單片微機原理與接口技術：基于STC15系列單片機（簡體書）

STC15系列增強型8051單片機集成了上電複位電路與高精准R/C振盪器，給單片機芯片加上電源就可跑程序；集成了大容量的程序存儲器、數據存儲器以及EEPRM，集成了A/D、PWM、SPI等高功能接口部件，可大大地簡化單片機應用系統的外圍電路，使單片機應用系統的設計更加簡捷，系統性能更加高效、可靠。本教材以STC15F2K60S2單片機為主線，強化單片機的應用性與實踐性，系統地介紹了STC15F2K60S2單片機的硬件結構、指令系統與應用編程，單片機應用系統的開發流程與接口設計，同時提出多種實踐模式：KeilC集成開發環境、Proteus仿真軟件以及實物運行開發環境，使得單片機的學習與應用變得更簡單、更清晰。本書可作為普通高校計算機類、電子信息類、電氣自動化與機電一體化等專業的教學用書，基礎較好的高職高專也可選用本書。本書還可作為電子設計競賽、電子設計工程師考證的培訓教材。本書也是傳統8051單片機應用工程師升級轉型的重要參考書籍。

丁向榮

廣東輕工職業技術學院教授，多年從事單片機應用技術科研和教學工作，具備豐富的實踐和教學經驗，其在電子工業出版社出版的STC系列單片機教材理念超前，內容精煉實用，獲得各地院校的廣泛認可，在市面上同類教材中銷量領先。

序
21世紀全球全面進入了計算機智能控制/計算時代，而其中的一個重要方向就是以單片機為代表的嵌入式計算機控制/計算。由於最適合中國工程師/學生入門的8051單片機有30多年的應用歷史，絕大部分工科院校均有此必修課，有幾十萬名對該單片機十分熟悉的工程師可以相互交流開發/學習心得，有大量的經典程序和電路可以直接套用，從而大幅降低了開發風險，極大地提高了開發效率，這也是宏晶科技基於STC8051系列單片機產品的巨大優勢。
Intel 8051技術誕生於20世紀70年代，不可避免地面臨著落伍的危險，如果不對其進行大規模創新，我國的單片機教學與應用就會陷入被動局面。為此，宏晶科技對STC8051單片機進行了全面的技術升級與創新：全部採用Flash技術（可反復編程10萬次以上）和ISP/IAP（在系統可編程/在應用可編程）技術；針對抗干擾進行了專門設計，超強抗干擾；進行了特別加密設計，如宏晶STC15系列現無法解密；對傳統8051單片機進行了全面提速，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還可當D/A使用）、高速同步串行通信端口SPI、高速異步串行通信端口UART（如宏晶STC15F2K60S2系列集成了兩個串行口，分時複用可當5組串口使用）、定時器（STC15F2K60S2系列最多可實現6個定時器）、看門狗、內部高精准時鐘（±1%溫漂，－40℃～＋85℃之間，可徹底省掉外部昂貴的晶振）、內部高可靠複位電路（可徹底省掉外部複位電路)、大容量SRAM(如STC15F2K60S2系列集成了2KB的SRAM)、大容量EEPROM、大容量Flash程序存儲器等。
在中國民間草根企業掌握了Intel 8051單片機技術，以“初生牛犢不怕虎”的精神，擊潰了歐美競爭對手之後，正在向32位前進的途中，此時欣聞官方國家隊也已掌握了Intel 80386通用CPU技術，不由想起“老驥伏櫪，志在千里”這句話，相信經過數代人艱苦奮鬥，我們一定會趕上和超過世界先進水平！
明知山有虎，偏向虎山行。
感謝Intel公司發明了經久不衰的8051體系結構，感謝丁向榮老師的新書，保證了中國30年來的單片機教學與世界同步。

STC宏晶科技：姚永平
www.STCMCU.com
2012-01-15
=======================================
前 言
本書第1版於2012年8月出版，現已第8次重印。出版以來深受廣大兄弟院校同行的認可，並提出了許多寶貴意見。根據STC單片機發展狀況與當前教學改革的實際需求，以及廣泛徵求了相關院校師生的意見與建議，對本書進行了修訂。在保留教材的應用性、實踐性以及“彙編＋C”有機融合的基礎上，對教材內容進行了完善、升級與拓展，具體情況如下：
（1）為了便於讀者更好地理解教學內容以及教學的需要，採用了多樣化的習題類型：填空、選擇、判斷、問答與程序設計。
（2）全面更新與升級了“第3章 單片機應用的開發工具”教材內容。一是採用了Keil μvision4版本的C語言集成開發環境；二是採用最新的STC－ISP在線編程軟件，優化了在線仿真操作，以及包含了更多便捷的實用編程工具（如給Keil C集成開發環境添加STC器件庫、STC頭文件以及仿真驅動等）。
（3）為了進一步理解微型計算機的基本原理與總線技術，新增了“第14章 微型計算機總線技術”作為選講或拓展內容。
（4）緊密聯繫市場，與時俱進，增加了“第15章 STC新型單片機簡介”，及時瞭解最新STC單片機技術。
（5）為了更好地強化教材的應用性、實踐性以及可操作性，理論與實踐有機融合，新增了“第16章 STC15F2K60S2單片機的實驗指導”，精選了19個教學例程撰寫了19個實驗指導。
（6）調整了附錄內容，編輯了STC15F2K60S2單片機特殊功能寄存器查詢表以及整理了keil C錯誤信息一覽表，便於在學習或工作中進行查詢使用。
本書的改版得到電子出版社的大力支持，以及STC創始人姚永平先生的積極指導，教材相關諮詢也會適時在STC官網（www.stcmcu.com）網站上發佈。
為了配合教學，本書為讀者提供電子教案，可在華信教育資源網網站下載。同時向任課教師免費提供電子版實驗指導與實驗工程文件，以及有什麼建議，或其他教學資源，請您電郵：dingxiangrong65@163.com。
由於編者水平有限。書中定有疏漏和不周之處，敬請讀者不吝指正，懇請您的寶貴意見。

編者2017.1于廣州

目 錄
第1章 微型計算機基礎 1
1.1 數制與編碼 1
1.1.1 數制及轉換方法 1
1.1.2 微型計算機中數的表示方法 3
1.1.3 微型計算機中常用編碼 5
1.2 微型計算機的基本組成 6
1.3 指令、程序與編程語言 7
1.4 微型計算機的工作過程 7
1.5 微型計算機的應用形態 9
本章小結 9
習題1 10
第2章 STC15F2K60S2單片機增強型8051內核 12
2.1 單片機概述 12
2.1.1 單片機的概念 12
2.1.2 常見單片機 12
2.1.3 STC系列單片機 13
2.2 STC15F2K60S2系列單片機資源概述與引腳功能 13
2.2.1 STC15F2K60S2系列單片機資源與功能概述 13
2.2.2 STC15F2K60S2單片機引腳功能 14
2.3 STC15F2K60S2單片機的內部結構 16
2.3.1 STC15F2K60S2單片機的內部結構框圖 16
2.3.2 STC15F2K60S2單片機CPU結構 17
2.4 STC15F2K60S2單片機的存儲結構 18
2.5 STC15F2K60S2單片機的並行I/O口 22
2.5.1 STC15F2K60S2單片機並行I/O口的工作模式 22
2.5.2 STC15F2K60S2單片機並行I/O口的結構 23
2.5.3 STC15F2K60S2單片機並行I/O口的使用注意事項 25
2.6 STC15F2K60S2單片機的時鐘與複位 26
2.6.1 STC15F2K60S2單片機的時鐘 26
2.6.2 STC15F2K60S2單片機的複位 28
本章小結 30
習題2 30
第3章 單片機應用的開發工具 33
3.1 Keil μVision4集成開發環境 33
3.1.1 Keil μVision4集成開發環境概述 33
3.1.2 應用Keil μVision4開發工具編輯、編譯用戶程序，生成機器代碼 34
3.1.3 應用Keil μVision4集成開發環境調試用戶程序 39
3.2 STC15F2K60S2單片機的在線編程與在線仿真 42
3.2.1 STC15F2K60S2單片機的在線編程 42
3.2.2 STC15F2K60S2系列單片機的在線仿真 45
3.3 Proteus仿真軟件實施單片機應用系統的虛擬仿真 47
3.3.1 單片機應用系統與程序功能 48
3.3.2 Proteus繪製電原理圖 48
3.3.3 單片機應用系統的虛擬仿真 52
本章小結 53
習題3 53
第4章 STC15F2K60S2單片機的指令系統 56
4.1 概述 56
4.2 數據傳送類指令 60
4.3 算術運算類指令 66
4.4 邏輯運算類與循環移位類指令 71
4.5 控制轉移類指令 75
4.6 位操作類指令 80
本章小結 83
習題4 84
第5章 STC15F2K60S2單片機的程序設計 88
5.1 匯編語言程序設計 88
5.1.1 程序編制的方法和技巧 88
5.1.2 程序的模塊化設計 89
5.1.3 偽指令 89
5.1.4 匯編語言程序設計舉例 92
5.2 C51程序設計 101
5.2.1 C51基礎 101
5.2.2 C51程序設計舉例 107
本章小結 114
習題5 114
第6章 STC15F2K60S2單片機的存儲器 117
6.1 STC15F2K60S2單片機的程序存儲器 117
6.2 STC15F2K60S2單片機的基本RAM 118
6.3 STC15F2K60S2單片機的擴展RAM（XRAM） 119
6.4 STC15F2K60S2單片機的E2PROM（數據Flash） 122
本章小結 130
習題6 131
第7章 STC15F2K60S2單片機的中斷系統 133
7.1 中斷系統概述 133
7.2 STC15F2K60S2單片機的中斷系統 134
7.2.1 STC15F2K60S2單片機的中斷請求 134
7.2.2 STC15F2K60S2單片機的中斷響應 140
7.2.3 STC15F2K60S2單片機中斷應用舉例 142
7.3 STC15F2K60S2單片機外部中斷的擴展 143
本章小結 145
習題7 145
第8章 STC15F2K60S2單片機的定時/計數器 148
8.1 STC15F2K60S2單片機定時/計數器（T0/T1）的結構和工作原理 148
8.2 STC15F2K60S2單片機定時/計數器（T0/T1）的控制 149
8.3 STC15F2K60S2單片機定時/計數器（T0/T1）的工作 150
8.4 STC15F2K60S2單片機定時/計數器（T0/T1）的應用 154
8.4.1 STC15F2K60S2單片機定時/計數器（T0/T1）的定時應用 154
8.4.2 STC15F2K60S2單片機定時/計數器（T0/T1）的計數應用 158
8.4.3 STC15F2K60S2單片機秒表的設計 160
8.5 STC15F2K60S2單片機的定時器T2 162
8.5.1 STC15F2K60S2單片機的定時器T2的電路結構 162
8.5.2 STC15F2K60S2單片機的定時/計數器T2的控制寄存器 162
8.6 STC15F2K60S2單片機的可編程時鐘 163
8.6.1 STC15F2K60S2單片機的可編程時鐘：CLKOUT0、CLKOUT1、
CLKOUT2 163
8.6.2 STC15F2K60S2單片機可編程時鐘的應用舉例 164
本章小結 165
習題8 165
第9章 STC15F2K60S2單片機的串行口 168
9.1 串行通信基礎 168
9.2 STC15F2K60S2單片機串行口1 170
9.2.1 STC15F2K60S2單片機串行口1的控制寄存器 170
9.2.2 STC15F2K60S2單片機串行口1的工作方式 172
9.2.3 STC15F2K60S2單片機串行口1的波特率 176
9.2.4 STC15F2K60S2單片機串行口1的應用舉例 177
9.3 STC15F2K60S2單片機串行口2 189
9.4 STC15F2K60S2單片機與PC的通信 191
9.4.1 STC15F2K60S2單片機與PCRS－232C串行通信接口的設計 191
9.4.2 STC15F2K60S2單片機與PCUSB串行通信接口的設計 193
9.4.3 STC15F2K60S2單片機與PC串行通信的程序設計 193
9.5 STC15F2K60S2單片機串行口1的中繼廣播方式 195
9.6 STC15F2K60S2單片機串行口硬件引腳的切換 196
本章小結 196
習題9 197
第10章 STC15F2K60S2單片機的A/D轉換 200
10.1 STC15F2K60S2單片機A/D轉換模塊的結構 200
10.2 STC15F2K60S2單片機A/D轉換模塊的控制 201
10.3 STC15F2K60S2單片機A/D轉換模塊的應用 203
本章小結 206
習題10 207
第11章 STC15F2K60S2單片機的PCA模塊 209
11.1 STC15F2K60S2單片機PCA模塊的結構 209
11.2 STC15F2K60S2單片機PCA模塊的特殊功能寄存器 210
11.3 STC15F2K60S2單片機PCA模塊的工作模式與應用舉例 212
11.4 STC15F2K60S2單片機PCA模塊功能引腳的切換 224
本章小結 225
習題11 225
第12章 STC15F2K60S2單片機的SPI接口 227
12.1 STC15F2K60S2單片機SPI接口的結構 227
12.2 STC15F2K60S2單片機SPI接口的特殊功能寄存器 228
12.3 STC15F2K60S2單片機SPI接口的數據通信 230
12.4 STC15FZK60S2單片機SPI接口的應用舉例 233
12.5 STC15F2K60S2單片機SPI接口功能引腳的切換 240
本章小結 241
習題12 241
第13章 單片機應用系統設計與接口技術 242
13.1 單片機應用系統的開發流程 242
13.1.1 單片機應用系統的設計原則 242
13.1.2 單片機應用系統的開發流程 242
13.1.3 單片機應用系統工程報告的編制 246
13.2 單片機人機對話接口設計 247
13.2.1 鍵盤接口與應用編程 247
13.2.2 LED數碼顯示接口與應用編程 255
13.2.3 LCD顯示接口與應用編程 260
13.3 串行總線接口技術與應用設計 282
13.3.1 單總線數字溫度傳感器DS18B20與應用設計 282
13.3.2 I2C串行總線原理與應用 291
13.3.3 基於時鐘芯片PCF8563電子時鐘的設計 297
13.4 電機控制與應用設計 306
13.4.1 直流電機的控制 306
13.4.2 步進電機的控制 311
13.5 STC15F2K60S2單片機的低功耗設計 318
13.5.1 STC15F2K60S2單片機的慢速模式 318
13.5.2 STC15F2K60S2單片機的空閒（等待）模式與停機（掉電）模式 319
13.6 STC15F2K60S2單片機的看門狗定時器 325
13.6.1 看門狗定時器概述 325
13.6.2 STC15F2K60S2單片機看門狗定時器的特殊功能寄存器 326
13.6.3 STC15F2K60S2單片機的看門狗定時器的應用編程 326
本章小結 327
習題13 328
第14章 微型計算機總線擴展技術* 336
14.1 微型計算機的總線結構