单片机高级教程 应用与设计
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- 作者： 何立民
- 丛书名： 单片机系列教程
- 出版社：北京航空航天大学出版社
- ISBN：7810129945
- 上架时间：2001-7-13
- 出版日期：2001 年3月
- 页码：304
- 版次：1-3
- 所属分类：
计算机 > 计算机组织与体系结构 > 单片计算机
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第一章 绪论
1．1 单片机与嵌入式系统
1．1．1 计算机技术发展与嵌入式系统兴起
1．1．2 单片机技术发展史
1．1．3 单片机技术发展方向
1．2 单片机的应用模式
1．2．1 单片机应用系统结构
1．2．2 单片机种类与供应状态
1．2．3 单片机的应用模式
1．3 单片机应用系统开发过程
1．4 本教程特点及教学安排
1．4．1 教程编写的指导思想
1．4．2 教程体系结构
1．4．3 教学组织要求
练习与思考
第二章 单片机基本结构与工作原理
2．1 单片机的典型结构及应用特性
2．1．1 单片机的典型结构
2．1．2 典型单片机的结构特点
2．1．3 单片机的运行管理方式
1．1 单片机与嵌入式系统
1．1．1 计算机技术发展与嵌入式系统兴起
1．1．2 单片机技术发展史
1．1．3 单片机技术发展方向
1．2 单片机的应用模式
1．2．1 单片机应用系统结构
1．2．2 单片机种类与供应状态
1．2．3 单片机的应用模式
1．3 单片机应用系统开发过程
1．4 本教程特点及教学安排
1．4．1 教程编写的指导思想
1．4．2 教程体系结构
1．4．3 教学组织要求
练习与思考
第二章 单片机基本结构与工作原理
2．1 单片机的典型结构及应用特性
2．1．1 单片机的典型结构
2．1．2 典型单片机的结构特点
2．1．3 单片机的运行管理方式
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本教程是《单片机系列教程》丛书之一，是为满足应用系统设计要求而设立的，适合于工科院校本科、研究生用作“单片机应用系统设计”课程教材或课题研究设计的参考用书。学习本教程前应有“微机原理”及“数字电路”基础。
为了满足学习单片机应用系统设计要求，本教程编排了三个基本教学内容，即熟悉单片机的经典体系结构、掌握应用系统设计方法、了解应用系统设计前沿 技术。
1．熟悉单片机的经典体系结构是掌握单片机应用系统设计的基础。应熟悉以下内容：
(1)嵌入式系统与单片机技术发展史、单片机的技术发展方向；
(2)单片机的基本组成结构，CPU系统、CPU外围、基本功能单元及外部扩展总线；
(3)片内资源的SFR统一管理模式；
(4)突出嵌入式应用特点的指令系统；
(5)基本功能单元的结构与操作原理。
2．掌握应用系统设计方法是本教程的教学目的。通过本教程的学习应掌握：
(1)单片机应用系统的典型结构与系统结构的发展趋势；
(2)最小应用系统设计方法；
(3)单片机的外围扩展技术及外围扩展技术的发展方向。
3．了解应用系统设计的前沿技术，为实现工程应用系统设计打下基础。本教程提供有以下内容：
(1)最小功耗系统设计技术；
(2)应用系统的可靠性设计技术；
(3)单片机应用系统中的虚拟应用技术。
本教程在构思及选材上，注意尽量符合应用系统的发展要求，以保证单片机应用系统设计原理、方法上的先进性。当前这些先进性体现在以下几个方面。
1．单片化应用趋势。淘汰片外程序存储方式，广泛选择最符合系统要求的单片机。在大批量产品中采用专用单片机模式等。
2．全盘CMOS化的器件选择。
3．串行为主、并行为辅的外围扩展方式。
为了满足学习单片机应用系统设计要求，本教程编排了三个基本教学内容，即熟悉单片机的经典体系结构、掌握应用系统设计方法、了解应用系统设计前沿 技术。
1．熟悉单片机的经典体系结构是掌握单片机应用系统设计的基础。应熟悉以下内容：
(1)嵌入式系统与单片机技术发展史、单片机的技术发展方向；
(2)单片机的基本组成结构，CPU系统、CPU外围、基本功能单元及外部扩展总线；
(3)片内资源的SFR统一管理模式；
(4)突出嵌入式应用特点的指令系统；
(5)基本功能单元的结构与操作原理。
2．掌握应用系统设计方法是本教程的教学目的。通过本教程的学习应掌握：
(1)单片机应用系统的典型结构与系统结构的发展趋势；
(2)最小应用系统设计方法；
(3)单片机的外围扩展技术及外围扩展技术的发展方向。
3．了解应用系统设计的前沿技术，为实现工程应用系统设计打下基础。本教程提供有以下内容：
(1)最小功耗系统设计技术；
(2)应用系统的可靠性设计技术；
(3)单片机应用系统中的虚拟应用技术。
本教程在构思及选材上，注意尽量符合应用系统的发展要求，以保证单片机应用系统设计原理、方法上的先进性。当前这些先进性体现在以下几个方面。
1．单片化应用趋势。淘汰片外程序存储方式，广泛选择最符合系统要求的单片机。在大批量产品中采用专用单片机模式等。
2．全盘CMOS化的器件选择。
3．串行为主、并行为辅的外围扩展方式。
序言回到顶部↑
在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件，因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。在单片机诞生之前，为了满足工控对象的嵌入式应用要求，只能将通用计算机进行机械加固、电气加固后嵌入到对象体系(如舰船)中构成诸如自动驾驶仪、轮机监控系统等。由于通用计算机的巨大体积和高成本，无法嵌入到大多数对象体系(如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等)中。单片机则应嵌入式应用而生。单片机的单芯片的微小体积和极低的成本，可广泛地嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。
计算机两大分支的产生，大大促进了现代计算机技术的飞速发展。通用计算机系统以发展海量、高速数值计算为己任，不必兼顾控制功能，其数据总线宽度不断更新，迅速从8位、16位过渡到32位、64位，不断完善其通用操作系统，突出发展海量、高速数值计算能力，并在数据处理、模拟仿真、人工智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛的应用；单片机则以面向对象图像控制为己任，不断增强控制能力，降低成本，减小体积，改善开发环境，以空前的速度迅速而广泛地取代经典电子系统。
单片机作为最典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。近年来，除了各种类型的工控机，各种以通用微处理器构成的计算机主板模块、以通用微处理器为核片内扩展一些外围控制功能电路单元构成的嵌入式微处理器，甚至单片形态的PC机等，都实现了嵌入式应用，成为嵌入式系统的庞大家族。
作为典型嵌入式系统的单片机，在我国大规模应用已有十余年历史。在全国高等工科学校中，已普遍开设单片机及其相关课程。单片机已成为电子系统中最普遍的应用手段。除了单独设课程外，在涉及的许多实践环节，如课程设计、毕业设计、研究生论文课题中，单片机系统都是最广泛的应用手段。近年来，在高校中大力推行的各种电子设计竞赛中，采用单片机系统来解决各类电子技术问题已成趋势。因此，解决好高等工科院校单片机及其相关课程的教材具有十分重要的意义。
目前，许多单片机类课程教材都是以80C51系列为基础来讲授单片机原理及其应用的。这是因为MCS—51系列单片机奠定了8位单片机的基础，形成了单片机的经典体系结构。MCS—51系列中的8051成为许多半导体厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此为基核，推出了许多兼容性的CHMOS单片机。这些单片机都具有极好的兼容性，并有很强的生命力，统称为80C51系列。本系列教程以80C51系列为基础即缘于此。
单片机是现代计算机、电子技术的新兴领域，无论是单片机本身还是单片机应用系统设计方法都会随时代不断发生变化，作为单片机类课程的教材则要突出单片机技术的典型性和教学化特点。因此，单片机教程只提供单片机典型结构体系的基本原理与应用设计的基本方法。教程中的所有应用实例只是为了加深理解单片机基本原理及应用系统设计方法的需要而设置的，并不提供、也不可能提供单片机应用系统设计的最新、最优电路。通过本教程的学习，掌握基本原理和方法后，在未来的工作实践中，要通过各种渠道，如公司产品技术手册和网上查询，以获得最新器件、最佳技术来设计自己的产品系统。
目前，以及未来相当长的一段时间内，单片机相关的系统技术为：
(1)全盘CMOS化。CMOS电路具有众多的优点，如极宽的工作电压范围、极佳的本质低功耗及功耗管理特性，已成为目前单片机及其外围器件流行的半导体工艺。
(2)单片机在片ROM应用。目前单片机已广泛使用在片程序存储器技术，最广泛的应用状态是OTP ROM、Flash ROM、Mask ROM。本系列教程中虽然也介绍了外部程序存储器的扩展方法，但实际应用中已很少见。
(3)以串行方式为主的外围扩展。 目前单片机外围器件普遍提供了串行扩展方式。串行扩展具有简单、灵活、电路系统简单、占用I／O口资源少等优点，是一种流行的扩展方式。
(4)8位机的主流地位。这是由面向对象、大多数嵌入应用对象有限响应时间要求所决定的。从8位机诞生至今，乃至今后相当长的时期内，单片机应用领域中8位机的主流地位不会改变。
因此，在学好单片机基本原理和应用方法时，不要忘记单片机在当前实际应用中的这些技术特征，正确处理教学典型性、教学示范内容与实际产品系统设计的差异。
参考上述技术趋势，以及80C51系列本身的新发展，选择80C51系列为基础的单片机体系结构，既符合教学特点的典型性，又不失内容的先进性。内容的典型性有利于触类旁通，迅速掌握与应用其他的单片机系列；内容的先进性则指80C51系列中仍有许多先进的产品型号可供选择。
本系列教程的筹划过程中，、充分考虑到单片机的教学特点及先修课基础，根据不同对象、不同使用要求，组织了高校中多年从事单片机教学的老师，编写出这样一套适合于各类、各层次学习与应用的教程。
本系列教程包括“单片机初、中、高级教程”及“单片机实验与实践教程(一)、(二)”共5本，先修课基础为数字电路与计算机原理。该系列教程可提供高等工科院校从大专、本科到研究生的讲课用书或综合实践教学用书。
《单片机初级教程——单片机基础》补充了一些数字电路及单片机入门基础，有助于单片机先修课程基础较差的学生掌握单片机原理与基本应用技术。该书适用于大专及非电专业本科单片机基础教学用书。
《单片机中级教程——原理与应用》深入介绍了单片机的基本原理、体系结构、典型功能单元以及系统扩展与配置方法，使学生在深入理解单片机基本原理的基础上，学会怎样构成一个单片机示范应用系统。该书适用于电专业本科作单片机原理及应用教学用书。
《单片机高级教程——应用与设计》在介绍单片机原理、典型结构、基本功能单元的基础上，着重介绍单片机应用系统设计的软、硬件技术。该书适用于电专业本科及研究生作单片机应用系统设计用书。
《单片机实验与实践教程(一)》、《单片机实验与实践教程(二)》总结了单片机实验教学与电专业本科、研究生教学成果，可选作单片机课程教学实验用书，也可单独选作单片机相关实践环节和毕业设计、研究生综合实践的参考资料。
“单片机初、中、高级教程”不是三个台阶体系，而是针对不同基础的学生的三种教材选择。在教程内容的编写上，除了注意教学内容的典型性外，还注意了它的实践性与实用性。因此，本教程还可作各类单片机技术培训或各类技术人员自学用书。
计算机两大分支的产生，大大促进了现代计算机技术的飞速发展。通用计算机系统以发展海量、高速数值计算为己任，不必兼顾控制功能，其数据总线宽度不断更新，迅速从8位、16位过渡到32位、64位，不断完善其通用操作系统，突出发展海量、高速数值计算能力，并在数据处理、模拟仿真、人工智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛的应用；单片机则以面向对象图像控制为己任，不断增强控制能力，降低成本，减小体积，改善开发环境，以空前的速度迅速而广泛地取代经典电子系统。
单片机作为最典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。近年来，除了各种类型的工控机，各种以通用微处理器构成的计算机主板模块、以通用微处理器为核片内扩展一些外围控制功能电路单元构成的嵌入式微处理器，甚至单片形态的PC机等，都实现了嵌入式应用，成为嵌入式系统的庞大家族。
作为典型嵌入式系统的单片机，在我国大规模应用已有十余年历史。在全国高等工科学校中，已普遍开设单片机及其相关课程。单片机已成为电子系统中最普遍的应用手段。除了单独设课程外，在涉及的许多实践环节，如课程设计、毕业设计、研究生论文课题中，单片机系统都是最广泛的应用手段。近年来，在高校中大力推行的各种电子设计竞赛中，采用单片机系统来解决各类电子技术问题已成趋势。因此，解决好高等工科院校单片机及其相关课程的教材具有十分重要的意义。
目前，许多单片机类课程教材都是以80C51系列为基础来讲授单片机原理及其应用的。这是因为MCS—51系列单片机奠定了8位单片机的基础，形成了单片机的经典体系结构。MCS—51系列中的8051成为许多半导体厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此为基核，推出了许多兼容性的CHMOS单片机。这些单片机都具有极好的兼容性，并有很强的生命力，统称为80C51系列。本系列教程以80C51系列为基础即缘于此。
单片机是现代计算机、电子技术的新兴领域，无论是单片机本身还是单片机应用系统设计方法都会随时代不断发生变化，作为单片机类课程的教材则要突出单片机技术的典型性和教学化特点。因此，单片机教程只提供单片机典型结构体系的基本原理与应用设计的基本方法。教程中的所有应用实例只是为了加深理解单片机基本原理及应用系统设计方法的需要而设置的，并不提供、也不可能提供单片机应用系统设计的最新、最优电路。通过本教程的学习，掌握基本原理和方法后，在未来的工作实践中，要通过各种渠道，如公司产品技术手册和网上查询，以获得最新器件、最佳技术来设计自己的产品系统。
目前，以及未来相当长的一段时间内，单片机相关的系统技术为：
(1)全盘CMOS化。CMOS电路具有众多的优点，如极宽的工作电压范围、极佳的本质低功耗及功耗管理特性，已成为目前单片机及其外围器件流行的半导体工艺。
(2)单片机在片ROM应用。目前单片机已广泛使用在片程序存储器技术，最广泛的应用状态是OTP ROM、Flash ROM、Mask ROM。本系列教程中虽然也介绍了外部程序存储器的扩展方法，但实际应用中已很少见。
(3)以串行方式为主的外围扩展。 目前单片机外围器件普遍提供了串行扩展方式。串行扩展具有简单、灵活、电路系统简单、占用I／O口资源少等优点，是一种流行的扩展方式。
(4)8位机的主流地位。这是由面向对象、大多数嵌入应用对象有限响应时间要求所决定的。从8位机诞生至今，乃至今后相当长的时期内，单片机应用领域中8位机的主流地位不会改变。
因此，在学好单片机基本原理和应用方法时，不要忘记单片机在当前实际应用中的这些技术特征，正确处理教学典型性、教学示范内容与实际产品系统设计的差异。
参考上述技术趋势，以及80C51系列本身的新发展，选择80C51系列为基础的单片机体系结构，既符合教学特点的典型性，又不失内容的先进性。内容的典型性有利于触类旁通，迅速掌握与应用其他的单片机系列；内容的先进性则指80C51系列中仍有许多先进的产品型号可供选择。
本系列教程的筹划过程中，、充分考虑到单片机的教学特点及先修课基础，根据不同对象、不同使用要求，组织了高校中多年从事单片机教学的老师，编写出这样一套适合于各类、各层次学习与应用的教程。
本系列教程包括“单片机初、中、高级教程”及“单片机实验与实践教程(一)、(二)”共5本，先修课基础为数字电路与计算机原理。该系列教程可提供高等工科院校从大专、本科到研究生的讲课用书或综合实践教学用书。
《单片机初级教程——单片机基础》补充了一些数字电路及单片机入门基础，有助于单片机先修课程基础较差的学生掌握单片机原理与基本应用技术。该书适用于大专及非电专业本科单片机基础教学用书。
《单片机中级教程——原理与应用》深入介绍了单片机的基本原理、体系结构、典型功能单元以及系统扩展与配置方法，使学生在深入理解单片机基本原理的基础上，学会怎样构成一个单片机示范应用系统。该书适用于电专业本科作单片机原理及应用教学用书。
《单片机高级教程——应用与设计》在介绍单片机原理、典型结构、基本功能单元的基础上，着重介绍单片机应用系统设计的软、硬件技术。该书适用于电专业本科及研究生作单片机应用系统设计用书。
《单片机实验与实践教程(一)》、《单片机实验与实践教程(二)》总结了单片机实验教学与电专业本科、研究生教学成果，可选作单片机课程教学实验用书，也可单独选作单片机相关实践环节和毕业设计、研究生综合实践的参考资料。
“单片机初、中、高级教程”不是三个台阶体系，而是针对不同基础的学生的三种教材选择。在教程内容的编写上，除了注意教学内容的典型性外，还注意了它的实践性与实用性。因此，本教程还可作各类单片机技术培训或各类技术人员自学用书。
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