電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了微型計(jì)算機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。在這一進(jìn)程中單片機(jī)起到了舉足輕重的作用，單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，自誕生以來發(fā)展非常迅猛。目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、電氣儀表控制、智能交通控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。單片機(jī)技術(shù)也成為高等院校儀器儀表、自動(dòng)化、電子信息等專業(yè)必須掌握的技術(shù)之一。

本書以Intel MCS-51系列單片機(jī)為對(duì)象，全面介紹了單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用接口技術(shù)。第1章簡略介紹MCS-51系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成、主要功能及工作方式；第2、3、4、5、6章是單片機(jī)的典型應(yīng)用接口技術(shù)介紹。其中，第2章為單片機(jī)的前向通道接口，介紹了前置信號(hào)的處理、信號(hào)放大、濾波、數(shù)據(jù)采集等技術(shù)；第3章為單片機(jī)的后向通道接口，介紹了單片機(jī)與后向通道的電氣隔離、開關(guān)輸出接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換接口及步進(jìn)電機(jī)功率接口；第4章為單片機(jī)通信技術(shù)，主要介紹幾種基本的串行通信總線接口以及串行通信在單片機(jī)和PC機(jī)通信中的應(yīng)用；第5章為串行總線接口技術(shù)，介紹了SPI總線、MICROWIRE總線、I2C總線等幾種典型總線；第6章為單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)，介紹了程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展以及兩者的綜合擴(kuò)展。

本書的重點(diǎn)不在于對(duì)51單片機(jī)本身的介紹，重點(diǎn)在于介紹與51單片機(jī)相關(guān)的各種接口技術(shù)。本書的編寫力求做到從理論中來，到實(shí)踐中去，每章的后面都給出了一個(gè)本章內(nèi)容在工程實(shí)際中的應(yīng)用例子，通過具體典型實(shí)例的解析來幫助讀者學(xué)習(xí)單片機(jī)及其接口技術(shù)的理論知識(shí)。

本書可作為高等學(xué)校本專科學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的教學(xué)參考書，也可作為從事單片機(jī)研發(fā)、應(yīng)用工作專業(yè)技術(shù)人員的參考用書。

本書的編寫過程中，還得到了鄧正才老師、王菁老師的幫助，在此表示衷心的感謝。本書編寫過程中參考了其他一些書刊，并引用了一些資料，在此一并表示感謝。由于作者水平有限，書中難免有不妥與錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正，同時(shí)向所有參考文獻(xiàn)的作者致謝。

編 者

2013年10月

前言

第1章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 1
1.1 單片機(jī)及其發(fā)展概況 1
1.1.1 單片機(jī)的發(fā)展 1
1.1.2 單片機(jī)的特點(diǎn) 2
1.1.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢 3
1.2 51單片機(jī)的基本組成和功能 3
1.2.1 51系列單片機(jī)的主要功能 4
1.2.2 51系列單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) 5
1.2.3 51系列單片機(jī)外部引腳 6
1.3 51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 10
1.3.1 中央處理單元 10
1.3.2 存儲(chǔ)器 14
1.3.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 19
1.3.4 I/O口 19
1.3.5 中斷系統(tǒng) 20
1.4 51系列單片機(jī)的工作方式 23
1.4.1 時(shí)鐘和時(shí)鐘電路 23
1.4.2 CPU時(shí)序 23
1.4.3 復(fù)位狀態(tài)和復(fù)位電路 24
1.5 實(shí)例分析：LED彩燈控制器 26
第2章 單片機(jī)的前向通道接口 33
2.1 傳感器及其分類 33
2.1.1 熱電偶傳感器 33
2.1.2 熱電阻傳感器 33
2.1.3 熱敏電阻傳感器 34
2.1.4 集成溫度傳感器 34
2.2 前置信號(hào)處理 39
2.2.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換 40
2.2.2 信號(hào)變送器 44
2.3 信號(hào)放大 48
2.3.1 精密運(yùn)放及其典型應(yīng)用技術(shù) 48
2.3.2 低噪聲運(yùn)放及其典型應(yīng)用技術(shù) 49
2.3.3 低輸入偏置電流運(yùn)放及其典型
應(yīng)用技術(shù) 50
2.3.4 低漂移運(yùn)放及其典型應(yīng)用技術(shù) 50
2.3.5 高速運(yùn)放及其典型應(yīng)用技術(shù) 51
2.4 信號(hào)濾波 52
2.4.1 有源RC濾波器 53
2.4.2 數(shù)字濾波 56
2.5 數(shù)據(jù)采集 63
2.5.1 多路開關(guān) 63
2.5.2　集成A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù) 64
2.6 實(shí)例分析：供熱機(jī)組監(jiān)控 72
2.6.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 73
2.6.2 下位機(jī)前向通道接口電路分析 74
第3章 單片機(jī)的后向通道接口 82
3.1 電氣隔離 82
3.1.1 電源隔離 82
3.1.2 光電隔離器接口 83
3.2 可控硅輸出接口 88
3.2.1 可控硅的原理及分類 88
3.2.2 可控硅的觸發(fā)電路 90
3.3 繼電器輸出接口 95
3.3.1 繼電器、接觸器及其特性 95
3.3.2 繼電器、接觸器的功率接口 97
3.4 固態(tài)繼電器輸出接口 98
3.4.1 直流型固態(tài)繼電器 99
3.4.2 交流型固態(tài)繼電器 99
3.5 數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口 102
3.5.1 DAC電路原理 102
3.5.2 典型D/A轉(zhuǎn)換器及接口 103
3.6 步進(jìn)電機(jī)功率接口 109
3.6.1 步進(jìn)電機(jī)工作原理 109
3.6.2 步進(jìn)電機(jī)的功率接口 111
3.7 實(shí)例分析：車輛導(dǎo)航系統(tǒng)輸出部件——
標(biāo)圖儀 115
3.7.1 引言 115
3.7.2 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu) 116
3.7.3 控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件 117
第4章 單片機(jī)通信技術(shù) 119
4.1 單片機(jī)串行通信基礎(chǔ) 119
4.1.1 異步通信和同步通信 119
4.1.2 波特率和接收/發(fā)送時(shí)鐘 121
4.1.3 單工、半雙工、全雙工通信方式 122
4.1.4 信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 123
4.1.5 串行通信的校驗(yàn) 124
4.1.6 串行通信接口電路UART、
USRT、USART 124
4.2 串行通信總線接口 125
4.2.1 RS-232C總線連接系統(tǒng) 125
4.2.2 RS-422/423/485總線連接系統(tǒng) 131
4.2.3 20mA電流環(huán)串行接口 136
4.3 單片機(jī)間的相互通信 137
4.3.1 單片機(jī)雙機(jī)串行通信 137
4.3.2 單片機(jī)多機(jī)串行通信 141
4.4 單片機(jī)與PC機(jī)的通信 147
4.4.1 PC機(jī)串行通信功能的實(shí)現(xiàn) 147
4.4.2 單片機(jī)與PC機(jī)的串行通信接口 156
4.5 采用光纖的串行通信 158
4.5.1 光纖通信的特點(diǎn) 158
4.5.2 光纖通信的組成 158
4.5.3 光纖通信的接口 159
4.6 實(shí)例分析：基于RS-485/422總線的
電表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng) 161
4.6.1 引言 161
4.6.2 系統(tǒng)硬件 162
4.6.3 系統(tǒng)軟件 164
第5章 串行總線接口技術(shù) 166
5.1 SPI總線 167
5.1.1 SPI結(jié)構(gòu)、單主機(jī)及多主機(jī)系統(tǒng) 167
5.1.2 SPI總線時(shí)序 167
5.1.3 常見SPI器件簡介 172
5.1.4 89C51的模擬SPI總線擴(kuò)展X25
系列芯片 173
5.2 MICROWIRE總線 183
5.2.1 MICROWIRE總線的接口時(shí)序 185
5.2.2 89C51模擬MICROWIRE總線
擴(kuò)展A/D芯片TLC2543 186
5.3 I2C總線 189
5.3.1 I2C總線與I2C器件的引腳 189
5.3.2 總線的主節(jié)點(diǎn)、從節(jié)點(diǎn)及發(fā)送者
與接收者 190
5.3.3 啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)及總線競爭 191
5.3.4 只有一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)幀 193
5.3.5 “混合傳輸”模式的數(shù)據(jù)幀 201
5.3.6 高速方式 201
5.3.7 10位地址系統(tǒng) 202
5.3.8 一種I2C EEPROM及其I2C協(xié)議 205
5.3.9 89C51擴(kuò)展I2C總線芯片PCF8584 208
5.3.10 89C51口線模擬I2C操作 217
5.4 實(shí)例分析：單片機(jī)在低壓電力線載波
通信中的應(yīng)用 221
5.4.1 低壓電力線載波通信發(fā)展現(xiàn)狀 221
5.4.2 常見電力線載波通信芯片 223
5.4.3 低壓電力線載波通信系統(tǒng)分析 230
第6章 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù) 233
6.1 外部I/O的擴(kuò)展 233
6.1.1 I/O口擴(kuò)展概述 233
6.1.2 I/O地址譯碼技術(shù) 234
6.1.3 簡單I/O接口擴(kuò)展 235
6.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 239
6.2.1 常用的EPROM芯片 240
6.2.2 程序存儲(chǔ)器的操作時(shí)序 242
6.2.3 單片機(jī)與EPROM的接口
電路設(shè)計(jì) 244
6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 246
6.3.1 常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片 246
6.3.2 外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫操作時(shí)序 248
6.3.3 AT89S51單片機(jī)與RAM的接口
電路設(shè)計(jì) 249
6.4 EPROM和RAM的綜合擴(kuò)展 250
6.4.1 綜合擴(kuò)展的硬件接口電路 250
6.4.2 外擴(kuò)存儲(chǔ)器的編程 253
6.5 實(shí)例分析：串行片外存儲(chǔ)器擴(kuò)展 253
后記 256
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