单片机原理与接口技术教程/高等院校信息技术规划教材

内容简介

本书以MCS-51单片机为代表机型，详细讲述8位单片机的硬件结构、工作原理、指令系统和汇编语言程序设计；着重介绍单片机C语言程序设计技术，讨论C语言对单片机硬件资源的操作和控制，并通过一系列简单的实例，分析单片机应用系统中常用的并行输入输出接口、数码管接口、LCD接口、串行接口、存储器接口及外围设备扩展等方面的设计要点。此外，本书重视通信类应用实践技术，详细介绍单片机串行通信接口扩展、通过串行接口控制GSM模块收发短消息、通过RS-485总线实现多机通信、电话用户线通信接口以及精简TCP/IP协议栈的设计和实现。每部分内容均由实际项目总结提炼而来，并给出了完整的电路原理图和测试代码。
　　本书可作为高等院校本科教育中通信、信息、自动化、电气工程、应用电子技术等专业和计算机专业的教材，也可供相关教师及工程技术人员参考。

目录

第1章　概论
　1.1　什么是单片机
　1.2　单片机的发展过程及趋势
　1.3　单片机的特点及应用场合
　1.4　单片机与嵌入式系统
　1.5　MCS-51系列单片机
　习题与思考
第2章　MCS-51单片机的硬件结构及工作原理
　2.1　单片机的内部结构
　2.2　单片机的封装及引脚功能说明
　　2.2.1　单片机的封装
　　2.2.2　单片机的引脚功能说明
　2.3　单片机的微处理器
　　2.3.1　运算器
　　2.3.2　控制器
　　2.3.3　振荡器、时钟电路及时序
　2.4　单片机的复位
　　2.4.1　单片机的复位功能
　　2.4.2　常用的复位电路
　2.5　单片机的存储系统
　　2.5.1　单片机存储系统结构
　　2.5.2　程序存储器
　　2.5.3　数据存储器
　　2.5.4　特殊功能寄存器
　2.6　MCS-51单片机并行I/O端口结构及其功能
　　2.6.1　并行I/O端口的内部结构
　　2.6.2　并行I/O端口的读-修改-回写操作
　2.7　单片机外部总线扩展
　　2.7.1　单片机外部总线扩展的结构
　　2.7.2　地址空间的分配及译码
　　2.7.3　扩展外部程序存储器的电路设计
　　2.7.4　扩展外部数据存储器的电路设计
　2.8　单片机定时器/计数器的结构及功能
　　2.8.1　定时器/计数器的结构及工作原理
　　2.8.2　定时器/计数器的控制与状态寄存器
　　2.8.3　MCS-51定时器/计数器0和1的工作方式
　　2.8.4　MCS-51定时器/计数器2的工作方式
　2.9　串行通信
　　2.9.1　串行通信概论
　　2.9.2　串行通信总线标准及接口
　　2.9.3　MCS-51串行接口的组成
　　2.9.4　MCS-51串行接口的工作方式
　　2.9.5　MCS-51串行接口波特率的设置
　2.10　中断系统
　　2.10.1　中断系统的结构
　　2.10.2　中断响应
　　2.10.3　中断请求的撤销
习题与思考
第3章　MCS-51单片机的指令系统
　3.1　指令系统概述
　　3.1.1　指令的概念
　　3.1.2　指令系统符号标识的说明
　3.2　寻址方式
　　3.2.1　立即寻址
　　3.2.2　寄存器寻址
　　3.2.3　间接寻址
　　3.2.4　直接寻址
　　3.2.5　变址寻址
　　3.2.6　相对寻址
　　3.2.7　位寻址
　3.3　指令分类介绍
　　3.3.1　数据传送类指令
　　3.3.2　算术运算类指令
　　3.3.3　逻辑运算类指令
　　3.3.4　控制转移类指令
　　3.3.5　布尔（位）处理类指令
　习题与思考
第4章　MCS-51汇编语言程序设计
第5章　单片机C语言程序设计
第6章　输入输出接口及系统扩展设计
第7章　单片机串行通信接口
第8章　电话通信接口
第9章　以太网通信接口
参考文献

摘要与插图

从上述的向量地址安排可以看出，中断向量地址设置在程序存储器的低地址端，MCS-51在设计时为每个中断预留了位于程序存储器中8字节的地址单元，用于安排该中断的中断服务程序。当8字节的空间不够用时，可以将中断服务程序设置在其他地址段，然后在中断向量区设置一条转移指令，CPU响应中断后将直接转向实际的中断服务程序执行。
　　系统复位后PC为OOOOH，即CPU复位后将从程序存储器地址OOOOH处开始执行程序。如果没有使用中断，主程序可从OOOOH开始安排，复位后将直接执行主程序；如果系统中使用了中断，则应将主程序安排在中断向量区之外的其他地址段，然后在程序存储器OOOOH～0002H这三个字节单元中设置一条转移指令，跳过中断向量区，指向主程序的起始地址。此时，系统复位后先执行OOOOH处的跳转指令，再转而执行主程序。
　　综上所述，MCS-51/52单片机中断响应的过程是：中断源提出中断请求一CPU采样到中断请求标志一CPU响应中断，自动转向中断向量指向的中断服务程序一执行完毕返回原断点处继续执行主程序。程序从中断服务程序中返回有专门的指令RETI，该指令的执行一方面通知中断控制系统，中断服务程序已执行完毕，应清除相应的中断优先级触发器；另一方面将响应中断时压入堆栈保护的断点地址（主程序被中断时的PC值）弹出装入PC中，从而达到返回主程序断点处继续执行的目的。如果在中断服务程序中使用了主程序中使用的资源，例如某些工作寄存器或RAM单元等，应在进入中断服务程序时使用人栈（PUSH）指令进行保护，并在执行RETI之前使用出栈指令（POP）恢复。
　　3．中断响应的时间
　　单片机在开中断的情况下，从中断源发出中断请求到CPU响应中断并根据中断向量转移到中断服务程序中执行是需要一定时间的。在这个过程中，可能会出现如下几种情况。
　　（l）经中断优先级查询，如果中断请求有效且满足中断响应的三个条件，则主机立即响应中断请求，由内部硬件自动生成并执行长调用（LCALL）指令，程序转向以对应中断向量地址为人口的中断服务程序处开始执行。
　　长调用指令是一条双周期指令，因此主机从中断采样，经中断优先级查询，生成和执行LCALL指令，共需3个机器周期才能执行中断服务程序。这时主机响应中断速度，中断响应时间为3个机器周期。
　　（2）在中断优先级查询过程中，如果当前正在执行的指令尚未执行完成（例如对于多周期指令，当前指令周期不是该指令的一个机器周期），由于中断响应必须等到当前指令结束，而指令的执行时间分为单周期、双周期或4个机器周期，所以在这种情况下，中断响应时间需4～7个机器周期。
　　（3）在中断优先级查询过程中，如果当前正在执行的是RET、RETI或访问IE、IP等和中断系统的设置及控制相关的指令，即使其他条件都满足，CPU也需等当前指令及下一条指令执行完成后才能响应中断。在这种情况下，中断响应时间需5～8个机器周期。
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