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本书以MCS-51单片机、STM32单片机和μC/OS-Ⅱ系统为主线，辅以相应的编程实例，全面系统地阐述单片机与嵌入式系统的原理及应用，是一本重在原理、兼顾理论与实践的实用教程。主要内容包括：概述、MSC-51单片机基本原理、C51语言程序设计、MSC-51单片机内部资源及应用、MSC-51单片机系统扩展、MSC-51单片机的常用接口及应用、ARM嵌入式微处理器及应用、嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ。本书提供配套的电子课件PPT、习题参考答案、程序代码、相关软件操作指南。本书可作为高等院校电子信息类和机电类等专业本、专科单片机与嵌入式课程的教材，或高校大学生创新基地的培训教材，也可供单片机与嵌入式的初学者和从事单片机与嵌入式系统开发的工程技术人员参考。

目 录

第1章 概述1

1.1 嵌入式系统概述1

1.1.1 计算机基本概念1

1.1.2 嵌入式系统的特点3

1.1.3 嵌入式系统的发展与应用5

1.1.4 嵌入式系统的组成6

1.1.5 嵌入式系统的分类7

1.2 单片机概述8

1.2.1 单片机的基本概念8

1.2.2 单片机的主要特点9

1.2.3 单片机的发展及其主要品种9

1.2.4 单片机的应用10

1.3 信息在计算机中的表示11

1.3.1 数制11

1.3.2 码制14

1.3.3 二进制编码17

习题119

第2章 MCS-51单片机基本原理20

2.1 MCS-51单片机简介20

2.2 MCS-51单片机的结构20

2.2.1 MCS-51单片机的基本组成20

2.2.2 MCS-51单片机的内部结构21

2.2.3 MCS-51单片机的外部引脚22

2.3 MCS-51单片机的中央处理器24

2.3.1 运算器25

2.3.2 控制器26

2.4 MCS-51单片机的存储器结构27

2.4.1 程序存储器27

2.4.2 数据存储器28

2.5 MCS-51单片机的输入/输出接口及片外总线32

2.5.1 MCS-51单片机的输入/输出接口32

2.5.2 片外总线结构35

2.6 MCS-51单片机的时序35

2.6.1 机器周期和指令周期35

2.6.2 单机器周期指令的时序36

2.6.3 双机器周期指令的时序36

2.7 MCS-51单片机的工作方式37

2.7.1 复位方式37

2.7.2 程序执行方式38

2.7.3 单步执行方式38

2.7.4 掉电和节电方式38

习题240

第3章 C51语言程序设计42

3.1 C51基本知识42

3.1.1 C语言的特点及程序结构42

3.1.2 C语言与MCS-51单片机44

3.1.3 C51程序结构44

3.2 C51的数据类型46

3.2.1 C51基本数据类型46

3.2.2 C51构造数据类型49

3.3 C51的运算量59

3.3.1 常量59

3.3.2 变量60

3.3.3 地址的访问64

3.4 C51的运算符及表达式66

3.4.1 赋值运算符66

3.4.2 算术运算符66

3.4.3 关系运算符66

3.4.4 逻辑运算符67

3.4.5 位运算符67

3.4.6 复合赋值运算符68

3.4.7 逗号运算符68

3.4.8 条件运算符68

3.4.9 指针与地址运算符69

3.5 表达式语句及复合语句69

3.5.1 表达式语句69

3.5.2 复合语句70

3.6 C51的输入/输出70

3.6.1 格式输出函数printf()71

3.6.2 格式输入函数scanf()72

3.7 C51程序基本结构与相关语句73

3.7.1 C51的基本结构73

3.7.2 if语句74

3.7.3 switch…case语句75

3.7.4 while语句75

3.7.5 do…while语句76

3.7.6 for语句77

3.7.7 循环的嵌套78

3.7.8 break和continue语句78

3.7.9 return语句79

3.8 函数79

3.8.1 函数的定义79

3.8.2 函数的调用与声明82

3.8.3 函数的嵌套与递归84

习题385

第4章 MCS-51单片机内部资源及应用87

4.1 并行I/O输出接口87

4.2 中断系统89

4.2.1 中断的基本概念89

4.2.2 MCS-51单片机的中断系统90

4.2.3 MCS-51中断系统的应用94

4.3 定时/计数器接口96

4.3.1 定时/计数器的主要特性96

4.3.2 定时/计数器T0、T1的结构及工作原理96

4.3.3 定时/计数器的方式寄存器和控制寄存器97

4.3.4 定时/计数器的工作方式98

4.3.5 定时/计数器的初始化编程及应用100

4.4 串行接口103

4.4.1 通信的基本概念103

4.4.2 MCS-51单片机串行接口的功能与结构105

4.4.3 串行接口的工作方式107

4.4.4 串行接口的编程及应用111

习题4124

第5章 MCS-51单片机系统扩展128

5.1 MCS-51单片机的总线系统128

5.1.1 MCS-51单片机的三总线结构128

5.1.2 MCS-51单片机的总线驱动能力及扩展方法129

5.2 MCS-51单片机的小系统129

5.2.1 8051/8751的小系统130

5.2.2 8031的小系统130

5.3 存储器扩展131

5.3.1 存储器扩展概述131

5.3.2 程序存储器扩展133

5.3.3 数据存储器扩展135

5.4 I/O接口扩展136

5.4.1 简单I/O接口扩展136

5.4.2 可编程I/O接口扩展（8255A）137

习题5144

第6章 MCS-51单片机的常用接口及应用145

6.1 键盘接口145

6.1.1 键盘的工作原理145

6.1.2 独立式键盘与MCS-51单片机的接口147

6.1.3 矩阵式键盘与MCS-51单片机的接口147

6.2 LED显示器接口151

6.2.1 LED显示器的结构与原理151

6.2.2 LED显示器的译码方式152

6.2.3 LED数码管的显示方式153

6.2.4 LED显示器与单片机的接口154

6.3 A/D转换器接口156

6.3.1 A/D转换器概述156

6.3.2 ADC0809与MCS-51单片机的接口158

6.4 D/A转换器接口161

6.4.1 D/A转换器概述161

6.4.2 DAC0832与MCS-51单片机的接口163

6.5 行程开关、晶闸管、继电器和蜂鸣器接口167

6.5.1 行程开关、继电器常开触点与MCS-51单片机的接口167

6.5.2 晶闸管与MCS-51单片机的接口168

6.5.3 继电器与MCS-51单片机的接口168

6.5.4 蜂鸣器与MCS-51单片机的接口169

6.6 日历时钟芯片接口169

6.6.1 并行日历时钟芯片DS12887与MCS-51单片机的接口169

6.6.2 串行日历时钟芯片DS1302与MCS-51单片机的接口175

习题6183

第7章 ARM嵌入式微处理器及应用185

7.1 ARM微处理器185

7.1.1 ARM简介185

7.1.2 ARM微处理器系列186

7.1.3 ARM微处理器的应用领域及特点186

7.1.4 ARM微处理器的应用选型187

7.2 ARM微处理器的体系结构188

7.2.1 嵌入式微处理器的体系结构188

7.2.2 ARM微处理器的工作模式及状态190

7.2.3 ARM微处理器的寄存器结构192

7.2.4 ARM微处理器支持的数据类型和存储模式195

7.3 STM32F103系列微控制器的基本原理及应用195

7.3.1 STM32F103系列微控制器内部结构197

7.3.2 STM32F103系列微控制器片内外设概述200

7.3.3 基于标准外设库的软件开发202

习题7205

第8章 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ206

8.1 操作系统概述206

8.1.1 操作系统的作用206

8.1.2 操作系统的特征206

8.1.3 操作系统的发展207

8.2 嵌入式操作系统概述208

8.2.1 嵌入式操作系统的演变208

8.2.2 嵌入式操作系统的特点209

8.2.3 嵌入式操作系统与通用操作系统的区别210

8.2.4 常见的嵌入式操作系统211

8.3 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ简介214

8.3.1 μC/OS-Ⅱ的特点214

8.3.2 μC/OS-Ⅱ的文件结构215

8.4 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ内核216

8.4.1 任务管理216

8.4.2 中断和时间管理220

8.4.3 任务之间的通信与同步221

8.5 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的移植225

8.5.1 移植225

8.5.2 产生可重入代码225

8.5.3 设置与处理器和编译器相关的代码226

8.5.4 与操作系统相关的函数226

8.5.5 时钟节拍中断227

8.5.6 移植测试227

习题8227

附录 应用参考例题228

参考文献258

石坤，博士，副教授，任职于西安理工大学，长期讲授微机原理与接口技术、单片机原理及应用等课程，从事机电一体化、机械装备自动化控制系统等方面的研究工作。

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