单片机的C语言程序设计与应用―基于Proteus仿真

☆ 提供配套电子课件、程序代码、实验和习题参考结果等。☆ 附大量实例及详细说明与注释。☆ 硬件设计实例可在Keil和Proteus软件平台上直接运行。◎ 单片机的C语言（C51）概述◎ 51系列单片机硬件与C51编程基础◎ P0~P3口输入/输出、中断系统、定时器/计数器、串行口、并行扩展、外部串行扩展的C51编程◎ μVision2与Proteus使用基础

本书是普通高等教育"十一五”国家级规划教材，以51系列单片机和C语言为基础，全面系统地介绍单片机的C语言程序设计与应用的基本问题。本书主要内容包括：单片机的C语言概述，51系列单片机硬件与C语言编程基础，P0~P3口输入/输出、中断系统、定时器/计数器、串行口、并行扩展、串行扩展的C51编程，?Vision2与Proteus使用基础等。本书提供大量实例及详细说明与注释，硬件设计实例均可在Keil和Proteus软件平台上直接运行，每章后附本章小结、习题、实验与设计等，提供电子课件、Proteus仿真电路及程序代码、习题参考答案。

姜志海，男，山东理工大学教授，长期从事高等学校电子信息领域相关课程一线教学，主持和参与多项***和省部级科研和教研项目，教学和科研经验丰富。出版多部著作，是优秀的资深高等教材作者。

目 录
第1章 单片机的C语言概述 1
1．1 单片机的C语言 1
1．1．1 单片机的C语言（C51）的特点 1
1．1．2 单片机的C语言和标准C语言的
比较 2
1．1．3 单片机的C语言与汇编语言的优
势对比 2
1．2 硬件及软件环境 6
1．2．1 硬件环境 6
1．2．2 软件环境 8
本章小结 8
习题 8
第2章 51系列单片机硬件及C51编程
基础 9
2．1 51单片机的总体结构 9
2．1．1 内部结构 9
2．1．2 外部引脚说明 10
2．1．3 CPU的时序周期 13
2．2 51单片机的存储器 14
2．2．1 程序存储器 14
2．2．2 数据存储器 15
2．2．3 特殊功能寄存器 17
2．3 C51语言的数据 20
2．3．1 常量 20
2．3．2 变量 22
2．4 C51语言对单片机主要资源的
控制 25
2．4．1 特殊功能寄存器的C51语言
定义 25
2．4．2 绝对地址的访问 27
2．5 C51语言的基本运算与流程控制
语句 28
2．5．1 基本运算 28
2．5．2 分支判断――if、switch语句 30
2．5．3 循环控制――while、for语句 32

2．5．4 break、continue、return和goto
语句 34
2．6 C51语言的数组、指针、函数 36
2．6．1 数组 36
2．6．2 指针 38
2．6．3 函数 39
2．7 C51语言的预处理命令及汇编语句
的嵌入 42
2．7．1 文件包含、宏定义、条件编译 42
2．7．2 C51中汇编语句的嵌入 44
2．8 C51程序 45
2．8．1 C51的程序结构 45
2．8．2 C51编程规范及注意事项 47
2．8．3 C51的标识符与关键字 48
本章小结 50
习题 50
第3章 P0～P3口输入/输出的C51编程 52
3．1 51单片机的P0～P3口基础知识 52
3．1．1 P0～P3口结构 52
3．1．2 P0～P3口特点总结 53
3．2 输出操作 54
3．2．1 基本输出操作举例――字节输出
与位输出 54
3．2．2 扩展输出操作举例――流水灯与
霹雳灯 55
3．2．3 扩展输出操作举例――8段LED
数码显示器 57
3．3 输入操作 62
3．3．1 闸刀型开关输入信号 63
3．3．2 单个按钮型开关输入信号 64
3．3．3 多个按钮型开关输入信号――
键盘 66
3．4 实验与设计 72
实验1 闸刀型开关输入/8段LED静态
显示输出 72

实验2 按钮型开关输入/8段LED静态
显示输出 72
设计1：计时秒表的设计 74
设计2：模拟交通信号灯控制装置的
设计 74
本章小结 74
习题 75
第4章 中断系统的C51编程 76
4．1 中断系统结构与中断控制 76
4．1．1 中断系统结构 76
4．1．2 特殊功能寄存器 77
4．2 中断优先级与中断函数 78
4．2．1 中断优先级 78
4．2．2 中断函数的结构形式 80
4．3 外部中断源的C51编程 80
4．3．1 外部中断源初始化 80
4．3．2 编程示例 81
4．4 实验与设计 84
实验1 按钮型开关模拟外部中断
实验 84
实验2 外部中断优先级实验 85
设计：出租车计价器里程计量装置的
设计 87
本章小结 87
习题 88
第5章 定时器/计数器的C51编程 89
5．1 51单片机的定时器/计数器 89
5．1．1 结构 89
5．1．2 特殊功能寄存器 90
5．2 定时器/计数器工作模式 91
5．3 定时器/计数器的应用举例 94
5．3．1 定时器/计数器的初始化 95
5．3．2 应用举例 96
5．4 实验与设计 102
实验1 按钮型开关模拟计数器实验 102
实验2 定时器实验 103
设计1：出租车计价器里程计量装置
的设计 104
设计2：计时钟的设计（倒计时） 104
本章小结 104
习题 105
第6章 串行口的C51编程 106
6．1 51单片机串行口基础知识 106
6．1．1 串行口的结构原理 106
6．1．2 串行口的应用控制 107
6．2 51单片机串行口的工作方式 108
6．2．1 串行口工作方式0 108
6．2．2 串行口工作方式1 112
6．2．3 串行口工作方式2 116
6．2．4 串行口工作方式3 119
6．3 51单片机串行口的应用举例 122
6．3．1 串行口编程基础 122
6．3．2 串行口应用举例 124
6．4 实验与设计 127
实验1 串行口控制的流水灯实验 127
实验2 两个单片机通信实验 127
本章小结 129
习题 130
第7章 外部并行扩展的C51编程 131
7．1 51单片机并行I/O口扩展基础 131
7．1．1 系统扩展总线结构图 131
7．1．2 数据线、控制线的连接 132
7．1．3 译码信号的形成――系统扩展
的寻址 132
7．2 可编程的I/O接口芯片8255A的
C51编程 135
7．2．1 8255A简介 135
7．2．2 利用8255A扩展并行的输入/输出
口示例 139
7．2．3 利用Intel 8255A作为8段LED
静态显示输出口的示例 140
7．2．4 利用Intel 8255A作为8段LED
动态显示输出口的示例 141
7．3 D/A与A/D转换器的C51编程 143
7．3．1 D/A转换器基础 143
7．3．2 8位并行D/A转换器DAC0832 145
7．3．3 A/D转换器基础 150
7．3．4 8位并行A/D转换器ADC0809 151
7．4 液晶显示器的C51编程 155
7．4．1 字符型LCD1602液晶显示模块
的C51编程 155

7．4．2 点阵式带汉字库12864液晶显示
模块接口技术 160
7．5 实验与设计 168
实验1 DAC0832单缓冲实验 168
实验2 ADC0809实验 169
设计1：电子密码锁的设计 171
设计2：波形发生器的设计 171
本章小结 171
习题 172
第8章 外部串行扩展的C51编程 173
8．1 I2C总线器件的C51编程 173
8．1．1 认识I2C总线接口 173
8．1．2 I2C总线典型器件AT24C02
应用举例 175
8．2 SPI总线器件的C51编程 180
8．2．1 认识SPI总线 181
8．2．2 SPI总线典型器件X25045应用
举例 182
8．3 单总线的C51编程 186
8．3．1 认识单总线 186
8．3．2 单总线典型器件DS18B20应用
举例 187
8．4 串行A/D接口芯片TLC2543的
C51编程 193
本章小结 196
习题 197
第9章 μVision2与Proteus使用基础 198
9．1 μVision2集成开发环境 198
9．1．1 File、Edit和View菜单 199

9．1．2 Project、Debug和Flash菜单 201
9．1．3 Peripherals、Tools和Window
菜单 202
9．2 用μVision2建立与调试工程 203
9．2．1 工程创建、设置、编译与链接 203
9．2．2 用μVision2调试工程 207
9．2．3 C51程序调试举例说明――
HELLO．C 211
9．2．4 Keil C51的调试技巧及举例 213
9．3 Proteus快速入门 216
9．3．1 集成Proteus ISIS环境 216
9．3．2 电路原理图设计 221
9．4 Proteus仿真工具介绍 226
9．4．1 探针 226
9．4．2 虚拟仪器 226
9．4．3 信号发生器 227
9．4．4 仿真图表 227
9．5 Proteus软件中的C51程序运行与
调试 228
9．5．1 驱动的安装 228
9．5．2 Keil和Proteus的配置 228
9．5．3 Keil和Proteus的调试过程 229
本章小结 229
习题 230
附录A ASCII码字符表 231
附录B 单片机应用资料查询方法 232
附录C Proteus常用分离器件名称 233
参考文献 234

前 言

在单片机应用系统设计中，软件编程占据着非常重要的地位。尤其是随着单片机技术的发展，嵌入式系统的推广和应用，硬件的集成化程度越来越高，同时对软件编程的要求也越来越高。这就要求单片机开发人员能在短时间内编写出执行效率高、运行可靠的代码。同时，由于实际系统的日趋复杂，对使用代码的规范性、模块化的要求越来越高，要方便多个设计参与者以软件工程的形式进行协同开发。在这种形势下，仅靠单片机在推广应用的初期使用的汇编语言来进行软件开发是远远不够的。

C语言是近年来在国内外普遍使用的一种程序设计语言。C语言能直接对计算机硬件进行操作，既有高级语言的特点，又有汇编语言的特点，因此在单片机应用系统开发过程中得到了非常广泛的应用。在单片机应用系统设计与开发过程中，只要简单地熟悉相应单片机的硬件结构，利用C语言作为编程语言，就可以大大缩短开发周期。C语言已成为举世公认的高效简洁而又贴近硬件的编程语言之一。

以51单片机为硬件基础，以C语言为软件编程基础，对于学习单片机的C语言程序设计是一种快捷的入门方式。51系列单片机，由于其具有集成度高、处理能力强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点，迅速占领了自动控制系统和智能仪器仪表行业的主要市场，在我国得到了广泛的应用，并取得了令人瞩目的成果。尽管目前世界各大公司研制的各种高性能、不同型号的单片机不断问世，但由于51单片机具有易于学习和掌握、性价比高等优点，并且以51单片机基本内核为核心的各种扩展和增强型的单片机不断推出，另外由于51单片机内核技术几乎包含了单片机理论基础和技术的全部，具有较好的系统性和完整性，再加上几十年来，国内已积累了丰富的技术资料、完整的实验环境与开发设备，因此51系列单片机技术非常适合课堂教学，学懂、弄通51单片机的基本理论与应用技术，也就打好了学习、应用单片机的基础，即使学、用其他系列的单片机也就不难了。

本书是一本专门讲解单片机的C语言（C51）编程的教材，以由浅入深、相互贯穿、重点突出、文字叙述与典型代码实例相结合为原则，向每位单片机、嵌入式爱好者和开发者全面介绍C51语言程序的编写。本书第4版仍然保持第3版的写作风格，在内容上对第3版进行了仔细的修订，使叙述更加合理和顺畅，更便于阅读和理解。全书共9章，主要内容包括：单片机的C语言概述，51系列单片机硬件与C51编程基础，51系列单片机P0～P3口输入/输出、中断系统、定时器/计数器、串行口、并行扩展、串行扩展的C51编程、Keil ?Vision2与Proteus使用基础等。每章后附本章小结、习题等。

本书提供大量实例供读者学习，在掌握了实例的基础上又给读者推出了“修改”内容，目的是让读者根据实例能自己编写满足要求的程序，所有实例均可在Keil和Proteus软件平台上直接运行。主要章节提供了“实验与设计”内容，在实验上给出实验的目的、电路、基本内容、参考程序，读者在掌握基本实验的基础上可以根据具体情况对实验进行丰富与设计；设计部分是为了锻炼学生综合分析问题与解决问题的能力，在硬件和软件上都提出了设计要求，学生可以根据所学知识在硬件和软件上进行详细的设计。另外，对有些重要的内容进行了重点的“强调”，强调的目的是提醒读者在学习该部分内容时要重点注意这些问题。本书提供相关的电子课件、程序代码、习题参考答案，可登录华信教育资源网http://www.hxedu.com.cn注册下载。

本书的主要特色是，在介绍单片机的C语言程序设计的过程中清晰地说明单片机的所有功能，并对每项功能给出实例代码，同时详细介绍单片机的C语言开发与仿真环境的使用，透彻分析单片机的C语言语法和语义，以及开发过程中可能存在的问题和难点。

本书的另一个特点是突破了传统的软、硬件截然割裂的做法，使读者对嵌入式系统的开发有一个整体的了解。相信本书的这一特点会节省读者进入嵌入式C语言领域的时间，同时能够更清楚地认识应用系统开发的过程，深入理解单片机的C语言编程机制。

本书由山东理工大学姜志海、烟台汽车工业职业学院姜沛勋编写。第3、4、5、6、7、8章由姜志海编写；第1、2、9章由姜沛勋编写；全书由姜志海负责整理与统稿。

本书在编写过程中得到了许多专家和同行的大力支持与热情帮助，他们对本书提出了许多建设性的建议和意见，在此一并表示衷心的感谢。

鉴于编者的水平有限，加之新的编程技术不断涌现，书中难免有不完善之处，恳请广大读者批评指正。反馈信息请发送至wyj@phei.com.cn。

作 者

2020年5月