電子技術和微型計算機技術的迅速發展，促進了微型計算機測量和控制技術的迅速發展和廣泛應用。在這一進程中單片機起到了舉足輕重的作用，單片機作為微型計算機的一個重要分支，自誕生以來發展非常迅猛。目前已廣泛應用于工業自動化、電氣儀表控制、智能交通控制、消費類電子產品、網絡通信與數據傳輸等領域。單片機技術也成為高等院校儀器儀表、自動化、電子信息等專業必須掌握的技術之一。

本書以Intel MCS-51系列單片機為對象，全面介紹了單片機的結構原理與應用接口技術。第1章簡略介紹MCS-51系列單片機的基本結構組成、主要功能及工作方式；第2、3、4、5、6章是單片機的典型應用接口技術介紹。其中，第2章為單片機的前向通道接口，介紹了前置信號的處理、信號放大、濾波、數據采集等技術；第3章為單片機的后向通道接口，介紹了單片機與后向通道的電氣隔離、開關輸出接口、數模轉換接口及步進電機功率接口；第4章為單片機通信技術，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和PC機通信中的應用；第5章為串行總線接口技術，介紹了SPI總線、MICROWIRE總線、I2C總線等幾種典型總線；第6章為單片機系統擴展技術，介紹了程序存儲器、數據存儲器的擴展以及兩者的綜合擴展。

本書的重點不在于對51單片機本身的介紹，重點在于介紹與51單片機相關的各種接口技術。本書的編寫力求做到從理論中來，到實踐中去，每章的后面都給出了一個本章內容在工程實際中的應用例子，通過具體典型實例的解析來幫助讀者學習單片機及其接口技術的理論知識。

本書可作為高等學校本�？茖W生學習單片機課程的教學參考書，也可作為從事單片機研發、應用工作專業技術人員的參考用書。

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誤之處，懇請讀者批評指正，同時向所有參考文獻的作者致謝。

編 者

2013年10月

前言

第1章 單片機結構及工作原理 1
1.1 單片機及其發展概況 1
1.1.1 單片機的發展 1
1.1.2 單片機的特點 2
1.1.3 單片機的發展趨勢 3
1.2 51單片機的基本組成和功能 3
1.2.1 51系列單片機的主要功能 4
1.2.2 51系列單片機基本結構 5
1.2.3 51系列單片機外部引腳 6
1.3 51單片機的內部結構 10
1.3.1 中央處理單元 10
1.3.2 存儲器 14
1.3.3 定時器/計數器 19
1.3.4 I/O口 19
1.3.5 中斷系統 20
1.4 51系列單片機的工作方式 23
1.4.1 時鐘和時鐘電路 23
1.4.2 CPU時序 23
1.4.3 復位狀態和復位電路 24
1.5 實例分析：LED彩燈控制器 26
第2章 單片機的前向通道接口 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 前置信號處理 39
2.2.1 信號轉換 40
2.2.2 信號變送器 44
2.3 信號放大 48
2.3.1 精密運放及其典型應用技術 48
2.3.2 低噪聲運放及其典型應用技術 49
2.3.3 低輸入偏置電流運放及其典型
應用技術 50
2.3.4 低漂移運放及其典型應用技術 50
2.3.5 高速運放及其典型應用技術 51
2.4 信號濾波 52
2.4.1 有源RC濾波器 53
2.4.2 數字濾波 56
2.5 數據采集 63
2.5.1 多路開關 63
2.5.2　集成A/D轉換器及接口技術 64
2.6 實例分析：供熱機組監控 72
2.6.1 系統結構 73
2.6.2 下位機前向通道接口電路分析 74
第3章 單片機的后向通道接口 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 固態繼電器輸出接口 98
3.4.1 直流型固態繼電器 99
3.4.2 交流型固態繼電器 99
3.5 數/模轉換接口 102
3.5.1 DAC電路原理 102
3.5.2 典型D/A轉換器及接口 103
3.6 步進電機功率接口 109
3.6.1 步進電機工作原理 109
3.6.2 步進電機的功率接口 111
3.7 實例分析：車輛導航系統輸出部件——
標圖儀 115
3.7.1 引言 115
3.7.2 系統原理及結構 116
3.7.3 控制系統應用軟件 117
第4章 單片機通信技術 119
4.1 單片機串行通信基礎 119
4.1.1 異步通信和同步通信 119
4.1.2 波特率和接收/發送時鐘 121
4.1.3 單工、半雙工、全雙工通信方式 122
4.1.4 信號的調制與解調 123
4.1.5 串行通信的校驗 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 125
4.2.2 RS-422/423/485總線連接系統 131
4.2.3 20mA電流環串行接口 136
4.3 單片機間的相互通信 137
4.3.1 單片機雙機串行通信 137
4.3.2 單片機多機串行通信 141
4.4 單片機與PC機的通信 147
4.4.1 PC機串行通信功能的實現 147
4.4.2 單片機與PC機的串行通信接口 156
4.5 采用光纖的串行通信 158
4.5.1 光纖通信的特點 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 實例分析：基于RS-485/422總線的
電表遠程抄表系統 161
4.6.1 引言 161
4.6.2 系統硬件 162
4.6.3 系統軟件 164
第5章 串行總線接口技術 166
5.1 SPI總線 167
5.1.1 SPI結構、單主機及多主機系統 167
5.1.2 SPI總線時序 167
5.1.3 常見SPI器件簡介 172
5.1.4 89C51的模擬SPI總線擴展X25
系列芯片 173
5.2 MICROWIRE總線 183
5.2.1 MICROWIRE總線的接口時序 185
5.2.2 89C51模擬MICROWIRE總線
擴展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 總線的主節點、從節點及發送者
與接收者 190
5.3.3 啟動信號、停止信號及總線競爭 191
5.3.4 只有一個啟動信號的數據幀 193
5.3.5 “混合傳輸”模式的數據幀 201
5.3.6 高速方式 201
5.3.7 10位地址系統 202
5.3.8 一種I2C EEPROM及其I2C協議 205
5.3.9 89C51擴展I2C總線芯片PCF8584 208
5.3.10 89C51口線模擬I2C操作 217
5.4 實例分析：單片機在低壓電力線載波
通信中的應用 221
5.4.1 低壓電力線載波通信發展現狀 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分析 230
第6章 單片機系統擴展技術 233
6.1 外部I/O的擴展 233
6.1.1 I/O口擴展概述 233
6.1.2 I/O地址譯碼技術 234
6.1.3 簡單I/O接口擴展 235
6.2 程序存儲器的擴展 239
6.2.1 常用的EPROM芯片 240
6.2.2 程序存儲器的操作時序 242
6.2.3 單片機與EPROM的接口
電路設計 244
6.3 數據存儲器的擴展 246
6.3.1 常用的靜態RAM（SRAM）芯片 246
6.3.2 外擴數據存儲器的讀寫操作時序 248
6.3.3 AT89S51單片機與RAM的接口
電路設計 249
6.4 EPROM和RAM的綜合擴展 250
6.4.1 綜合擴展的硬件接口電路 250
6.4.2 外擴存儲器的編程 253
6.5 實例分析：串行片外存儲器擴展 253
后記 256
參考文獻 257

1. 單片機應用技術項目教程（C語言版）（第三版） [主編　郭志勇]
2. 微機原理與接口技術 [李珍香 編著]
3. 單片機原理及應用技術（C語言版） [周國運 魯慶賓 趙天翔 編著]
4. 單片機實用技術項目教程 [主編 周威 熊輝]
5. 單片機原理及應用項目化教程（C語言版） [主編 謝四連　王善偉　李石林]
6. 微型計算機原理與接口技術（第二版） [主編 王向慧]
7. 微型計算機原理與接口技術學習與實驗指導（第二版） [主編 楊立]
8. 微型計算機原理與接口技術（第二版） [主編 楊立]
9. 單片機應用技術項目教程（C語言版）（第二版） [主編 郭志勇]
10. 電子技術項目教程（Proteus版） [主編 郭志勇]
11. 單片機應用教程 [胡云冰 聶振華]
12. 微機原理與接口技術（第二版） [主 編 李云強]
13. 單片機應用系統設計安裝與調試 [主編 田浩鵬]
14. 單片機原理及應用設計（第二版） [主編 胡輝 ]
15. 單片機原理及應用教程（C語言版） [主編 周國運]
16. 微型計算機原理與接口技術實驗及習題指導 [主編 何超]
17. 微型計算機原理與接口技術 [何超]
18. 單片微型計算機原理及接口技術實驗指導與實訓 [林軍 等編著]
19. 微機原理與接口技術 [梁建武 主 編 ]
20. 微機原理與接口技術 [李云強 主 編 ]
21. 微型計算機及其接口技術 [胡敏 張永 主編]
22. 微型計算機通信與接口技術 [劉兵　易逵　朱天清 等編著]
23. ANSYS 10.0/LS-DYNA基礎理論與工程實踐 [李裕春 時黨勇 趙遠 編著]
24. 微機原理、匯編語言與接口技術 [唐瑞庭 等編著]
25. 微機原理及接口技術 [蔣新革 主編]
26. 微型計算機原理與常用接口技術 [黃同愿 等編著]
27. 微機接口技術 [董方武 主編]
28. 微機原理、匯編語言與接口技術 [徐雅娜 主編]
29. 微型計算機原理與接口技術 [王向慧 等編著]
30. 單片機接口技術（C51版） [張道德 編著]