MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:何立民

出品人:

页数:494

译者:

出版时间:1990-1

价格:49.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810121361

丛书系列:

图书标签:

• 自动化
• 单片机
• MCS-51
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• 系统配置
• 接口技术
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 微控制器
• 硬件设计
• 实践教程

《MCS-51系列单片机应用系统设计：系统配置与接口技术》 内容概要 引言 本书聚焦于MCS-51系列单片机作为核心控制器，在构建复杂应用系统时所涉及的关键技术环节——系统配置、硬件接口设计以及软件协同工作的方法论。在嵌入式系统设计领域，51系列单片机因其成熟稳定、资源丰富及开发门槛适中的特点，至今仍是教学、科研及工业原型开发中的重要平台。本书旨在提供一套系统化、实践性强的设计指南，帮助读者从原理到实现，全面掌握构建高性能、高可靠性51应用系统的核心技能。 第一部分：MCS-51单片机系统基础与核心配置 本部分奠定系统设计的理论基础，深入解析51内核的工作原理，并着重探讨如何根据应用需求对系统进行最优化的初始配置。 1. MCS-51内核架构回顾与选型考量 详细解析经典的8051指令集、寄存器结构、堆栈操作及中断体系。讨论不同型号（如STC、ATMEL等兼容系列）之间的关键差异，包括内部RAM/ROM大小、片内外设的集成度、最高工作频率以及电源管理特性。重点阐述在项目初期，如何基于功耗、实时性及成本因素进行合理的芯片选型。 2. 时钟与复位电路设计 时钟是单片机系统的“心脏”。深入讲解外部晶振电路（并联与串联谐振模式）、负载电容的计算与选择，以及如何配置内部高精度振荡器。针对系统启动的稳定性，详细剖析了上电复位（POR）、看门狗复位（WDR）和外部手动复位电路的设计规范，包括去抖动电路的处理，确保系统启动的一致性和可靠性。 3. 电源管理与去耦策略 高质量的供电是系统稳定的前提。本章涵盖了从外部电源输入到芯片稳定工作电压的转换（如LDO或DC-DC方案的选择）。着重介绍高频去耦电容的选型、布局（靠近电源引脚的原则），以及大容量滤波电容在电源轨上的分布策略，以有效抑制电源噪声对时序和数据传输的影响。 4. 存储器映射与扩展原理 系统性能往往受限于存储容量。剖析51内部程序存储器（ROM/Flash）和数据存储器（RAM）的组织结构。详述外部存储器（如SRAM、EEPROM、Flash ROM）的连接方法，包括地址译码电路（如74LS138的应用）、数据总线与控制信号（$overline{PSEN}$, $overline{RD}$, $overline{WR}$）的精确时序控制，实现大容量数据的存储与高效访问。 第二部分：关键外部接口技术与驱动实现 此部分是系统实现“交互性”和“功能扩展”的核心，涵盖了与外部世界通信和控制的常用接口技术。 5. 串行通信接口（UART）的深度应用 不仅停留在基本的波特率计算，更深入探讨异步串行通信的优化。包括MAX232/MAX202等电平转换芯片的选择与应用，实现RS-232、RS-485（半双工/全双工控制）的驱动电路设计。在软件层面，讲解中断驱动、查询方式以及DMA方式（针对部分增强型51内核）下的数据收发效率优化。 6. 通用并行I/O口的高级应用与驱动 探讨I/O端口的推挽、开漏、输入浮空模式的选择。重点讲解如何利用I/O口实现对外部高功率器件（如继电器、大功率LED阵列、步进电机驱动器）的驱动电路设计，包括光耦隔离、三极管/MOSFET开关电路的选择，以及钳位保护二极管的应用，确保单片机I/O口的安全性。 7. 定时器/计数器模块的精确控制 深入分析51系列中多功能定时器/计数器的工作模式（模式0到模式3）。结合外部事件计数和脉冲宽度调制（PWM）的应用实例，详细阐述如何通过编程实现高精度延时、周期信号生成以及占空比的动态调整，这是实现精密控制的关键技术。 8. 模数/数模转换接口（ADC/DAC） 在需要进行环境感知或模拟信号输出的系统中，ADC/DAC是必备组件。本章详细介绍如何选择外部高精度ADC芯片（如SAR型、Sigma-Delta型），并阐述通过SPI或I2C等串行总线与51主控进行数据交换的时序要求与数据校验方法。同样涵盖DAC在波形生成中的应用。 9. 外部中断与输入信号的滤波 外部事件触发是实时系统的核心。详细分析两个外部中断源（INT0, INT1）的触发机制（电平/边沿）。特别关注输入信号的硬件去抖动电路设计（RC滤波、施密特触发器），以及软件消抖算法的实现，以避免因机械开关抖动导致的中断误触发。 第三部分：系统集成、调试与可靠性 本部分关注如何将各个模块有机结合，确保系统在实际应用中的健壮性和可维护性。 10. 外部总线与总线仲裁 对于需要连接多个外部存储器或外设的复杂系统，需要理解ALE信号的精确时序。解析如何通过软件控制P0口的多路复用（读/写操作的时序划分），以及在涉及多个主设备的系统中，如何设计简单的总线仲裁逻辑。 11. 人机交互接口设计（显示与输入） 覆盖字符型LCD（如1602/2004）的直接驱动和图形LCD的帧缓存交互方法。针对按键矩阵的扫描与防抖动设计，讲解编码器输入（如旋转编码器）的逻辑处理。重点讨论背光和对比度的动态调节技术。 12. 固件升级与调试接口 介绍ISP（In-System Programming）的原理，包括使用STC-ISP或通用烧录工具对Flash进行在线更新的方法。详细讲解利用串口或JTAG/SWD接口（对于部分增强型51）进行硬件在线调试（仿真）的配置步骤和常用调试命令，以定位硬件和软件层面的复杂故障。 13. 系统可靠性增强措施 探讨在恶劣工业环境中，系统需要采取的防护措施，包括电磁兼容性（EMC）的初步考虑、PCB布局中的地线规划（单点接地、分割接地）、电源输入端的保护（TVS管、保险丝）以及看门狗定时器的有效设置，确保系统长时间运行的稳定性。 结论 本书通过对MCS-51系列单片机在系统配置、接口扩展和可靠性设计上的全面梳理，旨在培养读者将理论知识转化为可运行、可维护的工程实践能力。掌握这些技术，是迈向更复杂嵌入式系统设计的坚实基础。

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