本书从微控制器应用开发的角度出发，以80C51系列微控制器为背景，介绍其硬件结构和原
理、指令系统及汇编语言程序设计、中断系统和定时/计数器、串行通信技术、C51程序设计入门、
微控制器常用接口技术、微控制器应用系统设计与开发技术。
本书为微控制器技术初学人员轻松入门微控制器应用而编写，全书共分为8章：前6章为基
础应用篇，后2章为扩展提高篇。在内容的选取、编排上根据学生的认知能力，循序渐进，注重
学生对应用性知识的理解与掌握，讲述翔实，案例充实。每章都有学习重点及难点、小结，以及
题型丰富的自测题。附录中还提供了完整的单片机指令表、微控制器学习和应用的常用网站等资
料，以帮助读者获得基本的微控制器应用开发能力，尽快掌握微控制器开发技术。
本书适合作为高职高专院校信息技术类、电类计算机应用、自动控制、电气电子、机械等工
科专业的教材，也可作为相关专业及工程技术人员的参考用书。

微控制器以成本低、功能强、简单易学、使用方便等独特的优势，在智能仪表、工业测控、
数据采集、计算机通信等各个领域得到了极为广泛的应用。目前，微控制器开发技术已经成为电
子信息、自动化、通信、电气、机电一体化、计算机应用等专业学生、相关专业技术人员必须掌
握的技术。
本书选材按照高职“必需，够用”为度的原则，从实用的角度，采用阶梯化、模块化结构。知
识点描述力求循序渐进，清晰易懂，便于教学和自学。书中提供许多可供实用的电路和程序，且都
给出详细的硬件电路图和完整的参考程序，便于学生得到从硬件设计到软件编程的完整训练，尽快
掌握微控制器应用系统的开发技术。本书针对微控制器课程理论性和实践性都很强但不同院校实验
条件和设备又不尽相同的现状，注重基础知识和理论，引入Proteus 仿真软件进行应用系统的仿真
调试，融“教、学、做”于一体，帮助学生理解微控制器应用系统硬件电路的构成和程序的编写，
以达到提高微控制器知识的综合应用能力。
本书为微控制器技术初学人员轻松入门微控制器应用而编写，全书共分为 8 章：前 6 章为基础
应用篇，后 2 章为扩展提高篇。全书以 80C51系列微控制器为背景，介绍其硬件结构和原理、指令
系统及汇编语言程序设计、中断系统和定时/计数器、串行通信技术、C51 程序设计入门、微控制器
常用接口技术、微控制器应用系统设计与开发技术。每章都有学习重点及难点、小结，以及题型丰
富的自测题。附录中还提供了完整的单片机指令表、微控制器学习和应用的常用网站等资料，以帮
助读者获得微控制器应用开发的基本能力，尽快掌握单片机应用系统的开发技术。
本书由陕西工业职业技术学院刘喜勋、刘璟任主编，姜庆伟任副主编，全书由刘喜勋负责统
稿和定稿。具体编写分工如下：刘喜勋编写第1～4章，姜庆伟编写第5章、第6章，刘璟编写
第7章、第8 章及附录。
在编写本书的过程中我们走访了大量的企业一线工程技术人员，听取了很多宝贵意见和建议，
在此深表感谢。虽然我们做了很多努力，但是由于水平有限，书中难免存在疏漏与不妥之处，敬请
广大同行和读者不吝指正，以便我们及时改进。
编 者
2016年4月

基础应用篇
第1章 基础知识.........................................................................................................1
1.1 微控制器简介................................................................................................................... 1
1.1.1 微型计算机的组成............................................................................................... 1
1.1.2 微控制器的定义................................................................................................... 2
1.1.3 微控制器的发展历程及应用................................................................................ 2
1.2 计算机中数据的表示........................................................................................................ 5
1.2.1 进位计数制及其转换............................................................................................ 5
1.2.2 常用名词术语及字符的表示................................................................................ 8
1.3 微控制器应用系统........................................................................................................... 9
1.3.1 微控制器的硬件系统............................................................................................ 9
1.3.2 微控制器的软件系统.......................................................................................... 10
1.3.3 微控制器开发时用到的程序设计语言............................................................... 10
1.4 微控制器应用开发软硬件准备...................................................................................... 11
1.4.1 微控制器应用开发硬件准备.............................................................................. 11
1.4.2 微控制器应用开发编程软件 Keil µVision4 介绍................................................ 11
小结....................................................................................................................................... 17
自测题.................................................................................................................................... 17
第2章80C51系列微控制器硬件结构和原理..............................................................19
2.1 用 80C51 微控制器控制 LED 灯闪烁............................................................................. 19
2.1.1 80C51的引脚定义及功能................................................................................... 19
2.1.2 实例分析............................................................................................................. 21
2.2 80C51 微控制器的存储器结构....................................................................................... 22
2.2.1 程序存储器......................................................................................................... 23
2.2.2 数据存储器......................................................................................................... 23
2.3 80C51 微控制器的结构.................................................................................................. 26
2.3.1 80C51的结构框图.............................................................................................. 26
2.3.2 CPU 结构 ............................................................................................................ 28
2.3.3 位（布尔）处理器............................................................................................. 30
2.4 延时时间的计算............................................................................................................. 30
2.4.1 振荡电路和时钟电路.......................................................................................... 30
2.4.2 CPU 时序 ............................................................................................................ 31
2.5 80C51 微控制器并行 I/O 接口及设计要求..................................................................... 33
2.5.1 P0口的内部结构与运作..................................................................................... 34
目 录>>>
Contents
| 2 微控制器原理与应用 >>>
2.5.2 P1口的内部结构与运作..................................................................................... 35
2.5.3 P2口的内部结构与运作..................................................................................... 35
2.5.4 P3口的内部结构与运作..................................................................................... 36
2.5.5 并行 I/O接口的应用要求................................................................................... 36
2.6 微控制器的复位电路及最小系统................................................................................... 37
2.6.1 微控制器的复位电路.......................................................................................... 37
2.6.2 80C51微控制器最小系统的构成....................................................................... 38
2.7 微控制器的运行模式...................................................................................................... 38
2.7.1 微控制器低功耗运行模式.................................................................................. 38
2.7.2 一款微控制器的掉电保护电路.......................................................................... 39
小结....................................................................................................................................... 39
自测题.................................................................................................................................... 40
第3章80C51的指令系统...........................................................................................43
3.1 基本概念和指令格式...................................................................................................... 43
3.1.1 基本概念............................................................................................................. 43
3.1.2 汇编语言指令格式............................................................................................. 44
3.2 操作数符号约定和寻址方式.......................................................................................... 44
3.2.1 汇编语言指令中操作数的符号约定................................................................... 44
3.2.2 寻址方式............................................................................................................. 45
3.3 指令系统......................................................................................................................... 49
3.3.1 数据传送类指令................................................................................................. 49
3.3.2 算术运算类指令................................................................................................. 52
3.3.3 逻辑运算类指令................................................................................................. 56
3.3.4 控制转移类指令................................................................................................. 59
3.3.5 位操作类指令..................................................................................................... 62
小结....................................................................................................................................... 63
自测题.................................................................................................................................... 64
第4章MCS-51单片机汇编语言程序设计.................................................................68
4.1 汇编语言程序设计的基本方法...................................................................................... 68
4.1.1 程序设计的步骤................................................................................................. 68
4.1.2 伪指令 ................................................................................................................ 69
4.2 汇编语言程序设计......................................................................................................... 71
4.2.1 顺序程序设计..................................................................................................... 71
4.2.2 分支程序设计..................................................................................................... 73
4.2.3 循环程序设计..................................................................................................... 76
4.2.4 子程序调用设计................................................................................................. 78
4.3 综合程序设计分析......................................................................................................... 79
小结....................................................................................................................................... 84
| 3 >>>目录
自测题.................................................................................................................................... 85
第5章80C51中断系统、定时/计数器与串行接口......................................................88
5.1 80C51 微控制器的中断系统........................................................................................... 88
5.1.1 中断的概念......................................................................................................... 88
5.1.2 80C51的中断系统.............................................................................................. 90
5.1.3 中断控制............................................................................................................. 90
5.1.4 中断的响应条件及响应过程.............................................................................. 93
5.2 80C51 微控制器的定时/计数器...................................................................................... 96
5.2.1 定时/计数器的结构和工作原理......................................................................... 96
5.2.2 定时/计数器的工作方式寄存器和控制寄存器.................................................. 97
5.2.3 定时/计数器的工作方式..................................................................................... 98
5.2.4 定时/计数器编程步骤...................................................................................... 100
5.3 80C51 微控制器的串行通信 I/O 接口.......................................................................... 102
5.3.1 串行通信概述................................................................................................... 102
5.3.2 串行通信 I/O 接口 ............................................................................................ 104
5.3.3 串行通信 I/O接口编程要点............................................................................. 109
小结......................................................................................................................................111
自测题.................................................................................................................................. 112
第6章 单片机C51语言程序设计基础..................................................................... 114
6.1 C51程序的结构............................................................................................................ 114
6.1.1 C51程序的结构特点........................................................................................ 114
6.1.2 C51函数的一般格式........................................................................................ 116
6.2 C51数据类型、常量和变量的定义............................................................................. 117
6.2.1 C51数据类型.................................................................................................... 117
6.2.2 常量的定义....................................................................................................... 117
6.2.3 变量的定义....................................................................................................... 118
6.2.4 C51 定义 SFR字节和位单元............................................................................ 119
6.3 C51程序的运算符、表达式及其语法规则.................................................................. 120
6.3.1 C51算术运算符及其表达式............................................................................. 120
6.3.2 C51关系运算符、表达式及优先级................................................................. 122
6.3.3 C51逻辑运算符、表达式及优先级................................................................. 122
6.3.4 C51位操作及其表达式.................................................................................... 123
6.3.5 自增减运算符、复合运算符及其表达式......................................................... 126
6.4 C51程序设计特点........................................................................................................ 128
6.4.1 C51函数的分类................................................................................................ 128
6.4.2 中断子程序的设计........................................................................................... 130
6.4.3 C51与汇编混合编程........................................................................................ 131
6.5 C51程序设计举例........................................................................................................ 135
| 4 微控制器原理与应用 >>>
小结..................................................................................................................................... 140
自测题.................................................................................................................................. 140
扩展提高篇
第7章 单片机常用接口技术及应用..........................................................................142
7.1 LED 数码管接口原理及应用........................................................................................ 142
7.1.1 LED数码管结构和工作原理............................................................................ 142
7.1.2 LED数码管的控制方式.................................................................................... 144
7.1.3 多色 LED 显示器 .............................................................................................. 146
7.2 LED 点阵显示原理及应用............................................................................................ 147
7.2.1 8×8 LED 点阵简介............................................................................................ 147
7.2.2 8×8 LED 点阵的显示原理................................................................................ 148
7.3 LCD 显示器接口电路................................................................................................... 150
7.3.1 LCD 显示器结构和工作原理............................................................................ 150
7.3.2 HS1602A LCD 显示模块及接口电路................................................................ 150
7.4 键盘接口电路............................................................................................................... 159
7.4.1 独立式键盘....................................................................................................... 159
7.4.2 矩阵式键盘....................................................................................................... 162
7.5 D/A、A/D 转换器及其接口.......................................................................................... 164
7.5.1 D/A 转换器 ....................................................................................................... 164
7.5.2 DAC0832接口技术........................................................................................... 165
7.5.3 A/D 转换器 ....................................................................................................... 170
7.5.4 ADC0809接口技术........................................................................................... 171
7.6 步进电动机及驱动接口................................................................................................ 177
7.6.1 步进电动机的结构及原理................................................................................ 177
7.6.2 步进电动机与 80C51 的接口技术.................................................................... 178
7.7 输入/输出通道.............................................................................................................. 182
7.7.1 输入通道........................................................................................................... 182
7.7.2 输出通道........................................................................................................... 183
7.8 光电隔离接口............................................................................................................... 184
7.8.1 光耦合器概述................................................................................................... 184
7.8.2 常用的光耦合器件........................................................................................... 185
7.8.3 光耦合器接口电路........................................................................................... 185
小结..................................................................................................................................... 186
自测题.................................................................................................................................. 187
第8章 微控制器应用开发技术.................................................................................188
8.1 微控制器应用系统的设计原则与过程......................................................................... 188
8.1.1 微控制器应用系统的设计原则........................................................................ 188
8.1.2 微控制器应用系统的设计过程........................................................................ 189
| 5 >>>目录
8.2 微控制器应用系统的抗干扰设计................................................................................. 193
8.2.1 硬件抗干扰设计............................................................................................... 194
8.2.2 软件抗干扰设计............................................................................................... 194
8.3 微控制器应用实例....................................................................................................... 196
8.3.1 简易计算器设计............................................................................................... 196
8.3.2 数字时钟设计................................................................................................... 207
小结..................................................................................................................................... 226
自测题.................................................................................................................................. 226
附录A ACSII码表...................................................................................................228
附录B 51微控制器指令表.......................................................................................229
附录C 常用IC引脚图.............................................................................................231
附录D 仿真软件中的图形符号与国家标准图形符号对照表........................................234
参考文献....................................................................................................................234

刘喜勋，陕西工业职业技术学院信息工程系教师；刘璟，陕西工业职业技术学院信息工程系教师。

内容取舍合理，紧根技术应用潮流；通过实例完整训练，提高应用能力。