51单片机原理与应用案例教程（C51编程）

第1章案例目标1单片机的认知

1.1单片机概述

1.1.1单片机组成及其特点

1.1.2单片机分类

1.1.3几种教学中常见单片机的区别

1.2单片机的应用

1.3单片机的历史与发展

1.4常见单片机

1.5STC系列单片机

习题与思考题

第2章51单片机结构体系

2.1案例目标2单片机的内核

2.1.151单片机的引脚功能

2.1.251单片机的硬件结构

2.1.351单片机的存储器

2.1.451单片机的时钟与复位

2.2案例目标3单片机最小系统的硬件设计

2.2.1单片机最小系统原理图

2.2.2单片机最小系统原理图讲解

2.2.3单片机最小系统元器件清单

2.2.4单片机最小系统实物图

2.2.5单片机最小系统注意事项

2.2.6单片机最小系统电子元器件

2.2.7电子元器件的焊接

习题与思考题

第3章51单片机C51程序设计

3.1案例目标4Keil μVision4软件的运用

3.1.1Keil μVision4软件简介

3.1.2Keil μVision4软件安装

3.1.3Keil μVision4案例目标的实现

3.2案例目标5STCISP V6.83程序下载软件的使用

3.2.1软件安装及主要功能介绍

3.2.2STC下载软件案例目标的实现

3.2案例目标6Proteus仿真软件的运用

3.3.1软件功能简介与安装

3.3.2Proteus仿真软件案例目标的实现

3.4案例目标7单片机中常用C语言知识

3.4.1C51程序设计基础

3.4.2C51语言的函数

习题与思考题

第4章案例目标851单片机并行I/O端口的灵活运用

4.1并行I/O口的结构及工作原理

4.1.1P0口(32脚~39脚)结构及工作原理

4.1.2P1口(1脚~8脚)结构及工作原理

4.1.3P2口(21脚~28脚)结构及工作原理

4.1.4P3口(10脚~17脚)结构及工作原理

4.2并行I/O口C51编程

4.2.1流水灯案例目标的实现

4.2.2蜂鸣器案例目标的实现

4.2.3继电器案例目标的实现

习题与思考题

第5章数码管显示与键盘检测

5.1案例目标9数码管显示的具体实现

5.1.1数码管显示原理

5.1.2数码管静态显示应用举例

5.1.3数码管动态显示应用举例

5.1.4数码管案例目标的实现

5.2案例目标10利用数码管显示按键值

5.2.1独立键盘检测应用举例

5.2.2矩阵键盘检测应用举例

5.2.3键盘检测案例目标的实现

习题与思考题

第6章案例目标11带有紧急情况处理的交通灯控制系统设计

6.1中断系统概述

6.1.1基本概念

6.1.251系列单片机中断源

6.1.351系列单片机中断请求标志寄存器

6.1.4中断允许与中断优先级的控制

6.2外部中断案例目标的实现

6.3外部中断及应用举例

习题与思考题

第7章案例目标12基于数码管的电子时钟显示

7.1定时器简介

7.1.1定时器的结构

7.1.2定时器/计数器控制寄存器

7.251单片的机定时器/计数器T0和T1的控制

7.2.1定时器/计数器对输入信号的要求

7.2.2方式0

7.2.3方式1

7.2.4方式2

7.2.5方式3

7.3STC89C52的定时器/计数器应用举例

7.3.1应用步骤和初值设定方法

7.3.2应用实例的描述

7.4定时器/计数器案例目标的实现

习题与思考题

第8章案例目标13单片机的双机通信

8.1串行通信基础

8.1.1串行通信线路形式

8.1.2异步通信和同步通信

8.2串行口结构描述

8.2.1串行接口的结构

8.2.2串行接口的控制寄存器

8.3波特率的设定与定时器的关系

8.4串行口的工作方式与典型应用举例

8.5串行口案例目标的实现

习题与思考题

第9章51单片机扩展与接口技术

9.1案例目标14可调数字时钟显示

9.1.1LCD1602液晶应用举例

9.1.2LCD1602液晶应用实例

9.1.3LCD12864液晶应用举例

9.1.4LCD12864液晶显示举例

9.1.5LCD液晶案例目标的实现

9.2案例目标15基于光敏电阻的LCD电压采集显示系统

9.2.1ADC0804转换器应用举例

9.2.2DAC0832转换器应用举例

9.2.3A/D案例目标的实现

9.3案例目标16基于DS18B20芯片的数字温度计设计

9.3.1串行单总线扩展技术

9.3.2串行总线技术案例目标的实现

9.4案例目标17基于I2C总线的AT24C02芯片读/写操作

9.4.1I2C串行总线技术

9.4.2I2C串行总线案例目标的实现

9.5案例目标18基于TLC549 A/D的光敏电阻密码锁设计

9.5.1SPI串行总线技术

9.5.2SPI串行总线案例目标的实现

9.6案例目标19直流电动机调速控制系统的设计

9.7案例目标20步进电动机正反转角度控制的设计

9.8案例目标21舵机方向角度控制的设计

习题与思考题

第10章案例目标22利用STC15F2K60S2单片机点亮小灯并实现

在线调试功能

10.1STC15F2K60S2单片机特点

10.2STC15F2K60S2单片机最小系统设计与应用举例

10.3STC15F2K60S2单片机案例目标的实现

第11章8个步骤精通综合应用实例设计

11.1基于CH452控制芯片的键盘及数码管驱动设计

11.1.1CH452简介

11.1.2案例设计

11.2多功能密码锁的设计

11.3超声波测距的设计

11.3.1超声波原理

11.3.2案例设计

11.4光敏电阻逐光随动系统的设计

11.5SIM900手机模块的应用设计

11.5.1SIM900简介

11.5.2案例设计

11.6直流电动机调速系统的设计

11.6.1利用PCA/PWM功能实现PWM控制

11.6.2案例设计

11.7基于NRF905无线数据传输设计

第12章科技竞赛获奖作品交流

12.1多功能语音控制智能盲人拐杖助手设计

12.2基于触摸屏的多功能水族箱设计

12.3基于GSM手机户外点阵控制系统设计

12.4智能实验室远程无线监管系统设计

12.5基于红外传感器的无弦电子琴设计

12.6婴儿发烧尿床呵护系统的设计

12.7开展科技创新活动与科技竞赛的探析

附录A常用字符与ASCII代码对照表

附录B液晶标准字符库

附录C单片机最小系统及开发板实物图

参考文献

2100433B

本书以8051单片机为主线，以工程项目和科技竞赛为实例背景，按照案例驱动教学模式，由浅入深地讲述了51单片机的硬件结构、C51语言编程方法、单片机内部资源、单片机应用系统的接口设计、STC系列最新单片机、综合应用设计以及科技竞赛研究成果，并介绍了相应的开发工具。

第1章　8051单片机与KeilC51基础1

1.1 8051单片机的存储器组织结构 1

1.2 Keil C51开发工具6

1.3 C51简单编程与调试 6

第2章　C51程序设计基础16

2.1 标识符与关键字 16

2.2 C51程序设计的基本语法 18

2.2.1 数据类型 18

2.2.2 常量 20

2.2.3 变量及其存储模式 22

2.2.4 用typedef重新定义数据类型 25

2.2.5 运算符与表达式 26

2.3 C51程序的基本语句 39

2.3.1 表达式语句 39

2.3.2 复合语句 40

2.3.3 条件语句 41

2.3.4 开关语句 43

2.3.5 循环语句 45

2.3.6 返回语句 50

2.4函数 51

2.4.1 函数的定义 51

2.4.2 函数的调用形式 54

2.4.3 对被调用函数的说明 54

2.4.4 函数的参数与返回值 56

2.4.5 实际参数的传递方式 58

2.4.6 函数的递归调用与再入函数 59

2.4.7 中断函数与寄存器组定义 60

2.5 函数变量的存储方式 62

2.5.1 局部变量与全局变量 62

2.5.2 变量的存储种类 64

2.5.3 函数的参数和局部变量的存储器模式 68

2.6 数组 69

2.6.1 数组的定义与引用 69

2.6.2 字符数组 70

2.6.3 数组作为函数的参数 73

2.7 指针 76

2.7.1 指针与地址 76

2.7.2 指针变量的定义 77

2.7.3 指针变量的引用 79

2.7.4 指针变量作为函数的参数 80

2.8 数组的指针 81

2.8.1 用指针引用数组元素 81

2.8.2 字符数组指针 83

2.8.3 指针的地址计算 84

2.9 函数型指针 86

2.10 返回指针型数据的函数 88

2.11 指针数组与指针型指针 89

2.11.1 指针数组 89

2.11.2 指针型指针 92

2.11.3 抽象型指针 94

2.12 结构体、联合体与枚举 95

2.12.1 结构体变量的定义与引用 95

2.12.2 结构体变量的初值 98

2.12.3 结构体数组 99

2.12.4 结构体型指针 100

2.12.5 将结构体作为函数的参数 101

2.12.6 将结构体型指针作为函数的参数 103

2.13 联合体变量的定义与引用105

2.14 枚举变量的定义与引用 109

2.15 预处理器 110

2.15.1 不带参数的宏定义 111

2.15.2 带参数的宏定义 112

2.15.3 文件包含 114

2.15.4 条件编译 114

2.15.5 其他预处理命令 117

第3章　Vision4集成开发环境 118

3.1 Vision4的下拉菜单 120

3.1.1 File菜单 121

3.1.2 Edit菜单 122

3.1.3 View菜单 126

3.1.4 Project菜单 128

3.1.5 Flash菜单 139

3.1.6 Tools菜单 139

3.1.7 SVCS菜单 141

3.1.8 Window菜单 142

3.1.9 Help菜单 142

3.2 Vision4中的调试器 143

3.2.1 Debug状态下窗口分配与View菜单 145

3.2.2 通过Debug菜单进行程序代码调试 150

3.2.3 通过Peripherals菜单观察仿真结果 156

3.3 Vision4的调试命令 157

3.3.1 显示和更新存储器内容命令 159

3.3.2 程序执行控制命令 163

3.3.3 断点管理命令 166

3.3.4 其他通用命令 169

3.4 Vision4的表达式 178

3.4.1 表达式的组成 178

3.4.2 Vision4表达式与C语言表达式之间的差别 183

3.4.3 Vision4表达式应用举例 183

3.5 Vision4的函数 186

3.5.1 内部函数 187

3.5.2 用户函数 192

3.5.3 信号函数 194

3.5.4 Vision4函数与C51函数的差别 196

第4章　C51编译器 197

4.1 C51编译器简介 197

4.2 C51编译器控制命令详解 200

4.2.1 源控制命令 200

4.2.2 列表控制命令 203

4.2.3 目标控制命令 208

4.3 Keil C51编译器对ANSIC的扩展235

4.3.1 存储器类型与编译模式 235

4.3.2 关于bit，sbit，sfr，sfr16数据类型 237

4.3.3 一般指针与基于存储器的指针及其转换 241

4.3.4 C51编译器对ANSIC函数定义的扩展 242

4.4 C51编译器的数据调用协议 249

4.4.1 数据在内存中的存储格式 249

4.4.2 目标代码的段管理 250

4.5 C51编译器的特殊支持 252

4.5.1 Analog Device公司的Aduc8xxB2系列 253

4.5.2 Atmel 89x8252及衍生产品 253

4.5.3 Dallas 80C320/420/520/530 254

4.5.4 Dallas 80C390/400/5240及衍生产品 254

4.5.5 Infineon 80517/509/537及衍生产品 255

4.5.6 NXP 8xC750/751/752 256

4.5.7 NXP 8xC51Mx 256

4.5.8 NXP和AtmelWM系列的双数据指针 256

4.6 用户配置文件 257

4.6.1 启动代码文件 257

4.6.2 变量初始化文件 259

4.6.3 基本I/O函数文件 260

4.6.4 分组配置文件 261

4.7 与汇编语言程序的接口 262

4.8 与PL/M51程序的接口272

4.9 绝对地址访问 273

4.9.1 采用扩展关键字“_at_”或指针定义变量的绝对地址 273

4.9.2 采用预定义宏指定变量的绝对地址 274

4.9.3 采用链接定位控制命令指定变量的绝对地址 275

4.10 C51的库函数 276

4.10.1 字符函数CTYPE.H 277

4.10.2 标准I/O函数STDIO.H 283

4.10.3 字符串函数STRING.H 291

4.10.4 标准函数STDLIB.H 299

4.10.5 数学函数MATH.H 305

4.10.6 绝对地址访问ABSACC.H 312

4.10.7 内部函数INTRINS.H 313

4.10.8 变量参数表STDARG.H 317

4.10.9 全程跳转SETJMP.H318

4.10.10 计算结构体成员的偏移量STDDEF.H 319

4.10.11 创建测试条件ASSERT.H 319

第5章　A51宏汇编器321

5.1 符号与表达式 323

5.2 汇编伪指令 327

5.2.1 段控制指令 328

5.2.2 符号定义指令 331

5.2.3 存储器初始化指令 334

5.2.4 存储器保留指令 335

5.2.5 过程声明指令（仅用于Ax51） 336

5.2.6 程序链接指令 338

5.2.7 地址控制指令 339

5.2.8 其他指令 340

5.3 宏处理器 340

5.3.1 标准宏处理器 341

5.3.2 嵌套宏定义 344

5.3.3 宏调用 345

5.3.4 C宏处理器349

5.3.5 MPL宏处理器 351

5.3.6 MPL函数 353

5.3.7 MPL条件处理函数 357

5.3.8 MPL字符串处理函数 360

5.4 汇编控制命令 362

5.4.1 汇编控制命令详解 363

5.4.2 条件汇编命令 371

第6章　BL51/Lx51链接定位器与实用工具 375

6.1 BL51/Lx51的链接定位方式375

6.1.1 链接定位中的数据段处理 375

6.1.2 链接定位器的引用 378

6.1.3 应用程序在存储器空间中的定位 379

6.1.4 数据覆盖 381

6.1.5 代码分组 383

6.1.6 分组配置 385

6.2 链接定位控制命令详解 393

6.2.1 列表文件控制命令 393

6.2.2 输出文件控制命令 397

6.2.3 段与存储器定位控制命令 401

6.2.4 高级语言控制命令 418

6.3 符号转换工具 425

6.3.1 Intel HEX文件格式与符号转换工具 425

6.3.2 引用符号转换工具OH51/OHX51 426

6.3.3 引用分组目标文件转换工具OC51 428

6.4 库管理器LIBx51 428

第7章　RTX51实时多任务操作系统432

7.1 RTX51一般介绍 432

7.2 RTX51技术参数 437

7.3 使用RTX51TINY的要求和限定 439

7.4 RTX51 TINY的任务管理 440

7.5 RTX51 TINY的配置 442

7.6 RTX51 TINY的系统函数 444

7.7 RTX51 TINY应用系统调试 449

第8章　8051单片机片内资源的C51应用

编程 464

8.1 编写C51应用程序的基本原则 464

8.2 C51应用中的一些常见问题与解决方法 465

8.3 8051单片机中断系统应用编程 468

8.3.1 外部中断源扩展 468

8.3.2 中断嵌套 470

8.4 8051单片机定时器/计数器应用编程473

8.4.1 定时器方式应用 474

8.4.2 计数器方式应用 478

8.6 8051单片机串行口应用编程 483

8.6.1 8051串行口实现串/并转换应用编程 483

8.6.2 8051串行口的通信方式应用编程 487

8.7 P89C51RD2单片机片内FLASH在应用中编程的C51驱动程序 504

8.8 80C552单片机内部A/D转换器的C51驱动程序 517

8.8.1 80C552单片机简介 517

8.8.2 80C552内部ADC的应用 519

8.8.3 使用80C552内部ADC的C51驱动程序523

第9章　8051单片机片外扩展的C51应用编程 529

9.1 LED数码管显示接口应用编程 529

9.1.1 软件译码和动态扫描的LED数码管显示接口应用编程 530

9.1.2 8位共阴极LED数码管驱动器MAX7219应用编程 532

9.2 非编码矩阵键盘接口应用编程 538

9.2.1 采用8155实现的矩阵键盘及数码管显示接口应用编程 539

9.2.2 采用8279实现的矩阵键盘及数码管显示接口应用编程 544

9.3LCD液晶模块显示接口应用编程 550

9.3.1 点阵字符型LCD显示接口应用编程 551

9.3.2 12864点阵图型LCD显示接口应用编程562

9.3.3 内置T6963C控制器的点阵图型LCD显示接口应用编程 570

9.4 D/A与A/D转换接口应用编程 580

9.4.1 DAC0832转换接口应用编程 581

9.4.2 串行接口DAC芯片MAX517应用编程 584

9.4.3 ADC0809转换接口应用编程 588

9.4.4 ICL7135转换接口应用编程 592

9.4.5 串行接口ADC芯片TLC549应用编程 596

9.5 单片机I2C总线扩展应用编程 600

9.5.1 I2C总线简介 600

9.5.2 I2C总线通用驱动程序 603

9.5.3 I2C接口器件24C04的读/写程序 606

9.6 8051单片机存储器扩展与测试应用编程 610

9.6.1 测试8051应用系统总线与扩展存储器的C51驱动程序 610

9.6.2 8051扩展FLASH存储器在系统编程的C51驱动程序 613

第10章　KeilC51综合应用编程实例626

10.1 有关C51编程的若干实际应用技巧626

10.2 C51与汇编语言混合编程与生成应用库文件 632

10.2.1 C51与汇编语言混合编程 632

10.2.2 在Vision4中生成应用库文件 634

10.3 在Vision4中应用硬件目标板 635

10.3.1 带MON51监控程序的硬件目标板 636

10.3.2 带FLASHMON51监控程序的硬件目标板 640

10.4 红外遥控系统设计 642

10.4.1 功能要求 642

10.4.2 硬件电路设计 642

10.4.3 软件程序设计 643

10.5 简易电子琴设计650

10.5.1 功能要求 650

10.5.2 硬件电路设计 650

10.5.3 软件程序设计 650

10.6 带农历的电子万年历设计655

10.6.1 功能要求 655

10.6.2 硬件电路设计 655

10.6.3 软件程序设计 658

10.7 电子密码锁设计671

10.7.1 功能要求 671

10.7.2 硬件电路设计 671

10.7.3 软件程序设计 671

10.8 DS18B20多点温度监测系统设计 687

10.8.1 功能要求 687

10.8.2 硬件电路设计 688

10.8.3 软件程序设计 692

10.9 STH11数字温-湿度测量系统设计 700

10.9.1 功能要求 700

10.9.2 硬件电路设计 700

10.9.3 软件程序设计 704

10.10 单片机SD卡读/写接口设计 710

10.10.1 功能要求 710

10.10.2 硬件电路设计 710

10.10.3 软件程序设计 712

附录AKeilC51与ANSI C的差别 717

附录BKeilC51不同版本的差别 719

附录C　代码优化723

附录DC51编译器的限制 726

附录E　关于配套光盘及硬件目标板727

参考文献 728

德国Keil公司*推出的C51编译器是一种符合工业标准的8051 C语言开发工具，在业界获得了广泛应用，被公认为是最有效的单片机开发手段之一。Keil公司于2010年推出了全新的开发环境Vision4，其中集成了V9.00版本的C51编译器、Debug调试器、RTX51 Tiny实时操作系统等，全面支持8051单片机主流产品及其众多的派生系列。

Keil C51编译器具有如下优点。

（1）经过优化编译后生成的代码，其效率接近于汇编语言生成的代码。

（2）支持所有8051系列单片机，提供对所有外围硬件部件的操作。

（3）无论在有无工作寄存器区转换的情况下，都能产生快速中断代码。

（4）支持Atmel，Dallas，Infineon，Philips和Temic等公司8051衍生产品上的双数据指针及高速算术单元（arithmeticunits）。

（5）能够在整个应用程序中执行全局寄存器优化。

（6）所有应用工具均可产生详细警告信息和错误信息，帮助用户处理难以寻找的问题。

（7）支持再入功能和寄存器区的独立代码，便于中断服务程序和多任务应用程序的执行。

（8）采用分组方式执行代码分组和调试，用户程序代码可以轻松突破64KB空间的限制。

全新集成开发环境Vision4具有强大的项目管理功能，包括源程序文件、开发工具选项以及编程说明等。Vision4内部集成了一个器件数据库（devicedatabase），其中储存了各种型号单片机的片上存储器和集成外围功能信息，通过器件数据库可以自动设置C51编译器、A51汇编器、BL51/Lx51连接定位器、Debug调试器等开发工具的功能选项，充分满足用户使用特定单片机的要求。集成仿真调试功能允许在统一的Vision4环境下进入Debug调试器，提供纯软件模拟仿真（Simulator）和多种硬件驱动调试。Simulator可以在没有单片机硬件的条件下在PC上用纯软件模拟方式完成单片机应用程序仿真调试，硬件驱动Monitor-51可以将带有MON51监控程序的硬件目标板与Vision4无缝连接，直接对目标板进行仿真调试而无须采用昂贵的硬件仿真器。

本书完整地阐述了Keil C51开发工具的功能和使用方法，力求先进性和实用性，给出了大量具体应用实例，不仅介绍了Keil C51自带Simulator软件模拟仿真调试方法，还介绍了Keil C51与Proteus软件联机，实现8051单片机在线虚拟仿真调试方法，同时对广大读者所关心的利用MON51监控程序设计自己硬件目标板的方法做了详细介绍，并在随书光盘中给出了硬件目标板的电路原理图。

全书共分10章：

第1章阐述8051单片机存储器结构，以及在Vision4集成开发环境下进行C51程序设计和编译调试的基本方法。

第2章阐述C51程序设计基础知识，详细介绍C51的数据类型、基本语法、变量及其存储模式、函数、数组与指针等。

第3章阐述Vision4集成开发环境，详细介绍了工作环境、目标程序的仿真调试以及各种应用选项的设置方法。

第4章阐述Keil C51编译器，介绍了各种编译控制命令、数据调用协议，给出了全部C51库函数及其应用范例。

第5章阐述A51宏汇编器，介绍了各种汇编伪指令、宏处理以及汇编控制命令。

第6章阐述BL51/Lx51链接定位器与实用工具，详细介绍了各种链接控制命令、符号转换工具OH51、库管理工具LIB51的使用方法。

第7章阐述RTX51实时多任务操作系统，介绍了RTX51 TINY的功能和使用方法。

第8章阐述8051单片机片内资源的C51应用编程，介绍了C51编程的基本原则、常见问题与解决方法，给出了中断系统、定时器/计数器、串行口、片内FLASH IAP等资源的具体应用实例。

第9章阐述8051单片机片外扩展的C51应用编程，给出了LED数码管、非编码矩阵键盘、点阵字符型和点阵图型LCD、D/A及A/D转换、I2C总线扩展、外部存储器扩展等具体应用实例。

第10章阐述Keil C51综合应用编程，介绍了C51编程的若干实际应用技巧，C51与汇编语言混合编程方法以及如何在Vision4中应用硬件目标板，给出了红外遥控系统、简易电子琴、带农历的电子万年历、电子密码锁、DS18B20多点温度监测系统、STH11数字温-湿度测量系统、单片机SD卡读写接口等大量综合应用实例。2100433B