单片微机原理与接口技术――基于STC系列单片机

STC15系列增强型8051单片机集成了上电复位电路与高精准R/C振荡器，给单片机芯片加上电源就可跑程序；集成了大容量的程序存储器、数据存储器以及EEPRM，集成了A/D、PWM、SPI等高功能接口部件，可大大地简化单片机应用系统的外围电路，使单片机应用系统的设计更加简捷，系统性能更加高效、可靠。本教材以STC15F2K60S2单片机为主线，强化单片机的应用性与实践性，系统地介绍了STC15F2K60S2单片机的硬件结构、指令系统与应用编程，单片机应用系统的开发流程与接口设计，同时提出多种实践模式：Keil C集成开发环境、Proteus仿真软件以及实物运行开发环境，使得单片机的学习与应用变得更简单、更清晰。
本书可作为普通高校计算机类、电子信息类、电气自动化与机电一体化等专业的教学用书，基础较好的高职高专也可选用本书。本书还可作为电子设计竞赛、电子设计工程师考证的培训教材。本书也是传统8051单片机应用工程师升级转型的重要参考书籍。

丁向荣，广东轻工职业技术学院教授，多年从事单片机应用技术科研和教学工作，具备丰富的实践和教学经验，其在电子工业出版社出版的STC系列单片机教材理念超前，内容精炼实用，获得各地院校的广泛认可，在市面上同类教材中销量领先。

第1章　微型计算机基础 1
1．1　数制与编码 1
1．1．1　数制及转换方法 1
1．1．2　微型计算机中数的表示方法 3
1．1．3　微型计算机中常用编码 5
1．2　微型计算机的基本组成 6
1．3　指令、程序与编程语言 7
1．4　微型计算机的工作过程 7
1．5　微型计算机的应用形态 9
本章小结 9
习题1 10
第2章　STC15F2K60S2单片机增强型8051内核 12
2．1　单片机概述 12
2．1．1　单片机的概念 12
2．1．2　常见单片机 12
2．1．3　STC系列单片机 13
2．2　STC15F2K60S2系列单片机资源概述与引脚功能 13
2．2．1　STC15F2K60S2系列单片机资源与功能概述 13
2．2．2　STC15F2K60S2单片机引脚功能 14
2．3　STC15F2K60S2单片机的内部结构 16
2．3．1　STC15F2K60S2单片机的内部结构框图 16
2．3．2　STC15F2K60S2单片机CPU结构 17
2．4　STC15F2K60S2单片机的存储结构 18
2．5　STC15F2K60S2单片机的并行I/O口 22
2．5．1　STC15F2K60S2单片机并行I/O口的工作模式 22
2．5．2　STC15F2K60S2单片机并行I/O口的结构 23
2．5．3　STC15F2K60S2单片机并行I/O口的使用注意事项 25
2．6　STC15F2K60S2单片机的时钟与复位 26
2．6．1　STC15F2K60S2单片机的时钟 26
2．6．2　STC15F2K60S2单片机的复位 28
本章小结 30
习题2 30
第3章　单片机应用的开发工具 33
3．1　Keil μVision4集成开发环境 33
3．1．1　Keil μVision4集成开发环境概述 33
3．1．2　应用Keil μVision4开发工具编辑、编译用户程序，生成机器代码 34
3．1．3　应用Keil μVision4集成开发环境调试用户程序 39
3．2　STC15F2K60S2单片机的在线编程与在线仿真 42
3．2．1　STC15F2K60S2单片机的在线编程 42
3．2．2　STC15F2K60S2系列单片机的在线仿真 45
3．3　Proteus仿真软件实施单片机应用系统的虚拟仿真 47
3．3．1　单片机应用系统与程序功能 48
3．3．2　Proteus绘制电原理图 48
3．3．3　单片机应用系统的虚拟仿真 52
本章小结 53
习题3 53
第4章　STC15F2K60S2单片机的指令系统 56
4．1　概述 56
4．2　数据传送类指令 60
4．3　算术运算类指令 66
4．4　逻辑运算类与循环移位类指令 71
4．5　控制转移类指令 75
4．6　位操作类指令 80
本章小结 83
习题4 84
第5章　STC15F2K60S2单片机的程序设计 88
5．1　汇编语言程序设计 88
5．1．1　程序编制的方法和技巧 88
5．1．2　程序的模块化设计 89
5．1．3　伪指令 89
5．1．4　汇编语言程序设计举例 92
5．2　C51程序设计 101
5．2．1　C51基础 101
5．2．2　C51程序设计举例 107
本章小结 114
习题5 114
第6章　STC15F2K60S2单片机的存储器 117
6．1　STC15F2K60S2单片机的程序存储器 117
6．2　STC15F2K60S2单片机的基本RAM 118
6．3　STC15F2K60S2单片机的扩展RAM（XRAM） 119
6．4　STC15F2K60S2单片机的E2PROM（数据Flash） 122
本章小结 130
习题6 131
第7章　STC15F2K60S2单片机的中断系统 133
7．1　中断系统概述 133
7．2　STC15F2K60S2单片机的中断系统 134
7．2．1　STC15F2K60S2单片机的中断请求 134
7．2．2　STC15F2K60S2单片机的中断响应 140
7．2．3　STC15F2K60S2单片机中断应用举例 142
7．3　STC15F2K60S2单片机外部中断的扩展 143
本章小结 145
习题7 145
第8章　STC15F2K60S2单片机的定时/计数器 148
8．1　STC15F2K60S2单片机定时/计数器（T0/T1）的结构和工作原理 148
8．2　STC15F2K60S2单片机定时/计数器（T0/T1）的控制 149
8．3　STC15F2K60S2单片机定时/计数器（T0/T1）的工作 150
8．4　STC15F2K60S2单片机定时/计数器（T0/T1）的应用 154
8．4．1　STC15F2K60S2单片机定时/计数器（T0/T1）的定时应用 154
8．4．2　STC15F2K60S2单片机定时/计数器（T0/T1）的计数应用 158
8．4．3　STC15F2K60S2单片机秒表的设计 160
8．5　STC15F2K60S2单片机的定时器T2 162
8．5．1　STC15F2K60S2单片机的定时器T2的电路结构 162
8．5．2　STC15F2K60S2单片机的定时/计数器T2的控制寄存器 162
8．6　STC15F2K60S2单片机的可编程时钟 163
8．6．1　STC15F2K60S2单片机的可编程时钟：CLKOUT0、CLKOUT1、
CLKOUT2 163
8．6．2　STC15F2K60S2单片机可编程时钟的应用举例 164
本章小结 165
习题8 165
第9章　STC15F2K60S2单片机的串行口 168
9．1　串行通信基础 168
9．2　STC15F2K60S2单片机串行口1 170
9．2．1　STC15F2K60S2单片机串行口1的控制寄存器 170
9．2．2　STC15F2K60S2单片机串行口1的工作方式 172
9．2．3　STC15F2K60S2单片机串行口1的波特率 176
9．2．4　STC15F2K60S2单片机串行口1的应用举例 177
9．3　STC15F2K60S2单片机串行口2 189
9．4　STC15F2K60S2单片机与PC的通信 191
9．4．1　STC15F2K60S2单片机与PCRS－232C串行通信接口的设计 191
9．4．2　STC15F2K60S2单片机与PCUSB串行通信接口的设计 193
9．4．3　STC15F2K60S2单片机与PC串行通信的程序设计 193
9．5　STC15F2K60S2单片机串行口1的中继广播方式 195
9．6　STC15F2K60S2单片机串行口硬件引脚的切换 196
本章小结 196
习题9 197
第10章　STC15F2K60S2单片机的A/D转换 200
10．1　STC15F2K60S2单片机A/D转换模块的结构 200
10．2　STC15F2K60S2单片机A/D转换模块的控制 201
10．3　STC15F2K60S2单片机A/D转换模块的应用 203
本章小结 206
习题10 207
第11章　STC15F2K60S2单片机的PCA模块 209
11．1　STC15F2K60S2单片机PCA模块的结构 209
11．2　STC15F2K60S2单片机PCA模块的特殊功能寄存器 210
11．3　STC15F2K60S2单片机PCA模块的工作模式与应用举例 212
11．4　STC15F2K60S2单片机PCA模块功能引脚的切换 224
本章小结 225
习题11 225
第12章　STC15F2K60S2单片机的SPI接口 227
12．1　STC15F2K60S2单片机SPI接口的结构 227
12．2　STC15F2K60S2单片机SPI接口的特殊功能寄存器 228
12．3　STC15F2K60S2单片机SPI接口的数据通信 230
12．4　STC15FZK60S2单片机SPI接口的应用举例 233
12．5　STC15F2K60S2单片机SPI接口功能引脚的切换 240
本章小结 241
习题12 241
第13章　单片机应用系统设计与接口技术 242
13．1　单片机应用系统的开发流程 242
13．1．1　单片机应用系统的设计原则 242
13．1．2　单片机应用系统的开发流程 242
13．1．3　单片机应用系统工程报告的编制 246
13．2　单片机人机对话接口设计 247
13．2．1　键盘接口与应用编程 247
13．2．2　LED数码显示接口与应用编程 255
13．2．3　LCD显示接口与应用编程 260
13．3　串行总线接口技术与应用设计 282
13．3．1　单总线数字温度传感器DS18B20与应用设计 282
13．3．2　I2C串行总线原理与应用 291
13．3．3　基于时钟芯片PCF8563电子时钟的设计 297
13．4　电机控制与应用设计 306
13．4．1　直流电机的控制 306
13．4．2　步进电机的控制 311
13．5　STC15F2K60S2单片机的低功耗设计 318
13．5．1　STC15F2K60S2单片机的慢速模式 318
13．5．2　STC15F2K60S2单片机的空闲（等待）模式与停机（掉电）模式 319
13．6　STC15F2K60S2单片机的看门狗定时器 325
13．6．1　看门狗定时器概述 325
13．6．2　STC15F2K60S2单片机看门狗定时器的特殊功能寄存器 326
13．6．3　STC15F2K60S2单片机的看门狗定时器的应用编程 326
本章小结 327
习题13 328
第14章　微型计算机总线扩展技术* 336
14．1　微型计算机的总线结构 336
14．2　MCS－51单片机系统扩展 336
14．2．1　编址技术 337
14．2．2　程序存储器的扩展 339
14．2．3　数据存储器的扩展 340
14．2．4　I/O接口的扩展 341
本章小结 342
习题14 342
第15章　STC新型单片机简介 343
15．1　STC15W4K32S4系列单片机 343
15．1．1　特性 343
15．1．2　STC15W4K32S4系列单片机机型一览表 344
15．2　STC8A8K64S4A12系列单片机 345
15．2．1　特性 345
15．2．2　STC8A8K64S4A12系列单片机机型一览表 347
15．3　STC8F8K64S4A12系列单片机 347
15．3．1　特性 347
15．3．2　STC8F8K64S4A12系列单片机机型一览表 349
15．4　STC8F2K64S4系列单片机 349
15．4．1　特性 349
15．4．2　STC8F2K64S4系列单片机机型一览表 351
本章小结 351
习题15 351
第16章　STC15F2K60S2单片机的实验指导 352
16．1　实验须知 352
16．2　用户程序的编辑、编译与仿真调试 352
16．3　用户程序的在线编程与在线仿真 353
16．4　应用Proteus仿真软件调试单片机应用系统 354
16．5　STC15F2K60S2单片机存储器的应用编程与调试 355
16．6　STC15F2K60S2单片机外部中断扩展的应用编程与调试 356
16．7　STC15F2K60S2单片机定时器/计数器定时功能的应用编程与调试 356
16．8　STC15F2K60S2单片机定时器/计数器计数功能的应用编程与调试 357
16．9　STC15F2K60S2单片机串行口1方式0的应用编程与调试 358
16．10　STC15F2K60S2单片机与PC通信的应用编程与调试 359
16．11　STC15F2K60S2单片机AD转换模块的应用编程与调试 359
16．12　STC15F2K60S2单片机PWM的应用编程与调试 360
16．13　矩阵键盘的应用编程与调试 361
16．14　LED数码管动态显示的应用编程与调试 362
16．15　字符型LCD显示接口的应用编程与调试 362
16．16　LCD12864（含中文字库）显示接口的应用编程与调试 363
16．17　DS18B20数字温度计的应用编程与调试 364
16．18　PCF8563电子时钟芯片的应用编程与调试 365
16．19　直流电机控制的应用编程与调试 365
16．20　步进电机控制的应用编程与调试 366
附录A　ASCII码表 368
附录B　STC15F2K60S2单片机指令系统表 369
附录c　STC15F2K50S2单片机特殊 372
附录D　C51常用头文件与库函数 376
附录E　C语言编译常见错误信息一览表 383
参考文献 387

序

21世纪全球全面进入了计算机智能控制/计算时代，而其中的一个重要方向就是以单片机为代表的嵌入式计算机控制/计算。由于最适合中国工程师/学生入门的8051单片机有30多年的应用历史，绝大部分工科院校均有此必修课，有几十万名对该单片机十分熟悉的工程师可以相互交流开发/学习心得，有大量的经典程序和电路可以直接套用，从而大幅降低了开发风险，极大地提高了开发效率，这也是宏晶科技基于STC8051系列单片机产品的巨大优势。

Intel 8051技术诞生于20世纪70年代，不可避免地面临着落伍的危险，如果不对其进行大规模创新，我国的单片机教学与应用就会陷入被动局面。为此，宏晶科技对STC8051单片机进行了全面的技术升级与创新：全部采用Flash技术（可反复编程10万次以上）和ISP/IAP（在系统可编程/在应用可编程）技术；针对抗干扰进行了专门设计，超强抗干扰；进行了特别加密设计，如宏晶STC15系列现无法解密；对传统8051单片机进行了全面提速，指令速度最快提高了24倍；大幅提高了集成度，如集成了A/D、CCP/PCA/PWM（PWM还可当D/A使用）、高速同步串行通信端口SPI、高速异步串行通信端口UART（如宏晶STC15F2K60S2系列集成了两个串行口，分时复用可当5组串口使用）、定时器（STC15F2K60S2系列最多可实现6个定时器）、看门狗、内部高精准时钟（±1%温漂，－40℃～＋85℃之间，可彻底省掉外部昂贵的晶振）、内部高可靠复位电路（可彻底省掉外部复位电路)、大容量SRAM(如STC15F2K60S2系列集成了2KB的SRAM)、大容量EEPROM、大容量Flash程序存储器等。

在中国民间草根企业掌握了Intel 8051单片机技术，以“初生牛犊不怕虎”的精神，击溃了欧美竞争对手之后，正在向32位前进的途中，此时欣闻官方国家队也已掌握了Intel 80386通用CPU技术，不由想起“老骥伏枥，志在千里”这句话，相信经过数代人艰苦奋斗，我们一定会赶上和超过世界先进水平！

明知山有虎，偏向虎山行。

感谢Intel公司发明了经久不衰的8051体系结构，感谢丁向荣老师的新书，保证了中国30年来的单片机教学与世界同步。

STC宏晶科技：姚永平

www.STCMCU.com

2012-01-15

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前　　言

本书第1版于2012年8月出版，现已第8次重印。出版以来深受广大兄弟院校同行的认可，并提出了许多宝贵意见。根据STC单片机发展状况与当前教学改革的实际需求，以及广泛征求了相关院校师生的意见与建议，对本书进行了修订。在保留教材的应用性、实践性以及“汇编＋C”有机融合的基础上，对教材内容进行了完善、升级与拓展，具体情况如下：

（1）为了便于读者更好地理解教学内容以及教学的需要，采用了多样化的习题类型：填空、选择、判断、问答与程序设计。

（2）全面更新与升级了“第3章 单片机应用的开发工具”教材内容。一是采用了Keil μvision4版本的C语言集成开发环境；二是采用最新的STC－ISP在线编程软件，优化了在线仿真操作，以及包含了更多便捷的实用编程工具（如给Keil C集成开发环境添加STC器件库、STC头文件以及仿真驱动等）。

（3）为了进一步理解微型计算机的基本原理与总线技术，新增了“第14章 微型计算机总线技术”作为选讲或拓展内容。

（4）紧密联系市场，与时俱进，增加了“第15章 STC新型单片机简介”，及时了解最新STC单片机技术。

（5）为了更好地强化教材的应用性、实践性以及可操作性，理论与实践有机融合，新增了“第16章 STC15F2K60S2单片机的实验指导”，精选了19个教学例程撰写了19个实验指导。

（6）调整了附录内容，编辑了STC15F2K60S2单片机特殊功能寄存器查询表以及整理了keil C错误信息一览表，便于在学习或工作中进行查询使用。

本书的改版得到电子出版社的大力支持，以及STC创始人姚永平先生的积极指导，教材相关咨询也会适时在STC官网（www.stcmcu.com）网站上发布。

为了配合教学，本书为读者提供电子教案，可在华信教育资源网网站下载。同时向任课教师免费提供电子版实验指导与实验工程文件，以及有什么建议，或其他教学资源，请您电邮：dingxiangrong65@163.com。

由于编者水平有限。书中定有疏漏和不周之处，敬请读者不吝指正，恳请您的宝贵意见。

编者2017.1于广州