第1篇 序幕 3
第1章 单片机在哪里 3
1.1.寻找单片机 3
1.1.1电磁炉与单片机 4
1.1.2 MP3播放机与单片机 5
1.1.3更多单片机 5
1.2.学习单片机 6
1.2.1掌握单片机基础知识 6
1.2.2理解单片机系统 6
1.2.3成为单片机系统设计师 7
1.3.单片机之家 7
1.3.1 Intel 8051单片机 7
1.3.2 PIC单片机 8
1.3.3 AVR单片机 9
1.3.4其他单片机 9
1.4.应用体验——数字温度计 9
1.4.1数字温度计工作原理 10
1.4.2体验数字温度计 10
1.5.实例解读——装小球系统 11
1.5.1需求分析 11
1.5.2系统框架 12
第2章 如何成为单片机系统设计师 13
2.1.需要准备哪些 13
2.1.1综合素质 13
2.1.2软件工具 15
2.1.3硬件工具之一：面包板 15
2.1.4硬件工具之二：万用板和印制电路板 18
2.1.5焊接工具 19
2.1.6焊接方法 21
2.2.单片机系统设计流程 22
2.2.1需求分析 22
2.2.2电路设计 23
2.2.3程序设计 24
2.2.4系统调试 24
2.3.应用体验——单片机控制下的发光二极管 25
2.3.1发光二极管工作原理 25
2.3.2单片机的控制 26
2.3.3体验单片机控制发光二极管 26
2.4.实例解读——反应时间测试仪 27
2.4.1需求分析 27
2.4.2电路设计 27
2.4.3程序设计 28
第3章 单片机系统登场 30
3.1.单片机系统组成 30
3.1.1单片机本身 31
3.1.2系统的构成 31
3.2.单片机系统抽丝剥茧 32
3.2.1 AT89S51单片机的“外衣” 33
3.2.2 AT89S51单片机的管脚 34
3.2.3常见外设 36
3.3.元器件插曲之一：变压器 38
3.3.1变压器基础知识 38
3.3.2电源变压器 39
3.4.元器件插曲之二：二极管与整流 40
3.4.1二极管基础知识 40
3.4.2整流 40
3.4.3整流全桥 42
3.5.元器件插曲之三：电容 43
3.5.1电容基础知识 43
3.5.2电容的种类 44
3.5.3电源滤波 46
3.6.元器件插曲之四：三端稳压与单片机系统电源 47
3.6.1三端稳压基础知识 47
3.6.2单片机系统电源方案一：自制直流稳压电源 48
3.6.3单片机系统电源方案二：电源适配器 48
3.6.4单片机系统电源方案三：USB口供电 49
3.7.元器件插曲之五：晶振与振荡器 50
3.7.1晶振基础知识 50
3.7.2振荡器 51
3.8.诠释单片机最简系统 52
3.8.1单片机最简系统 52
3.8.2电源端（VCC、 GND） 52
3.8.3时钟信号端（XTAL 1、XTAL2） 53
3.8.4复位端（RST） 54
3.8.5外部程序存储器访问控制端（EA/VPP） 55
3.8.6从最简系统出发 56
3.9.元器件插曲之六：电阻 56
3.9.1电阻基础知识 56
3.9.2电阻的参数和种类 58
3.9.3电阻的分压、限流、上拉作用 59
3.10.从单片机最简系统开始设计 60
3.10.1发光二极管交替发光 61
3.10.2程序设计 61
3.10.3初见汇编语言 63
3.10.4初识指令 64
3.10.5立即数 65
3.11.应用体验——发光二极管的交替发光 66
3.11.1控制交替发光的原理 66
3.11.2体验交替发光 66
3.12.元器件插曲之七：开关 66
3.12.1开关基础知识 66
3.12.2常用开关 67
3.13.实例解读——与发光二极管的交互 68
3.13.1需求分析 68
3.13.2电路设计 69
3.13.3程序设计 69
3.13.4延时子程序 72
第4章 单片机系统设计辅助软件 74
4.1 Proteus单片机系统仿真软件 74
4.1.1 Proteus软件界面 75
4.1.2用Proteus仿真 76
4.2 μVision单片机程序开发 82
4.2.1 μVision软件界面 83
4.2.2新建和保存项目 83
4.2.3向项目中添加文件 84
4.2.4汇编程序，生成执行代码 87
4.2.5生成下载到单片机的执行代码HEX文件 88
4.3 μVision的调试及仿真功能 89
4.3.1调试界面 89
4.3.2虚拟逻辑分析仪 89
4.4.应用体验——把程序下载到单片机里 92
4.4.1下载器与单片机 92
4.4.2体验下载过程 92
4.5.实例解读——流水灯 93
4.5.1需求分析 93
4.5.2电路设计 94
4.5.3软件设计 94
第2篇 揭密 101
第5章 单片机的触角——I/O口 101
5.1.何谓I/O口 101
5.1.1 I/O口的功能 101
5.1.2 I/O口与单片机的关系 102
5.1.3 I/O口的操作 103
5.2.元器件插曲之八：场效应管 104
5.2.1 JFET 105
5.2.2 MOSFET 106
5.3.元器件插曲之九：逻辑门 106
5.3.1非门 106
5.3.2或门 107
5.3.3或非门 107
5.3.4与门 107
5.3.5与非门 107
5.3.6异或门 108
5.3.7缓冲器 108
5.4.元器件插曲之十：锁存器与触发器 108
5.4.1门控D锁存器 109
5.4.2边沿D触发器 109
5.5 I/O口结构探密 110
5.5.1 P1口 110
5.5.2 P3口 110
5.5.3 P0口 111
5.5.4 P2口 112
5.5.5 I/O口小结 112
5.6.应用体验——控制流水灯 112
5.6.1功能与电路 113
5.6.2体验控制流水灯 113
5.7.实例解读——晃晃灯 113
5.7.1原理分析 114
5.7.2需求分析 114
5.7.3电路设计 114
5.7.4软件设计 116
第6章 七段数码管显示 118
6.1.二进制与数据 118
6.1.1二进制与数字 118
6.1.2二进制与语音 119
6.1.3二进制与图像 120
6.2.元器件插曲之十一：七段数码管 121
6.2.1七段数码管原理 121
6.2.2七段数码管显示数字 122
6.3.应用体验——计时器 123
6.3.1功能与电路 124
6.3.2体验计时器 124
6.4.元器件插曲之十二：蜂鸣器 124
6.4.1蜂鸣器 125
6.4.2蜂鸣器如何工作 125
6.5.元器件插曲之十三：三极管及三极管开关 125
6.5.1三极管基础 125
6.5.2三极管的直流放大特性 127
6.5.3三极管的直流增益 128
6.5.4三极管的电流关系式 128
6.5.5三极管开关 129
6.6.实例解读——带声音提示的秒表 130
6.6.1需求分析 130
6.6.2电路设计 130
6.6.3开关抖动的处理 130
6.6.4计时中数字的增加 132
6.6.5软件设计 133
第7章 解剖单片机 136
7.1.单片机的功耗 136
7.1.1运行功耗 137
7.1.2 I/O口驱动功耗 137
7.1.3空闲模式 137
7.1.4待机模式 138
7.2.单片机内部结构 138
7.2.1从I/O口到内部结构 138
7.2.2数据在内部交换 139
7.2.3算术逻辑单元（ALU） 140
7.2.4在μVision中观察寄存器 141
7.3.单片机的程序存储器 142
7.3.1整体结构 143
7.3.2程序下载到哪里 144
7.3.3片内程序存储器 144
7.3.4程序计数器PC 145
7.3.5是片内还是片外程序存储器 145
7.3.6在μVision中观察程序存储器 147
7.4.单片机的数据存储器 149
7.4.1片内数据存储器 149
7.4.2工作寄存器区（00H～1FH） 150
7.4.3位寻址区（20H～2FH） 151
7.4.4开放区（30H～7FH） 153
7.4.5在μVision中观察数据存储器 153
7.5.单片机的特殊功能寄存器 155
7.5.1特殊功能寄存器分布图 155
7.5.2特殊功能寄存器的功能 156
7.5.3特殊功能寄存器的字节操作 158
7.5.4特殊功能寄存器的位操作 158
7.5.5在μVision中观察特殊功能寄存器 159
7.6.应用体验——用取表方式实现流水灯 162
7.6.1取表法 162
7.6.2取表法小结 164
7.6.3体验流水灯 165
7.7.实例解读——直接驱动七段数码管 165
7.7.1需求分析 165
7.7.2电路设计 165
7.7.3软件设计 166
第8章 单片机与汇编指令 168
8.1.汇编语言真面目 168
8.1.1汇编语言与高级语言 169
8.1.2从汇编程序到执行代码 169
8.1.3伪指令 170
8.2.指令的执行 173
8.2.1振荡周期、机器周期、指令周期 173
8.2.2指令的执行 174
8.3.寻址方式 175
8.3.1直接寻址 175
8.3.2间接寻址 175
8.3.3寄存器寻址 176
8.3.4寄存器特征寻址 176
8.3.5立即寻址 177
8.3.6变址寻址 177
8.4.指令分类 177
8.4.1指令概述 177
8.4.2指令的长度 178
8.5.算术运算指令 179
8.5.1加法指令——ADD A，〈src-byte〉 179
8.5.2带进位的加法指令——ADDCA， 〈src-byte〉 180
8.5.3带借位的减法指令——SUBBA，〈src-byte〉 181
8.5.4自增/自减指令——INC 〈byte〉/DEC 〈byte〉 181
8.5.5乘法指令——MUL AB 182
8.5.6 除法指令——DIV AB 183
8.5.7十进制调整指令——DA A 183
8.6.逻辑运算指令 184
8.6.1与操作——ANL〈dest-byte〉，〈src-byte〉 184
8.6.2或操作——ORL〈dest-byte〉，〈src-byte〉 185
8.6.3异或操作——XRL 〈dest-byte〉，〈src-byte〉 186
8.6.4累加器A清0操作——CLRA 186
8.6.5累加器A取反操作——CPLA 187
8.6.6累加器A位移动操作——RL、RLC、 RR、 RRC 187
8.6.7累加器A高低位交换操作——SWAP A 188
8.7.数据装载指令 189
8.7.1片内数据装载指令——MOV〈dest〉， 〈src〉 189
8.7.2数据指针DPTR装载指令—— MOV DPTR， #data16 190
8.7.3堆栈指令——PUSH、 POP 191
8.7.4数据交换指令——XCH、XCHD 194
8.7.5片外数据装载指令——MOVX〈dest〉， 〈src〉 195
8.7.6查表指令——MOVC 〈dest〉，〈src〉 197
8.8.布尔指令 198
8.8.1清0、置1、取反操作——CLR、SETB、 CPL 198
8.8.2布尔逻辑运算指令——ANL、ORL 199
8.8.3位数据装载指令——MOV〈dest-bit〉，〈src-bit〉 200
8.8.4布尔跳转指令——JC、 JNC、JB、 JNB、 JBC 200
8.9.调用子程序指令 201
8.9.1长调用指令——LCALL 201
8.9.2绝对调用指令——ACALL 202
8.9.3返回指令——RET、 RETI 203
8.10.跳转与循环指令 203
8.10.1无条件跳转指令——LJMP、AJMP、 SJMP、 JMP 203
8.10.2条件跳转指令——-JZ、 JNZ 204
8.10.3比较跳转指令——CJNE〈dest-byte〉， 〈src-byte〉， rel 205
8.10.4循环指令——DJNZ〈byte〉，〈rel-addr〉 207
8.10.5无操作指令——NOP 208
8.11.应用体验——七段数码管的串行控制技术 208
8.11.1串行与并行传输 208
8.11.2串行控制七段数码管 209
8.11.3程序设计 210
8.12.实例解读——指令应用（程序）实例 211
8.12.1数据求和 211
8.12.2减法与二进制的二补数 212
8.12.3异或操作指令XRL用于比较寄存器数值 213
8.12.4利用布尔指令产生矩形波信号 214
8.12.5布尔指令应用于控制 215
第3篇 解密 219
第9章 传感器及模拟信号的处理 219
9.1.元器件插曲之十四：运算放大器 219
9.1.1运算放大器基础 220
9.1.2运算放大器的参数 221
9.1.3运算放大器的黄金守则 222
9.2.基础运放电路 223
9.2.1同相放大器 223
9.2.2反相放大器 224
9.2.3跟随器 225
9.2.4向运放进行单电源供电 226
9.3.比较器 226
9.3.1过零比较器 227
9.3.2非过零比较器 227
9.3.3迟滞比较器（施密特触发器） 228
9.4具有运算功能的运放电路 229
9.4.1加法放大器 229
9.4.2单运放差分放大器 230
9.4.3仪表放大器 232
9.5.滤波器 234
9.5.1高通滤波器 234
9.5.2低通滤波器 235
9.5.3带通滤波器 236
9.5.4带阻滤波器 238
9.6.传感器 238
9.6.1压力传感器 239
9.6.2光电传感器 242
9.6.3温度传感器 243
9.7.应用体验——幅频变换 245
9.7.1 MPX4115A压力传感器 245
9.7.2幅频变换器 247
9.8.实例解读——磁场强度的测量 248
9.8.1霍尔传感器与磁场的测量 248
9.8.2线性霍尔传感器3503 248
9.8.3检测电路 250
第10章ADC和DAC 251
10.1.模数转换 251
10.1.1从模拟信号到数字信号 251
10.1.2电平指示器中的ADC 253
10.2.元器件插曲之十五：ADC0804 255
10.2.1管脚名称及功能 255
10.2.2使能控制端 255
10.2.3转换控制端 256
10.2.4时钟信号 256
10.2.5模拟输入电压范围 256
10.2.6转换时间 256
10.2.7接地 257
10.2.8参考电平与分辨率 257
10.3 ADC与单片机 258
10.3.1单片机控制ADC0804 258
10.3.2程序设计 259
10.4.模拟信号的调理 260
10.4.1电平变换电路 260
10.4.2峰值检测器 261
10.4.3绝对值电路 262
10.4.4微分器和积分器 263
10.4.5采样保持电路 264
10.4.6接地问题 266
10.5.数模转换 268
10.5.1数模转换基础 269
10.5.2 DAC0808 269
10.5.3 DAC的程序控制 270
10.6.如何选择ADC 271
10.6.1常用ADC简介 271
10.6.2如何确定位数 273
10.6.3如何确定转换速率 273
10.6.4如何确定是否需要采样保持器 273
10.6.5如何确定工作电压和参考电平 274
10.7.如何选择DAC 274
10.7.1如何确定分辨率 274
10.7.2如何确定线性度 274
10.7.3如何确定转换精度 274
10.7.4如何理解建立时间 275
10.7.5按参数条件选择 275
10.8.应用体验——DAC正弦波发生器 276
10.8.1正弦信号公式 276
10.8.2正弦波发生程序 277
10.9.实例解读——数字温控系统 278
10.9.1系统功能与硬件设计 278
10.9.2程序设计 278
第11章 时间的计算 283
11.1.定时与计数 283
11.1.1什么是定时 283
11.1.2什么是计数 284
11.1.3单片机的Timer 285
11.2.与Timer有关的寄存器 285
11.2.1 Timer实现的延时 285
11.2.2 Timer模式控制寄存器TMOD 286
11.2.3 Timer寄存器 288
11.2.4 Timer控制寄存器TCON 288
11.2.5 Timer用做定时/计数器小结 288
11.3 Timer的工作模式1 289
11.3.1模式1的特点 289
11.3.2模式1的设置 290
11.3.3模式1的计数初始值 291
11.3.4设计模式1的计数初始值 292
11.3.5利用Timer进行长时间定时 294
11.4 Timer的工作模式0 295
11.4.1模式0的特点 295
11.4.2设计模式0的计数初始值 296
11.5 Timer的工作模式2 297
11.5.1模式2的特点 297
11.5.2模式2的设置 298
11.5.3设计模式2的计数初始值 300
11.6 Timer的工作模式3 300
11.6.1模式3的特点 300
11.6.2模式3的设置 301
11.6.3设计模式3的计数初始值 303
11.6.4在μVision中观察Timer 303
11.7.计数器 305
11.7.1计数器的应用 305
11.7.2计数器的设置 306
11.7.3在μVision中操作计数器 307
11.7.4计数器的计数初始值设定 308
11.7.5各种模式下的计数器 308
11.7.6计数脉冲的要求 311
11.7.7 TMOD寄存器的门控位 312
11.8.看门狗 313
11.8.1什么是看门狗 313
11.8.2单片机的内置看门狗 313
11.9.应用体验——“叮咚”门铃 315
11.9.1功能及电路 315
11.9.2“叮咚”声发生程序 315
11.10.实例解读——频率计 318
11.10.1利用计数器设计频率计 318
11.10.2频率计的程序 318
第12章 扫描与显示 322
12.1.扫描多位七段数码管 322
12.1.1动态扫描的原理 323
12.1.2动态扫描操作指南 325
12.1.3动态扫描方式程序 326
12.2扫描键盘 327
12.2.1什么是键盘 327
12.2.2键盘的电路结构 328
12.2.3键盘按键判断程序 329
12.2.4键盘编码器芯片74C922 332
12.3.扫描发光二极管点阵 334
12.3.1显示原理 334
12.3.2发光二极管点阵器件结构 335
12.3.3发光二极管点阵与单片机电路 336
12.3.4点阵显示程序 336
12.3.5点阵屏幕的应用 338
12.3.6点阵应用中的问题 342
12.4液晶屏 344
12.4.1液晶屏的应用 344
12.4.2字符液晶屏 345
12.4.3字符液晶屏显示原理 346
12.4.4单片机与字符液晶屏的接口 347
12.4.5字符液晶屏的控制程序 349
12.4.6图形点阵液晶屏显示原理 352
12.4.7单片机与图形点阵液晶屏的接口 353
12.4.8图形点阵液晶屏的控制程序 355
12.5.应用体验——电子时钟 369
12.5.1功能及电路 369
12.5.2时钟程序 370
12.6.实例解读——带汉字字库的液晶屏 374
12.6.1带汉字字库的液晶屏 375
12.6.2带汉字字库的液晶屏管脚 376
12.6.3单片机与带汉字字库的液晶屏 377
第13章 串行沟通 379
13.1.串行还是并行 379
13.1.1串行与并行的比喻 379
13.1.2串行与并行器件 380
13.2.单片机串行数据交换 381
13.2.1 AT89S51的串行口 382
13.2.2串行流水灯 383
13.2.3串行接收数据 385
13.3.与串行通信有关的寄存器 387
13.3.1串行口缓冲寄存器SBUF 387
13.3.2串行口控制寄存器SCON 387
13.4.串行口工作模式 389
13.4.1模式0 389
13.4.2模式1 390
13.4.3模式2 392
13.4.4模式3 392
13.5.应用体验——双机通信 393
13.5.1双机通信的应用 393
13.5.2双机通信的通信链路 393
13.5.3排队呼叫系统 395
13.6.普通计算机的串行通信口 398
13.6.1计算机串行口 398
13.6.2本机串口实验 400
13.6.3用Visual Basic设计串口通信程序 401
13.7.实例解读——网络密码锁 406
13.7.1串行口电平转换芯片 406
13.7.2单片机与计算机串行通信实验 408
13.7.3网络密码锁 410
第14章 中断的魅力 416
14.1.“打扰”单片机 416
14.1.1外部中断一例 417
14.1.2中断服务的指挥——中断向量表 418
14.2中断的控制及处理 419
14.2.1中断的响应及处理 419
14.2.2中断使能寄存器IE 421
14.3.外部中断0和外部中断1 422
14.3.1外部中断信号输入端—INT0 和—INT1 422
14.3.2外部中断的低电平触发 423
14.3.3外部中断的下降沿触发 424
14.3.4低电平与下降沿触发的区分 426
14.4 Timer 0中断和Timer 1中断 426
14.3.1 Timer和Timer中断 427
14.3.2利用Timer中断作信号发生器 427
14.5.串行通信中断 428
14.5.1串行通信中断应用 429
14.5.2发送中断和接收中断的判断 429
14.6.应用体验——解放了的CPU 431
14.6.1轮询与中断 432
14.6.2中断优先级 433
14.6.3利用Timer中断实现拉幕式显示 436
14.7.实例解读——电子琴 438
14.7.1音符与频率 438
14.7.2电子琴电路设计 439
14.7.3电子琴程序设计 440
第4篇 远航 447
第15章 单片机控制外设的本领 447
15.1.元器件插曲之十六：继电器 447
15.1.1继电器基础知识 448
15.1.2单片机与继电器 448
15.2元器件插曲之十七：红外发光二极管 449
15.2.1红外发光二极管基础知识 450
15.2.2红外发光二极管的应用 450
15.2.3红外计数器 451
15.3.元器件插曲之十八：直流电动机 453
15.3.1直流电动机基础知识 453
15.3.2直流电动机的通断控制 454
15.4什么是PWM（脉宽调制） 454
15.4.1平均电压概念 455
15.4.2 PWM与平均电压 456
15.4.3产生PWM信号的方法 457
15.5.直流电动机的运行控制 459
15.5.1 PWM信号与直流电动机 459
15.5.2直流电动机的转速、转向控制 460
15.5.3单片机控制直流电动机 462
15.5.4直流电动机的全面控制 463
15.6.元器件插曲之十九：步进电动机 466
15.6.1步进电动机基础知识 466
15.6.2步进电动机的种类 467
15.7.步进电动机的运行控制 468
15.7.1步进电动机的控制方法 468
15.7.2步进电动机与单片机 470
15.8.应用体验——用PWM信号控制直流电动机 472
15.8.1 L298驱动直流电动机 473
15.8.2直流电动机控制程序 473
15.9.实例解读——太阳跟随系统 476
15.9.1为了获得最大的太阳光 477
15.9.2系统电路 477
15.9.3程序设计 478
第16章 数据的保存 483
16.1.片内与片外存储器 483
16.1.1为什么要有片内、片外之分 484
16.1.2电子密码锁的片外存储器 484
16.1.3判断片外数据存储器或片外程序存储器 485
16.1.4存储器容量的描述 486
16.1.5存储器组织 487
16.1.6访问速度 488
16.1.7存储器的地址 488
16.2.存储器操作及家族成员 489
16.2.1读存储器与写存储器 489
16.2.2存储器两大家族：RAM和ROM 490
16.3.RAMs 491
16.3.1 RAM家族 491
16.3.2 SRAM的存储单元 491
16.3.3 ASRAM（异步SRAM） 492
16.3.4 SB SRAM（同步爆发式SRAM） 495
16.3.5 Cache存储器（高速缓冲存储器） 496
16.3.6 DRAM的存储单元 496
16.4 ROMs 499
16.4.1 ROM家族 499
16.4.2 Mask ROM 499
16.4.3 PROM 501
16.4.4 UV EPROM 502
16.4.5 EEPROM （E2PROM） 503
16.4.6 Flash 504
16.4.7 Flash存储器与其他存储器的比较 506
16.5.单片机与片外程序存储器 507
16.5.1片外程序存储器 507
16.5.2单片机的—EA/VPP端 508
16.5.3单片机的P0和P2 508
16.5.4单片机的ALE/—PROG端 509
16.5.5单片机的—PSEN端 510
16.6.单片机与片外数据存储器 510
16.6.1片外数据存储器 511
16.6.2 EEPROM作片外数据存储器 511
16.6.3 SRAM作片外数据存储器 514
16.7.应用体验——扩展串行片外数据存储器 515
16.7.1串行EEPROM 516
16.7.2单片机与串行EEPROM接口 516
16.7.3串行EEPROM的启动、停止操作 517
16.7.4串行EEPROM的写操作 518
16.7.5串行EEPROM的读操作 520
16.7.6串行EEPROM的读/写程序 521
16.8.实例解读——GPS（全球卫星定位系统） 527
16.8.1身边的GPS设备 527
16.8.2 GPS模块 528
16.8.3 NMEA协议 529
16.8.4单片机与GPS模块 530
附录A光盘内容介绍 532
附录B 51单片机指令集 533
附录C指令的执行代码表 537
附录D Proteus软件图标命令 544
附录E AT89S51单片机特殊功能寄存器一览表 545
附录F 51单片机汇编程序保留字 554
附录G ASCII码表 557
附录H主流电子元器件生产商网址 561
附录I如何使用Windows计算器进行数制转换 563
附录J钢琴琴键的发音频率 565
附录K常用低容量存储器器件表（RAM、ROM） 567
附录L NMEA协议消息字段含义 569
参考文献 572