作者：蔡杏山主编
出版社：科普出版分社
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零起步轻松学单片机技术(第2版)试读：
前言
在现代社会中，随着科学技术的飞速发展，电子、电工技术已经渗透到社会的许多领域，社会需要大量掌握电子、电工技术的人才。电子、电工技术都属于电类技术，但两者侧重点不同：电子技术是处理低电压、小电流的弱电信号的技术；而电工技术则是处理高电压、大电流的强电信号的技术。电子技术和电工技术在早期划分还比较明显，但在现代社会，两种技术融合越来越紧密，社会对同时掌握电子、电工技术的复合型人才的需求非常迫切。
任何一门技术，既可以通过在学校系统学习，也可以通过自学来掌握。但不管哪种学习方式，都需要一套系统全面、通俗易懂的入门教材。好的入门教材可以让我们学习时少走弯路，轻松、快速地掌握技术。
一、丛书简介《零起步轻松学系列丛书》是一套非常适合初学者使用的入门教材，它分两个系列：电子技术系列和电工技术系列。这套丛书涉及电子、电工技术基础知识体系中的方方面面，各分册既紧密相关，又独立成册，具体内容如下。
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二、丛书的特点
结构安排符合人的认知规律。在图书内容编排上，按照循序渐进、由浅入深的原则进行，读者只需从前往后阅读图书，便会水到渠成。
起点低，语言通俗易懂。书中少用专业化的术语，多用通俗易懂的语言，遇到较难理解的内容用比喻来说明，尽量避免复杂的理论分析和烦琐的公式推导，具有初中文化程度的读者即可阅读。
采用图文并茂的方式表现内容。书中大多采用读者喜欢的直观形象的图表方式表现内容，使阅读变得轻松。
突出显示书中知识要点。为了帮助读者掌握书中的知识要点，书中用阴影和文字加粗的方法突出显示知识要点，指示学习重点。
网络辅导。读者在阅读时遇到难理解的问题，可登录易天教学网： www.eTV100.com，向老师提问，在网络辅导下更快、更轻松地学习书中的知识。
三、丛书的读者对象
本套丛书起点低，只要具有初中文化程度且对电子、电工技术感兴趣的读者就可阅读，主要的读者对象有以下几类。
电子、电工技术爱好者。对于这类读者来说，本丛书内容丰富、通俗易懂的特点可使读者，尤其是初学者快速掌握电子、电工技术知识，轻松迈入电子、电工技术大门。
电子、电工技术从业人员。这包括准备或者正在从事电子、电工技术相关领域工作的人员。对于这类读者来说，本丛书是一套完整的电子、电工技术入门自学教材，学习本丛书可为以后的实践工作打下坚实的基础。
职业院校相关专业的学生。这包括以电子、电工技术为主专业的学生，也包括不以电子、电工技术为主专业，但需要学习电子、电工技术知识的学生。对于这类读者来说，本丛书是一套非常好的课外辅导书。
本套丛书在编写过程中得到了易天教学网很多老师的支持，其中蔡玉山、詹春华、黄勇、何慧、黄晓玲、蔡春霞、邓艳姣、刘凌云、刘海峰、刘元能、邵永亮、何宗昌、朱球辉、何彬、蔡任英和邵永明等参与了部分章节的编写工作，在此一致表示感谢。由于我们水平有限，书中错误和疏漏之处在所难免，望广大读者和同仁予以批评指正。编者前言
本书主要介绍了单片机的软、硬件技术，通过本书的学习，有一定电子技术基础的读者可以轻松地掌握单片机技术。
一、本书章节内容
本书共分8章：
第1章 单片机入门 本章主要介绍了单片机的概念，应用系统的结构、工作过程、开发过程，单片机的应用领域等基础知识。
第2章 单片机硬件原理 本章主要介绍了单片机的结构、各引脚功能、基本工作条件、I/O接口以及单片机内部的存储器。
第3章 单片机的开发过程 本章主要介绍了单片机的硬件开发过程和软件开发过程，通过本章的学习，读者可以了解到单片机开发的全过程。
第4章 单片机编程 本章主要介绍了有关编程的基础知识、单片机的寻址方式、指令系统及单片机的伪指令等。
第5章 中断技术本章 主要介绍了中断的基础知识、中断系统的结构和中断程序的编写。
第6章 定时器 /计数器 本章主要介绍了定时器 /计数器的基础知识和定时器/计数器的结构、工作原理、控制及应用。
第7章 串行通信技术 本章主要介绍了串行通信的基础知识、串行通信口的结构与工作原理、串行通信的四种工作方式及串行通信口的应用。
第8章 接口技术 本章主要介绍了单片机的输入接口和输出接口。
二、本书学习建议
在学习本书时，建议读者：（1）从前往后逐章节阅读本书，每次不要阅读太多内容，重在理解和掌握。遇到难以理解的知识可以跳过去，等学习完后续内容，理解能力提高了，再重新学习这些内容。（2）学习时，建议在计算机中安装 Keil软件，并且要掌握 Keil软件的使用方法，以便能熟练地编译、仿真和调试程序。若条件允许，最好配备相应的实验板、仿真器和编程器。（3）在学习第 4章“单片机编程”时，由于单片机的指令较多，大多数初学者一时可能无法记住，但应认真阅读以了解各个指令的功能和应用。另外，读者在学习编程时，应先看懂程序，然后尝试着编写一些简单的程序，以提高自己的动手能力。（4）如果阅读时遇到难理解的问题，可以参考其他相关书籍，也可以登录易天教学网 www.eTV100.com，通过观看与本书配套的多媒体教学辅导材料进行学习。
本书在编写过程中得到了许多老师的支持，其中蔡玉山、詹春华、黄勇、何慧、黄晓玲、蔡春霞、邓艳姣、刘凌云、刘海峰、刘元能、邵永亮、何宗昌、朱球辉、何彬、蔡任英和邵永明等参与了资料的收集和部分章节的编写工作，在此一致表示感谢。由于我们水平有限，书中的错误和疏漏在所难免，望广大读者和同仁予以批评指正。编者 第1章单片机入门
本章知识结构
1.1 概述
1.1.1 什么是单片机
1.1.2 单片机应用系统的结构与工作过程
1.1.3 单片机的开发过程
1.1.4 单片机的应用
1.2 单片机基础知识
1.2.1 单片机基础电路
1.2.2 数制与数制的转换
1.2.3 单片机中数的表示及运算1.1 概述1.1.1 什么是单片机
单片机是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称，由于单片机主要用于控制领域，所以国际上通常将单片机称作微型控制器（ Microcontroller Unit，MCU）。单片机与微型计算机都是由 CPU、存储器和输入 /输出接口（ I/O接口）等组成的，但两者又有所不同，微型计算机和单片机的基本结构分别如图1-1（a）、（b）所示。图1-1 微型计算机与单片机的结构
从图1-1可以看出，将CPU、存储器和输入/输出接口等部件安装在电路板上，外部输入/输出设备（I/O设备）通过电路板上的接插件与输入/输出接口连接起来就组成了微型计算机。如果将 CPU、存储器和输入 /输出接口等做在一块集成电路内部，这种集成电路就是单片机，输入/输出设备通过单片机的引脚与内部输入/输出接口连接。图1-2所示就是一个40个引脚的单片机，其内部集成了CPU、存储器和输入/输出接口等电路。图1-2 一种单片机外形
微型计算机可以根据需要更换电路板上的CPU、存储器和输入/输出接口部件，从而提升性能和扩展功能；而单片机是无法更换CPU、存储器和输入/输出接口的（因为它们都做在一块集成电路内部），如果要进行复杂的控制，可以选用功能强大的单片机。
与单片机相比，微型计算机具有性能高、功能强的特点，但其价格昂贵，并且体积大。所以在一些不是很复杂的控制方面，如电动玩具、缤纷闪烁的霓虹灯和家用电器中完全可以采用价格低廉的单片机来进行控制。1.1.2 单片机应用系统的结构与工作过程
1．结构
将CPU、存储器和输入/输出接口等制作在一块集成电路中就构成了单片机，但单独一块单片机集成电路是无法工作的，必须给它加一些外围电路，构成单片机应用系统才可以工作。典型的单片机应用系统的结构如图1-3所示。从图1-3中可以看出，一个典型的单片机应用系统包括单片机、输入电路和输入部件、输出电路和输出部件。
2．工作过程
图1-4所示为VCD影碟机托盘进出单片机控制电路，下面以它为例，说明单片机应用系统的工作过程。图1-3 典型的单片机应用系统的结构图1-4 VCD托盘进出单片机控制电路
当按“出盒”键后，影碟机的托盘被推出机器，在托盘上放好光盘，然后往机器内轻推托盘，托盘马上将托盘检测开关S压上闭合，在A点得到一个低电平，该电平送到单片机后，单片机马上输出控制信号（高电平），该信号通过R2送到驱动管VT的基极，VT导通，有电流通过电动机，电动机运转将托盘收回到机器内；一旦托盘完全进入机器，与托盘联动的托盘检测开关S断开，A点得到一个高电平，该电平送入单片机后，单片机马上输出控制信号（低电平），驱动管VT截止，电动机停转。1.1.3 单片机的开发过程
单片机的开发主要指单片机应用系统的开发，包括硬件开发和软件开发。
硬件开发是指根据单片机要实现的控制功能开发出实际的电路，如设计图1-4所示的VCD影碟机托盘进出单片机控制电路就是硬件开发。
软件开发是指为单片机编写程序，使单片机在程序的控制下，接收输入端送入的信号并发出相应的控制信号，驱动硬件电路工作，从而实现相应的控制功能。如在图1-4所示的电路中，单片机要随时检测输入端有无信号输入。如果有信号输入，是高电平还是低电平，若是低电平输入应发出什么控制信号，若是高电平输入又应发出什么控制信号，这些都是由单片机内部的程序决定的。
单片机的开发一般按图1-5所示的流程图来进行，单片机的详细开发过程将在第3章介绍。图1-5 单片机开发过程1.1.4 单片机的应用
单片机的应用非常广泛，已深入到工业、农业、商业、教育、国防及日常生活等各个领域。下面简单介绍一下单片机在一些领域的应用。
1．单片机在家电方面的应用
单片机在家电方面的应用主要有：彩色电视机、影碟机内部的控制系统；数码相机、数码摄像机中的控制系统；中高档电冰箱、空调器、电风扇、洗衣机、加湿机和消毒柜中的控制系统；中高档微波炉、电磁灶和电饭煲中的控制系统等。
2．单片机在通信方面的应用
单片机在通信方面的应用主要有：移动电话、传真机、调制解调器和程控交换机中的控制系统；智能电缆监控系统、智能线路运行控制系统和智能电缆故障检测仪等。
3．单片机在商业方面的应用
单片机在商业方面的应用主要有：自动售货机、无人值守系统、防盗报警系统、灯光音响设备、IC卡等。
4．单片机在工业方面的应用
单片机在工业方面的应用主要有：数控机床、数控加工中心、无人操作、机械手操作、工业过程控制、生产自动化、远程监控、设备管理、智能控制和智能仪表等。
5．单片机在航空、航天和军事方面的应用
单片机在航空、航天和军事方面的应用主要有：航天测控系统、航天制导系统、卫星遥控遥测系统、载人航天系统、导弹制导系统和电子对抗系统等。
6．单片机在汽车方面的应用
单片机在汽车方面的应用主要有：汽车娱乐系统、汽车防盗报警系统、汽车信息系统、汽车智能驾驶系统、汽车全球卫星定位导航系统、汽车智能化检验系统、汽车自动诊断系统和交通信息接收系统等。1.2 单片机基础知识1.2.1 单片机基础电路
单片机内部主要由数字电路组成。为了在分析单片机内部电路结构时更容易理解，这里简单介绍一下单片机中常用的基础电路。
1．与门
与门如图1-6所示。它是一个由二极管和电阻构成的电路，其中A、B为输入端，Y为输出端，+5V电压经R1、R2分压，在E点得到+3V的电压。（1）工作原理
当A、B两端同时输入低电平（0V）时，由于E点电压为3V，所以二极管VD1、VD2都导通，E点电压马上下降到0.7V（低电平）。即当A、B端均输入低电平“0”时，Y端输出低电平“0”。
当A端输入低电平（0V）、B端输入高电平（5V）时，由于E点电压为3V，所以二极管VD1马上导通，E点电压下降到0.7V。此时VD2正端电压为0.7V，负端电压为5V，VD2处于截止状态。即当A端输入低电平“0”、B 端输入高电平“1”时，Y端输出低电平“0”。
当A端输入高电平（5V）、B端输入低电平（0V）时，VD1截止，VD2导通，E点电压为0.7V（低电平）。即当A端输入高电平“1”、B端输入低电平“0”时，Y端输出低电平“0”。
当A、B端同时输入高电平（5V）时，VD1、VD2均不能导通，E点电压为3V（高电平）。即当A、B两端都输入高电平“1”时，Y端输出“1”。图1-6 二极管与电阻构成的与门
由此可见，与门的特点是：只有输入端都输入高电平时，输出端才会输出高电平；只要有一个输入端输入低电平，输出端就会输出低电平。（2）真值表
真值表是列举电路的各种输入值和对应输出值的表格。它能使人们直观地看出电路的输入与输出之间的关系。表1-1是上述与门的真值表。表1-1 与门的真值表（3）逻辑表达式
真值表虽然能直观描述电路的输入和输出之间的关系，但比较麻烦且不便记忆。为此可以用一个关系式来表示电路的输入与输出之间的关系，该关系式称为逻辑表达式。上述与门的逻辑表达式为Y=A·B
式中A、B之间的“·”表示“与”，读作“A”与“B”（或“A”乘“B”）。（4）逻辑符号
图1-6所示的与门由4个元器件组成，在画图和分析时很不方便，为此用一个简单的符号来表示整个与门，该符号称为逻辑符号。与门的逻辑符号如图1-7所示，其中旧符号是指早期采用的符号，常用符号是指有些国家采用的符号，新标准符号是指我国公布的最新的标准符号。
2．或门（1）逻辑符号
或门的逻辑符号如图1-8所示。图1-7 与门逻辑符号图1-8 或门逻辑符号（2）逻辑表达式
或门的逻辑表达式为Y=A+B（3）真值表
或门的真值表见表1-2。表1-2 或门的真值表
由或门的真值表可以看出，或门的特点是：只要有一个输入端输入高电平，输出端就会输出高电平；只有输入端都为低电平时，输出端才输出低电平。
3．非门（1）逻辑符号
非门的逻辑符号如图 1-9所示。图1-9 非门逻辑符号（2）逻辑表达式
非门的逻辑表达式为
式中的“－”表示非（或相反）。（3）真值表
非门的真值表见表 1-3。表1-3 非门的真值表
由非门的真值表可以看出，非门的特点是：输入状态与输出状态总是相反。
4．与非门
与非门由一个与门和一个非门组成，其逻辑结构及逻辑符号如图 1-10所示。图1-10 与非门的逻辑结构及逻辑符号（1）工作过程分析
与非门的工作过程比较简单，下面以图 1-10（a）来说明。
当A端输入“0”、B端输入“1”时，与门的 C端（输出端）会输出“0”，C端的“0”送到非门的输入端，结果非门的 Y端（输出端）输出“1”
A、B端的其他 3种输入情况读者可以按上述方法分析，这里不再赘述。（2）逻辑表达式
与非门的逻辑表达式为
根据逻辑表达式很容易求出输入值和对应的输出值，例如当 A=0、B=1时，Y=1。（3）真值表
与非门的真值表见表1-4。表1-4 与非门的真值表
由与非门的真值表可以看出，与非门的特点是：只有输入端都为高电平时，输出端才输出低电平；只要有一个输入端为低电平，输出端就为高电平。
5．或非门
或非门由一个或门和一个非门组合而成，其逻辑结构及逻辑符号分别如图1-11（a）、图1-11（b）所示。图1-11 或非门的逻辑结构及逻辑符号（1）工作过程分析
或非门的工作过程比较简单，下面以图1-11（a）来说明。
当A端输入“0”、B端输入“1”时，或门的C端（输出端）会输出“1”，C端的“1”送到非门的输入端，结果非门的Y端（输出端）输出“0”。
A、B端的其他3种输入情况读者可以按上述方法分析，这里不再赘述。（2）逻辑表达式
或非门的逻辑表达式为
例如当A=0、B=1时，Y=0。（3）真值表
或非门的真值表见表1-5。表1-5 或非门的真值表
由或非门的真值表可以看出，或非门的特点是：只有输入端都为低电平时，输出端才为高电平；只要输入端有一个高电平，输出端就为低电平。
6．三态门（1）逻辑符号
三态门的逻辑符号如图1-12所示。
三态门有输入端、输出端和控制端三端，它的输出不但取决于输入，还与控制端有关。
以图1-12（a）所示的高电平有效型三态门为例，若控制端EN = 1，输出端与输入端反相，即如果A = 1时，输出端Y = 0；若EN = 0，输入端与输出端之间相当于开路，三态门处于高阻状态（又称悬浮状态或禁止状态），输入信号无法通过三态门。图1-12 三态门逻辑符号（2）三态门的应用
在单片机中三态门常用于数据传送电路，利用它不但可以进行单向数据传送，还能进行双向数据传送。用三态门构成的数据传送电路如图1-13所示。图1-13 三态门数据传送电路
图1-13（a）为三态门构成的单向数据传送电路。当控制端EN=1时，两个三态门都导通，存储器输出的数据可以通过这两个三态门送到两根数据总线上。
图1-13（b）为三态门构成的双向数据传送电路。当控制端EN=1时，三态门A导通，三态门B处于禁止状态，存储器输出的数据可以通过三态门A送到数据总线上；当控制端EN=0时，三态门A处于禁止状态，三态门B导通，数据总线上的数据可以通过三态门B送入存储器。
7．寄存器
单片机内部有大量寄存器，寄存器是一种能够存储数据的电路，由触发器构成。（1）触发器
触发器是一种具有记忆存储功能的电路，由门电路组成。常见的触发器包括：RS触发器、D触发器和JK触发器等，其中D触发器最为常用。D触发器的逻辑符号如图1-14所示。
从图1-14中可以看出，D触发器的端子包括：输入端D、输出端Q、反相输出端、时钟脉冲输入端CLK、置“0”端R和置“1”端S。图1-14 D触发器逻辑符号 A
数据存储过程：当D触发器的D端输入数据“1”时，数据并不能马上被存入触发器，只有CLK端时钟脉冲信号上升沿（即低电平转为高电平时）到来时，“1”才能被存入触发器，存入后Q端输出“1”，端输出“0”。也就是说，只有时钟脉冲上升沿到来时，D触发器才能将输入端的数据存储起来，并从Q端输出。
D触发器的置“0”和置“1”：当置“0”端R为低电平时，触发器被置“0”，即Q端为“0”；当置“1”端S为低电平时，触发器被置“1”，即Q端为“1”。（2）寄存器
寄存器是单片机内部的基本存储单元，由触发器构成，一个触发器就是 1位寄存器。图1-15是一种由D触发器构成的4位寄存器。
在工作时，寄存器先让清0线为低电平，该低电平送到各触发器的CLR端（实际为D触发器的R端），将各触发器清0，Y3Y2Y1Y0=0000；然后将数据送到各触发器输入端，当CLK端的时钟脉冲上升沿到来时，输入端的数据就被存入到各触发器中，并从输出端输出。图1-15 由 D触发器构成的 4位寄存器
8．锁存器
锁存器也是一种能存储数据的电路。其特点是当锁存信号没有到来时，输出端的状态随输入端状态的变化而变化；当锁存信号来到时，输入端的数据被锁存到输出端，即当输入端的信号再变化时输出端不会发生变化。下面以图1-16来说明锁存器的工作原理。图1-16 锁存器示意图
当锁存器的控制端EN=1时，锁存器输出端Y与输入端A的状态保持一致，即A端数据变化时，Y端数据也变化；当锁存器的控制端EN由“1”变为“0”时，输入端此刻的数据马上被锁存到输出端，在EN=0期间，输出端的数据始终保持不变，不会随输入端而变化；当EN又变为“1”时，即取消锁存，输出端又会随输入端的变化而变化。1.2.2 数制与数制的转换
1．数制
数制就是数的进位制。日常生活中经常会接触到 0、7、8、9、168、295等这样的数字，它们的进位制为十进制。另外，还有二进制和十六进制等。（1）十进制数
十进制数有以下特点。
①有 10个不同的数码： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。任意一个十进制数均可以由这 10个数码组成。
②遵循“逢十进一”的计数原则。
对于任意一个十进制数 N，它都可以表示成：
式中，m和 n为正整数；a ，a ，…，a 称为数码；10称n−1n−2−mn−1n−2−m作基数；10 ，10 ，…， 10 是各位数码的“位权”。
例如，根据上面的方法可以将十进制数 3259.46表示成：3210−1−23259.46=3×10 +2×10 +5×10 +9×10 +4×10 +6×10 。（2）二进制数
十进制是最常见的数制，此外，还有二进制、八进制、十六进制等。在数字电路中，二进制用得最多。
1）二进制数的特点
二进制数有以下特点。
①有两个数码： 0和 1。任何一个二进制数都可以由这两个数码组成。
②遵循“逢二进一”的计数原则。
对于任意一个二进制数Ｎ，它都可以表示成：−m
式中，m和 n为正整数；a ，a ，…，a 称为数码；2称作n−1n−2n−1n−2−m基数；2 ，2 ，…， 2 是各位数码的“位权”。43
例如：二进制数 11011.01可表示为：11011.01B=1×2 +1×2 +0210−1−2×2 +1×2 +1×2 +0×2 +1×2 。
注：为了说明数据为二进制数，一般在数据后加上“B”，十六进制数加上“ H”。
2）二进制数的四则运算
①加法运算。加法运算的法则是：“逢二进一”。具体有
0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10
当遇到“1+1”时向相邻高位进1。
例如：求1011B+1011B=？可以用与十进制数相同的竖式计算
即1011B+1011B=10110B
②减法运算。减法运算的法则是：“借一当二”。具体有
0−0=0 1−0=1 1−1=0 10−1=1
当遇到“0−1”时，需向高位借1当2用。
例如：求1100B−111B=?
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]