65

4.1 编程的步骤、方法和技巧 65

4.1.1 编程步骤 65

4.1.2 编程的方法和技巧 65

4.2 单片机程序设计基本结构 66

4.2.1 顺序程序结构 66

4.2.2 分支程序结构 67

4.2.3 循环程序结构 71

4.2.4 查表程序设计 73

4.2.5 子程序设计 74

4.3 单片机实用子程序 75

4.3.1 数据块传送类程序 75

4.3.2 码制转换 76

4.3.3 运算类程序 79

本章小结 90

习题与思考题 91

第5章 at89c51单片机片内资源应用 94

5.1 输入/输出的控制方式 94

5.1.1 程序查询法 94

5.1.2 中断控制方式 96

5.2 中断系统 96

5.2.1 中断的概念 96

5.2.2 中断系统结构及中断控制 97

5.2.3 中断响应及中断处理过程 101

5.2.4 外部中断触发方式 103

5.2.5 at89c51的单步操作 104

5.2.6 多个外部中断源系统设计 104

5.3 定时器/计数器 106

5.3.1 定时器/计数器内部结构及功能 106

5.3.2 定时器/计数器的工作方式 108

5.3.3 应用举例 110

5.4 串行接口 111

5.4.1 串行口控制寄存器scon及波特率选择位 112

5.4.2 串行接口工作方式 113

5.4.3 波特率 118

本章小结 119

习题与思考题 120

第6章 at89c51单片机系统扩展技术 121

6.1 at89c51系统扩展原理 121

6.2 总线扩展与地址分配 122

6.2.1 总线扩展 122

6.2.2 地址分配 123

6.3 单片机并行存储器扩展 123

6.3.1 单片机并行存储器扩展概述 123

6.3.2 程序存储器扩展 123

6.3.3 数据存储器扩展 130

6.4 单片机并行i/o扩展 134

6.4.1 单片机并行i/o扩展概述 134

6.4.2 用74系列器件扩展并行i/o口 134

6.4.3 led显示器接口技术 135

6.4.4 键盘接口技术 139

6.4.5 a/d、d/a接口技术 144

6.5 单片机串行扩展技术 150

6.5.1 单片机串行扩展概述 150

6.5.2 uart串行扩展接口 151

6.5.3 i2c总线 156

6.5.4 spi总线 158

6.5.5 单总线 160

本章小结 161

习题与思考题 162

第7章 单片机应用系统 163

7.1 单片机应用系统概述 163

7.1.1 应用系统的开发过程 163

7.1.2 单片机应用系统的组成 163

7.1.3 应用系统的硬件开发 164

7.1.4 应用系统的软件设计 166

7.1.5 单片机开发系统 170

7.2 传感器接口技术 176

7.2.1 概述 176

7.2.2 传感器接口电路 177

7.2.3 温度传感器及其应用 177

7.2.4 霍尔传感器及其应用 179

7.3 抗干扰技术 180

7.3.1 计算机电源系统的抗干扰措施 180

7.3.2 过程通道干扰及抗干扰措施 182

7.4 单片机应用系统实例 184

7.4.1 ds18b20测温系统研制 184

7.4.2 pcf8563（pcf8583）时钟电路设计 188

本章小结 191

习题与思考题 191

第8章 实验 192

实验一 数据块传送实验 192

实验二 数码转换程序实验 193

实验三 算术运算类指令编程实验 194

实验四 数字序列排序实验 195

实验五 查表程序实验 196

实验六 定时/计数器实验 197

实验七 低频信号发生器实验 198

实验八 i/o接口和中断实验 199

实验九 串行口调试实验 201

实验十 led静态显示接口实验 202

附录1 at89c51指令系统分类表 205

附录2 at89c51单片机常用特殊功能寄存器 209

参考文献 2122100433B

绪论 1

第1章 MCS-51单片机的结构与原理 12

1.1 MCS-51单片机硬件结构及引脚 12

1.1.1 MCS-51单片机内部结构 12

1.1.2 MCS-51单片机外部引脚 20

1.1.3 AT89系列单片机简介 22

1.1.4 STC系列单片机简介 23

1.2 MCS-51单片机的工作方式 25

1.2.1 复位方式 25

1.2.2 程序执行方式 26

1.2.3 节电方式 27

1.2.4 编程和校验方式 28

1.3 单片机的时序 28

1.3.1 MCS-51的时序单位 28

1.3.2 MCS-51指令的取指/执行时序 29

1.3.3 访问片外ROM/RAM指令的时序 30

1.4 C8051F系列片上系统（SOC）简介 31

1.4.1 概述 31

1.4.2 基本结构与特点 33

习题1 35

第2章 MCS-51单片机指令系统与程序设计 37

2.1 汇编语言概述 37

2.1.1 汇编语言指令格式与伪指令 37

2.1.2 指令的分类 40

2.1.3 指令中的常用符号 41

2.1.4 指令的字节数 41

2.2 MCS-51单片机的寻址方式 42

2.2.1 立即寻址 42

2.2.2 直接寻址 43

2.2.3 寄存器寻址 44

2.2.4 寄存器间接寻址 45

2.2.5 变址寻址 46

2.2.6 相对寻址 47

2.2.7 位寻址 48

2.3 MCS-51单片机的指令系统 49

2.3.1 数据传送指令 49

2.3.2 算术运算指令 56

2.3.3 逻辑运算及移位指令 61

2.3.4 控制转移指令 66

2.3.5 位操作指令 73

2.4 MCS-51单片机C51语言 76

2.4.1 C51语言概述 77

2.4.2 C51语言的程序结构、数据与存储类型 78

2.4.3 C51语言的头文件与库函数 82

2.4.4 C51语言中绝对地址的访问 84

2.4.5 C51与汇编语言混合编程的方法 86

2.5 程序设计 87

2.5.1 汇编语言程序设计的步骤 88

2.5.2 顺序程序设计 89

2.5.3 分支程序设计 90

2.5.4 循环程序设计 92

2.5.5 查表程序设计 98

2.5.6 子程序设计 102

2.6 程序设计举例 106

2.6.1 多字节算术运算程序 106

2.6.2 数制转换程序 108

2.6.3 散转程序 111

2.7 汇编语言的开发环境 114

2.7.1 单片机开发系统 114

2.7.2 汇编语言的编辑与汇编 116

2.7.3 汇编语言的调试 116

习题2 118

第3章 MCS-51单片机的内部资源及应用 121

3.1 MCS-51单片机的并行I/O接口 121

3.1.1 MCS-51单片机的内部并行I/O接口 121

3.1.2 MCS-51单片机内部并行I/O接口的应用 123

3.1.3 C51语言中MCS-51单片机并行I/O接口的定义方法 125

3.2 MCS-51单片机的中断系统 126

3.2.1 中断的基本概念 127

3.2.2 MCS-51单片机的中断系统 128

3.2.3 MCS-51单片机中断系统的软件设计 135

3.2.4 MCS-51单片机扩展外部中断请求输入口 136

3.3 MCS-51单片机的定时器/计数器 139

3.3.1 定时器/计数器 139

3.3.2 定时器/计数器的工作方式 141

3.3.3 定时器/计数器的应用 142

3.4 MCS-51单片机的串行通信 148

3.4.1 概述 148

3.4.2 MCS-51单片机的串行口 150

3.4.3 串行口的工作方式 152

3.4.4 串行口的通信波特率 153

3.4.5 串行口的初始化 154

3.4.6 串行口的应用 155

习题3 167

第4章 MCS-51单片机的系统扩展技术 170

4.1 MCS-51单片机系统扩展概述 170

4.1.1 MCS-51系列单片机的外部扩展原理 170

4.1.2 MCS-51单片机系统地址空间的分配 171

4.2 存储器的扩展 173

4.2.1 程序存储器扩展 174

4.2.2 数据存储器扩展 177

4.2.3 MCS-51单片机对外部存储器的扩展 179

4.2.4 程序存储空间和数据存储空间的混合 179

4.3 并行I/O接口的扩展 180

4.3.1 概述 180

4.3.2 普通并行I/O接口扩展 181

4.3.3 可编程并行I/O接口芯片扩展 183

4.3.4 可编程逻辑器件（PLD）的扩展 193

4.3.5 可编程系统器件（PSD）的扩展 196

4.4 时钟芯片的扩展 198

4.4.1 时钟芯片概述 198

4.4.2 DS1302的工作原理及应用 199

4.5 系统监控芯片的扩展 210

4.5.1 概述 210

4.5.2 MAX692A的工作原理及应用 211

4.6 总线接口扩展 213

4.6.1 EIA RS-232C总线标准与接口电路 214

4.6.2 RS-422/RS-485总线标准与接口电路 218

4.6.3 I2C总线标准与接口电路 221

4.6.4 其他常用总线标准 225

习题4 227

第5章 MCS-51单片机的输入/输出通道设计 229

5.1 输入/输出通道概述 229

5.1.1 传感器 229

5.1.2 单片机应用系统的输入/输出通道 229

5.2 D/A转换器及其硬软件设计 232

5.2.1 D/A转换器的性能指标 233

5.2.2 D/A转换器的分类 233

5.2.3 D/A转换器的硬软件设计 234

5.3 A/D转换器及接口技术 242

5.3.1 A/D转换器的性能指标 242

5.3.2 A/D转换器的分类 243

5.3.3 A/D转换器的硬软件设计 244

5.3.4 数据采集系统 254

习题5 256

第6章 MCS-51单片机的交互通道配置与设计 258

6.1 MCS-51单片机扩展键盘的技术 258

6.1.1 概述 258

6.1.2 使用键盘时必须解决的问题 259

6.1.3 单片机扩展键盘的硬、软件设计 260

6.2 MCS-51单片机扩展显示器的技术 272

6.2.1 LED显示器及其硬、软件设计 273

6.2.2 LCD显示器及其硬、软件设计 280

6.2.3 单片机扩展液晶显示模块LCD1602 283

6.3 MCS-51单片机扩展键盘和显示器的设计实例 291

6.3.1 利用8155/8255A芯片实现键盘和显示器的设计 291

6.3.2 利用MCS-51的串行口实现键盘和显示器的设计 295

6.3.3 利用专用芯片扩展键盘和显示器 297

6.4 MCS-51单片机扩展微型打印机的技术 298

6.4.1 微型打印机的特点 298

6.4.2 单片机扩展微型打印机的硬件设计 299

6.4.3 字符代码及打印命令 300

6.4.4 单片机扩展微型打印机的设计举例 302

习题6 302

第7章 MCS-51单片机应用系统设计 304

7.1 MCS-51单片机应用系统设计过程 305

7.1.1 总体设计 305

7.1.2 硬件设计 306

7.1.3 软件设计 308

7.1.4 可靠性设计 309

7.1.5 单片机应用系统的调试、测试 314

7.2 单片机应用系统设计举例 315

7.2.1 单片机在工业测控系统中的应用 315

7.2.2 单片机在里程、速度计量中的应用 321

习题7 325

第8章 Keil C51与Proteus软件使用简介 326

8.1 Keil C51简介 326

8.1.1 Keil C51简介 326

8.1.2 Keil C51的开发环境 326

8.1.3 Keil C51功能模块简介 327

8.1.4 Keil C51软件的安装 327

8.1.5 Keil C51软件的使用 328

8.2 虚拟仿真开发工具Proteus仿真软件简介 336

8.2.1 Proteus仿真软件简介 336

8.2.2 Proteus原理图输入系统（ISIS）环境简介 338

8.2.3 Proteus ISIS的编辑环境设置 343

8.2.4 Proteus ISIS的系统运行环境设置 344

8.2.5 单片机应用系统的虚拟设计与仿真 345

8.2.6 Proteus 与Keil µVision4的联调 355

习题8 356

第9章 课程设计与创新实验题目 357

9.1 医院住院病人呼叫器的设计 357

9.2 万年历的设计 357

9.3 学校学生生活时间提示系统的设计 357

9.4 智力竞赛抢答器的设计 358

9.5 交通信号灯实时控制系统的设计 358

9.6 电子密码锁的设计 358

9.7 超声波测距系统的设计 359

9.8 数字频率计的设计 359

9.9 多路数据采集系统的设计 359

9.10 温度控制系统的设计 359

9.11 自动电梯控制电路的设计 360

9.12 出租车计程计价器的设计 360

9.13 智能化公共汽车报站器的设计 360

9.14 自动往返电动车的设计 361

9.15 简易IC卡收费器的设计 361

9.16 消毒柜控制电路的设计 361

附录A ASCII码字符表 362

附录B MCS-51单片机指令表 363

附录C 著名的单片机网站 367

参考文献 368 2100433B