内容简介 单片机应用技术是一门实战性很强的学科，结合理论和实践，一边学一边干是最好和最快捷的学习方法。本书从介绍最基础的单片机程序开始，设计了一套以基础知识为主且又能兼顾新的知识点的基于Keil C51的单片机仿真实验议，精心安排了每一个实验范例，并且以汇编和Keil C51为基础编写了相应的程序，可以帮助新手快速上路，同时也能够帮助有经验的工程师及时更新技术以跟上当前的热点。本书随机配套的光盘里还提供了大量的文档和傻瓜化的软件包，非常有助于规范化地训练开发人员。本书实战性强的特点决定了它的读者群，它适合于电子大赛的赛前训练以及大专以上学生的实验，也可培养研究生的动手能力，还适用于渴望快速学习和掌握单片机应用技术的所有人员。
前言 很早以前，我就想组织编写一套适用于单片机初学者学习实战的教材，同时设计与之相应的开发套件，将自己和同事们多年来的学习体会和开发单片机应用项目积累下来的经验告诉大家。在北京航空航天大学何立民教授的鼓励和帮助下，我组织了公司研究所几乎所有的开发人员，他们在不同程度上参与了规划和写作。我们还将继续推出系列特色教材和套件，设计系列基于80C51单片机、32位ARM、CAN局域网、USB、TCP/IP、CPLD及EDA等功能部件的并能及时反映当前热点的开发板。这本书是集体智慧和团队精神合作的结晶，它了却了我多年心愿。这本书的读者对象是已经学过单片机基础的人。对于从来没有接触过单片机的人来说，这本书的难度太大，为此我们将会推出更加浅显、易懂的“Fellow me”及其配套的开发板。 学习单片机入门容易而登堂入室却难，这是很多人一直面临的实际问题。我国普及单片机应用技术已经多年，为何还会遇到这样的问题呢？实际情况是很多学生从大学三年级就开始学习单片机原理、接口技术，为什么到大学毕业时还不能开发项目呢？很多参加工作多年之后的专业人员，如果没有专门参与产品开发，那么尽管已经有多年的工作经历，但对于掌握单片机应用开发技术还是感到茫然。究其原因何在？我认为，尽管单片机及其外围器件品种的变化多端，但万变不离其宗。由于单片机应用开发技术是一门实战性很强的学科，因此关键在于缺乏行之有效的经验总结，即将离散的实践经验上升到知识的程度。到目前为止，整个中国经历了多年的单片机教学和开发，已经积累形成了大量的丰富的80C51单片机应用技术资料库。由于增强型80C51单片机的高速发展，Keil C51高级语言的普及和流行，因此我们编著了本书并开发出配套的“基于Keil C51高级语言的DP—51单片机仿真实验仪”，希望能够帮助更多的人实现自己的愿望。 如果读者掌握了PHILIPS公司的P87LPC764单片机、CAT24WC02串行E2PROM、PCF8563日历时钟芯片、PCF8566/8576 LCD液晶驱动芯片及其傻瓜化的I2C接口通信软件包，那么就可以构成一个完整的解决方案。事实上，目前市场上的IC卡水表、煤气表、复费率电度表、酒店门锁、饮水机、食堂售饭读卡器和IC卡发卡机无一不是使用这一类似的方案组成。由此可以看出，单片机应用开发技术是可以通过寻找规律来将经验总结上升到知识的层次，进而实现搭建自己的单片机软硬件开发平台的目的，也就意味着积累越多开发就越容易。 首先介绍怎样通过阅读本书和结合开发板学习单片机应用开发技术。建议2人组成一个小组，同时最好寻找一位有经验的指导老师。在配套的光盘里并不提供本书的程序源码，目的就是要求读者一行一行地将代码输入，不能偷懒。要知道学习单片机应用技术最重要的是“过程”。如果遇到输入错误或者读者认为原作者的程序不够好，这时最重要的一项工作就是“Debug”。只有通过自己一步一步去调试，才会有学习的乐趣、心得和积累。古人讲的“苦其心志、劳其筋骨”就是这个道理。 本书第1～4章主要介绍硬件的组成、结构及其Keil C51的基本使用知识。关于更详细的Keil C51程序设计请参考本书的姊妹篇《单片机C语言Windos环境编程宝典》（马忠梅、刘滨、戚军编著，北京航空航天大学出版社）。 第5章是本书的重要组成部分。5.1节安排基本I/O口实验的目的就是希望通过做实验帮助读者深入了解、体会指令的基本使用方法和技巧，I/O口的原理及其编程方法，定时器/计数器的基本结构、工作原理及其在定时器和计数器两种方式下的编程方法，单片机的中断组成、中断原理、中断处理过程，外部中断的中断方式及其掌握中断的编程方法。这里我们仅仅使用了十分简单的道具，只用到了几个LED发光二极管和按键，从而能够帮助读者达到使用最简单的程序揭示最复杂问题的机理的目的，达到举一反三的效果。本书一个最大的特点就是很多程序范例都几乎同时提供了汇编和C51程序，这样，读者可以一边学习单片机的汇编程序设计，一边掌握Keil C51程序的设计方法，一举两得。 5.5节深入浅出地介绍了LED数码管的硬件电路原理及其显示程序的设计方法。本节最重要的结果是通过实战提炼了一个标准的LED显示子程序，这可能是读者的软件包中的第一个实用化的子程序模块。 5.6节主要是以一个16×2的点阵字符型LCD液晶显示器为“靶子”展开设计的。在日常的产品设计中将会经常使用LCD点阵型液晶显示器。只要掌握这种类型的字符型LCD显示器的接口及程序设计方法，即便将来的产品中需要用到图形方式的LCD液晶显示器，只要已经有了这样的功底，再细心地看一下产品使用说明书，那么肯定能够做好。 5.7节重点介绍键盘扫描电路及其程序的设计方法。键盘部分具有3大功能：软件去抖动、连击键处理和复合键处理。通过对本节的学习和深入理解，可以肯定，在以后任何项目的设计中所遇到的各种键盘复杂处理问题都难不到读者，一定能够达到势如破竹、所向披靡的效果。 5.8节比较简单，主要是介绍无源蜂鸣器的使用。尽管很简单，但却在很多产品中都要用到。 5.9节重点介绍I2C通信原理及其模拟I2C傻瓜化的软件包。随着技术的不断进步和发展，善于积累和继承他人的优秀成果也是很重要的科研方法和思想，只有这样做才能站得高望得远。已经成熟的东西不值得花时间和心血去做重复劳动，利用现有的成果可以大大地减少无谓的工作，这样，可以让读者有更多的时间和精力去攻关当前项目中的难点。当读者通过当前项目的设计而将难点变成了傻瓜化的软件包的时候，此时得到的不完全是一个软件包的价值，更重要的是读者已经掌握了一种崭新的“设计思想和方法”，这可能是最大的收获。 5.10和5.11节主要是介绍最常用的内置I2C总线串行E2PROM和PCF8563日历时钟芯片的原理、接口技术及其程序设计。这2个单片机外围器件的程序设计主要是继承了5.9节介绍的模拟I2C傻瓜化的软件包。读者突然发现自己即便对I2C总线的通信原理比较模糊，但只要会“套用”我们提供的软件包，即可使用带I2C总线的外围器件。可以想像心里是多么地愉快。此时对于读者来说，最大的想法就是以后设计的重点要放在总结经验和提炼软件包上。 5.12节详细介绍了串行通信技术的接口原理、协议及其程序设计思想，并在配套的产品光盘中给出了经过大量产品设计实战验证过的串行通信傻瓜化的软件包及其上位机驱动程序动态链接库。只要读者掌握VB程序的设计方法，那么调用我们提供的动态链接库设计出来的通信程序与一个经验相当丰富的程序员所达到的效果肯定是一样的。顷刻之间，您已经进入了一个崭新的境界。 5.13节简明扼要地介绍了CAN的基本知识。更详细的CAN局域网原理及其应用技术将在以后的章节专门介绍。 5.14节介绍了一种常用的ISD1400语音模块的原理、接口技术、程序设计和批量录音的方法。在某些场合，如果读者的产品加上了语音报数或者人机交互，效果一定很明显。 5.15节特别地介绍了十分常用的SLE4442 IC卡的原理及其读卡器的设计。这节主要是融合了串行通信软件包和模拟I2C傻瓜化软件包的综合应用设计，这下读者可以“小试牛刀”感受设计项目的成功欲望了。 5.16节详细地介绍了ZLG500A射频IC卡读卡模块的原理与应用。 至于可选件A/D、D/A转换板的原理及其程序设计方法以及步进电机、无刷电机控制板的控制原理及其程序设计方法，由于篇幅的限制就不在本书中介绍，将另行发布。 当读者第一次接手一个项目的设计时，真的不会想到，如果将当前的项目分解来看，几乎都是用上述很多类似器件的功能部件和中间件(功能程序和子程序)所构成的。不难看出，80%的知识点都是惊人地类似，只有20%的知识点是新的。看起来万事万物都离不开80/20这个原则。 通过前一阶段的学习和实战，应该说已经打下了良好的基础，接下来就是提高开发能力和扩大知识面。下面还有3道“拦路虎”在等着读者，读者一定要有信心战胜自己，要不断地学习，经验告诉我们，“学习是成功之母，掌握真正的本领是成功的重要基础”。 下面，读者可以根据自己的兴趣选学或全面学习以下3部分内容。 首先在第6章将会接触到现场总线CAN局域网的知识。目前国内大多数的联网设备还是使用RS—485通信，这还是沿用国外十几年前的技术路线。由于RS—485没有完整的协议规约，无法判断报文发送的对与错等缺陷，目前在国外几乎都遭到了淘汰，因此以发展的眼光来看，未来的中国CAN局域网及其基于CANbus的CANopen和DeviceNET更高层协议一定会得到广泛的应用。针对SJA1000 CAN控制器，我们提供了BasicCAN傻瓜化软件包及CAN组网测试软件，以便读者快速学习CAN技术和组建现场总线CAN局域网。 第7章介绍PHILIPS公司推出的最流行的PDIUSBD12 USB器件的固件编程及上位机驱动程序开发。USB接口是现在和未来的发展趋势，就像串口一样无处不在。请注意随机已经附带了学习源码及其软件包，我们已经为读者下一步的学习和深入探索铺平了道路。如果仅仅想学会使用，那么可以结合本书的基础知识和我们提供的傻瓜化的软件包即可。如果需要掌握其中的奥秘而改写自己的驱动程序以达到更强的功能和更快的传输速度，那么这一步的学习是仍然无法回避的，除非愿意花钱购买一些开发商提供的规范化动态链接库或者规范化源码。关于USB开发技术更加详细的设计原理，请参考本书的姊妹篇《PDIUSBD12 USB固件编程与驱动开发》(周立功等编著，北京航空航天大学出版社)。 RTOS的学习是必须的。第9章主要介绍了Keil Software公司的RTX51 Tiny嵌入式操作系统的原理和应用设计方法。但软件包不是免费的，需要自己购买。当然，也可以将源码公开的μC/OSⅡ嵌入式操作系统移植到开发板中运行。配套的开发板在设计时就考虑到了嵌入式操作系统的学习及应用开发，预留了足够大的Flash和SRAM资源，还可以到http://www.zlgmcu.com网站下载“基于80C51单片机源码公开的Small RTOS”。面向未来，由于32位低功耗、更强的功能、低价格ARM的发展，致使单片机的界限变得十分模糊。作为一个单片机开发工程师，仅仅掌握8位单片机的应用开发技术是远远不够的。如何从8位单片机过渡到32位ARM嵌入式操作系统的应用设计，这是摆在每一个企业和个人面前极其重要而又紧迫的挑战。我认为，如果不下功夫学习甚至解剖一个嵌入式操作系统，即便学习操作系统这门课程考试100分还是无济于事；如果有能力尝试写一个嵌入式操作系统，那怕不完善，只要能够“跑”起来，也说明是真正搞懂了嵌入式操作系统。那么这个时候使用成熟的嵌入式操作系统开发自己的应用程序也就易如反掌。我认为，我们中间的每一个人必须打起12分的精神努力学习，迎头赶上发展的潮流，只有这样我们才能立于不败之地。 通过对本书的学习和实战，虽然有很多的程序可以移植到读者将来的产品设计当中去，但事实上仍然不可能包罗万象解决读者所有的问题。但有一点我敢肯定：我们的方法加上您的汗水确实能够帮助您登堂入室。话又说回来，我们也仅仅是给读者提供了一个可以晋级的阶梯和学习方法。倘若不努力用功，深入探索其中奥秘的话，那也无疑于出入宝山空手而归，还不如当初不花钱买这本书和配套的开发板。如果通过这本书和配套的开发板学到了单片机应用开发技术，那么请给我们来信，让我们共同来分享成功的快乐。对于我来说，这可能是最大的安慰和目标。 尽管从设计到成型历时半年几易其稿，但实际上到现在还没有完全达到我的理想。我们会投入更多的人力和资金将这项工作继续进行下去。除了本书的内容之外，我们还将陆续提供大量的电子文档。在读者购买了DP—51单片机仿真实验仪之后，希望读者将产品出厂代号及其联系方式告诉我们，便于登记注册，并及时将最新的资料通过Email组群发给读者，回信地址：dp51@zlgmcu.com。 参与本书的人员主要有周立功、黄晓清、戚军、朱旻、岳宪臣、尹寒冬、曾成奇、刘养海、刘亚林、刘英斌、黄邵斌、伍仕峰、李政沆、钟伊峰、邹思韵、李仕彬、黄邵跃、李仲生、李洪峰等19人。全书由周立功、黄晓清负责策划和统稿。
在此特别感谢PHILIPS半导体公司亚太区经理华果先生，香港PHILIPS的梅润平、李建业、郭志锐、陈华程、刘俊杰等先生，以及PHILIPS中国的刘忠、杨俊等先生多年来的大力支持和帮助。没有他们的努力，我们肯定不能取得这样的成绩。 感谢北京航空航天大学出版社的大力支持，如果没有他们的帮助和努力，这本书不会这么快出版。 如果读者在阅读本书中有什么问题，或需要技术支持，或需要购买与本书配套的DP—51单片机仿真实验仪，可与我公司直接联系，现将我公司的通信地址列在下面。
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2003年3月25日
目录 第1章 系统概述
1.1 DP—51单片机仿真实验仪的功能特点1
1.2 DP—51单片机仿真实验仪的应用领域2
1.3 DP系列其他开发实验仪简介2
1.3.1 DP—TEST下载实验仪2
1.3.2 DP—51S单片机仿真实验仪4
1.3.3 DP—668单片机与TCP/IP综合仿真实验仪5
1.3.4 DP—MCU/Xilinx单片机与CPLD综合仿真实验仪6
1.3.5 DP—MCU/Altera单片机与CPLD综合仿真实验仪7
1.3.6 DP—Xilinx下载开发实验仪8
1.3.7 DP—Altera下载开发实验仪8 第2章 DP—51硬件结构
2.1 电路布局10
2.2 主要器件10
2.3 应用接口11
2.4 I/O地址分配17
2.5 跳线选择器19 第3章 DP—51快速入门
3.1 Keil C51简介22
3.2 Keil C51软件的安装23
3.2.1 系统要求23
3.2.2 软件的安装24
3.3 μVision2集成开发环境26
3.3.1 μVision2集成工具26
3.3.2 菜单栏命令、工具栏和快捷方式27
3.4 创建第一个Keil C51应用程序33
3.5 程序文件的编译、链接42
3.5.1 编译、链接环境设置42
3.5.2 程序的编译、链接44
3.5.3 调试方法与技巧45
3.6 下载56
3.6.1 如何进入下载状态56
3.6.2 下载状态的存储器模型57
3.6.3 运行DPFlash下载软件57
3.7 调试61
3.7.1 如何进入调试状态61
3.7.2 调试状态的存储器模型61
3.7.3 调试前的准备工作62
3.7.4 实战65
3.8 运行69
3.8.1 如何进入运行状态70
3.8.2 运行状态的存储器模型70
3.8.3 运行程序实例70
3.9 经验总结73 第4章 增加型P8xC5xX2单片机
4.1 概述75
4.1.1 主要特性75
4.1.2 P8xC5xX2单片机的内部结构及其引脚排列76
4.2 时钟振荡器81
4.2.1 时钟控制寄存器(CKCON)82
4.2.2 P8xC5xX2的时钟控制位82
4.3 中断系统83
4.3.1 概述83
4.3.2 中断优先级结构84
4.3.3 中断的处理85
4.3.4 外部中断87
4.4 定时器/计数器88
4.4.1 定时器0和188
4.4.2 定时器291
4.4.3 捕获模式92
4.4.4 自动重装模式(递增/递减计数器)93
4.4.5 波特率发生器模式95
4.4.6 波特率公式汇总96
4.4.7 定时器/计数器2的设置97
4.4.8 可编程时钟输出97
4.5 全双工增强型UART98
4.5.1 标准UART操作98
4.5.2 多机通信98
4.5.3 串行端口控制寄存器(SCON)99
4.5.4 波特率100
4.5.5 更多关于UART的信息100
4.5.6 增强型UART操作107
4.6 低功耗模式109
4.7 复位110
4.8 辅助功能110
4.9 特殊功能寄存器112 第5章 实战范例
5.1 复位电路114
5.2 I/O口115
5.2.1 I/O口简介115
5.2.2 I/O口作为输出口116
5.2.3 I/O口作为输入口122
5.3 定时器/计数器123
5.3.1 定时器/计数器基本常识123
5.3.2 定时器/计数器当定时器使用126
5.3.3 定时器/计数器0当计数器使用132
5.3.4 定时器/计数器当波特率发生器使用136
5.4 外部中断140
5.4.1 外部中断源介绍140
5.4.2 外部中断的控制与操作140
5.4.3 外部中断的应用142
5.4.4 外部中断源的扩展145
5.5 LED显示器146
5.6 LCD点阵字符型液晶显示器153
5.6.1 点阵字符型LCD简介153
5.6.2 TC1602A液晶显示器的应用156
5.7 键盘扫描163
5.7.1 软件去抖动处理165
5.7.2 连击的处理165
5.7.3 复合键166
5.7.4 串键167
5.8 蜂鸣器187
5.9 I2C总线及其傻瓜化的软件包188
5.9.1 I2C总线的基本原理188
5.9.2 模拟I2C总线汇编程序软件包192
5.9.3 特殊应用情况198
5.9.4 模拟I2C总线C51程序软件包199
5.10 串行E2PROM206
5.10.1 概述206
5.10.2 引脚描述207
5.10.3 串行E2PROM芯片的寻址207
5.10.4 写操作方式209
5.10.5 读操作方式211
5.10.6 硬件电路分析213
5.11 PCF8563实时时钟217
5.11.1 实时时钟PCF8563简介217
5.11.2 PCF8563的基本原理218
5.11.3 PCF8563实现的数字钟225
5.12 RS—232串行通信228
5.12.1 串行通信基础228
5.12.2 单片机之间的通信229
5.12.3 80C51单片机与PC机异步串行通信硬件电路设计248
5.12.4 通信协议249
5.12.5 PC机通信程序设计256
5.12.6 小结266
5.13 CAN基本知识266
5.13.1 CAN简介266
5.13.2 CAN特性267
5.13.3 CAN节点简单应用268
5.13.4 CAN控制器SJA1000简介268
5.13.5 SJA100引脚及其功能270
5.13.6 高速发送接收器TJA1050概述271
5.13.7 TJA1050的引脚功能及其描述272
5.14 ISD1400系列语音模块273
5.14.1 ISD1400概述273
5.14.2 引脚及其功能描述274
5.14.3 ZY1420语音模块275
5.14.4 ZY1420A语音模块的应用277
5.15 SLE4442逻辑加密存储IC卡281
5.15.1 SLE4442 IC卡概述281
5.15.2 传送协议282
5.15.3 SLE4442 IC卡的应用284
5.16 ZLG500A读卡模块的原理与应用288
5.16.1 Mifare1卡简介288
5.16.2 ZLG500A读卡模块288 第6章 MON—51入门知识
6.1 软硬件环境要求297
6.2 冯诺伊曼结构的code/xdata存储器297
6.3 MON—51的配置298
6.3.1 配置的方法298
6.3.2 配置文件的设置300
6.4 MON—51的预备程序303
6.5 故障诊断304 第7章 现场总线CAN局域网
7.1 CAN控制器SJA1000的应用305
7.1.1 内部寄存器的具体配置306
7.1.2 各寄存器功能介绍309
7.2 硬件原理分析319
7.3 设计要点320
7.4 程序说明321
7.4.1 汇编源程序321
7.4.2 C51源程序330
7.5 应用实例341
7.5.1 设计要求341
7.5.2 设计思路341
7.5.3 设计方法341
7.5.4 CAN现场调试方法345 第8章 USB入门知识
8.1 USB简介354
8.2 USB协议 (1.1版)354
8.2.1 USB系统构成354
8.2.2 USB设备的枚举过程355
8.2.3 USB的PID356
8.2.4 USB标准设备请求357
8.2.5 USB设备的描述符360
8.3 PDIUSBD12器件的应用363
8.3.1 PDIUSBD12器件特性363
8.3.2 器件功能描述364
8.3.3 引脚功能介绍366
8.4 USB编程方法368
8.4.1 PDIUSBD12的读/写操作方法369
8.5 程序模块377
8.5.1 编程思想377
8.5.2 程序模块378 第9章 RTX51 Tiny操作系统
9.1 RTX51简介390
9.2 要求和定义396
9.3 创建RTX51 Tiny应用程序397
9.4 RTX51 Tiny的系统函数399
9.5 系统调试405
9.5.1 堆栈管理405
9.5.2 用dScope—51调试405
9.6 应用实例407
9.6.1 RTX_EX1： 第一个RTX51程序407
9.6.2 RTX_EX2： 一个简单的RTX51应用408
9.6.3 TRAFFIC交通灯控制器411附录A如何测试通用仿真器421
附录B如何挑选测试HOOKS技术仿真器424
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