單片機(jī)開發(fā)與典型工程項目實例詳解

前言

　　隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計算機(jī)也隨之大發(fā)展，各種新穎的單片機(jī)層出不窮。單片機(jī)具有體積小、重量輕、應(yīng)用靈活且價格低廉等特點，廣泛地應(yīng)用于人類生活的各個領(lǐng)域，成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化不可缺少的重要工具。人們迫切希望學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)解決各自工作中碰到的技術(shù)問題。為此，我們編寫了本書。　　單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)融合了硬件和軟件的相關(guān)技術(shù)。要完成單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)，用戶不僅需要掌握編程技術(shù)，還需要針對實際應(yīng)用選擇合理的單片機(jī)芯片和外圍器件，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計硬件電路?！　⊥ㄟ^具體的項目案例來學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)是一條科學(xué)而且高效的途徑。在項目案例的選擇上，本書著重突出“應(yīng)用”和“實用”的基本原則，項目案例來源于實踐，具有代表性、技術(shù)領(lǐng)先性，以及應(yīng)用的廣泛性?；谶@個原則，編者從多年實際項目案例出發(fā)，細(xì)致講解單片機(jī)項目的需求、設(shè)計原理、相關(guān)知識、單片機(jī)選型、電路設(shè)計、具體模塊設(shè)計和編碼實現(xiàn)，以使讀者對單片機(jī)項目開發(fā)有系統(tǒng)的認(rèn)識?！　”緯⒅貙⒍嗄甑拈_發(fā)經(jīng)驗和技巧融合到具體項目案例的講解中，為開發(fā)人員提供必要的知識積累，解決實際工程中的問題。在程序開發(fā)語言方面，本書盡量用簡潔的語言來清晰闡述易于理解的概念和思路，并且附帶程序流程圖。同時，對程序代碼作了細(xì)致的中文注釋，有利于讀者舉一反三，快速應(yīng)用和提高?！　”緯鴥?nèi)容　　本書共15章，主要內(nèi)容為：第l章介紹了單片機(jī)開發(fā)的硬件基礎(chǔ)，具體講解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能和存儲器組織等必要的知識。第2章介紹單片機(jī)開發(fā)軟環(huán)境，其中主要介紹了Keil C 51和Microchip的單片機(jī)的軟件開發(fā)環(huán)境，講解了單片機(jī)C語言開發(fā)基礎(chǔ)，此外還講解單片機(jī)混合編程的重要知識，為后期開發(fā)打基礎(chǔ)。第3章介紹了單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)步驟，講解開發(fā)的流程和思路，以及單片機(jī)項目開發(fā)的芯片選型等實用知識。第4章介紹了單片機(jī)系統(tǒng)中常用的數(shù)字濾波和簡單的控制算法。第5章到13章詳細(xì)講解單片機(jī)具體工程的實現(xiàn)，它們是鍵盤接口電路、城市交通指揮系統(tǒng)、IC卡讀寫系統(tǒng)的開發(fā)及其應(yīng)用、陣列式LED顯示屏、無刷直流電機(jī)控制、永磁同步電機(jī)控制、汽車行駛狀態(tài)記錄儀、USB-GPIB控制器的實現(xiàn)、抗干擾技術(shù)和可靠性在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中的重要性。第14章、第15章從軟件和硬件兩個方面介紹了單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)。書中的每個具體的工程均詳細(xì)闡明了原理，具體的實現(xiàn)功能，并給出了相應(yīng)的原理圖和相關(guān)的代碼以及注意事項和難點。　　讀者對象　　本書配有光盤一張，包含全書所有項目案例的硬件原理圖、程序代碼、相關(guān)流程圖，方便讀者學(xué)習(xí)和使用，因此可作為單片機(jī)應(yīng)用的初學(xué)者和廣大科技人員的參考書。本書有助于讀者采用單片機(jī)為各自所從事的學(xué)科解決實際問題。　　本書特點　　本書深入淺出、通俗易懂，并注重理論聯(lián)系實際，著重實際應(yīng)用。具有如下顯著的特點：　　8大完整單片機(jī)開發(fā)項目，層層剖析單片機(jī)開發(fā)實踐，快速掌握應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計?！　⊥怀鏊x取內(nèi)容的實用性、典型性。項目案例來自科研工作及實際工程，內(nèi)容豐富、翔實。設(shè)計方案均為典型方案，有利于讀者提高設(shè)計工作的效率?！　〖?xì)致講解設(shè)計原理和思路、基本開發(fā)流程和代碼注釋，方便讀者理解和掌握知識。對于重點難點給予提示講解，輕松學(xué)到更多?！　￡P(guān)注開發(fā)實踐，對系統(tǒng)設(shè)計用到的新器件做了詳細(xì)的介紹，結(jié)合關(guān)注度高的USB開發(fā)和系統(tǒng)可靠性技術(shù)做了詳細(xì)講解。　　書盤結(jié)合，快速提高學(xué)習(xí)效率。光盤中附帶了硬件電路的設(shè)計圖、程序代碼和相關(guān)流程圖，讀者稍加修改就可以應(yīng)用于自己的工作或者完成課題設(shè)計?！　」獗P內(nèi)容　　本書光盤包含所有項目案例相關(guān)的硬件電路設(shè)計圖、程序代碼和相關(guān)流程圖，讀者稍加修改便可應(yīng)用于實際的工作或者自己的課題。光盤內(nèi)容主要由3部分組成：　　Protel電路設(shè)計圖　　程序代碼　　Visio流程圖　　致謝與分工　　本書由邊海龍、孫永奎任主編，參與編寫的有陳勇、鄭國玲、羅楊、周建華、張攀峰和王蒞兵。姚新軍負(fù)責(zé)前期的策劃和后期質(zhì)量監(jiān)控。參與具體工作的還包括：王斌、萬雷、張強(qiáng)林、許志清、陳鯤、余松等。成都易為科技有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)全書的審校。本書在編寫過程中還受到電子科技大學(xué)教授的關(guān)心和指導(dǎo)。非常感謝電子工業(yè)出版社老師的辛勤努力，使本書在第一時間與讀者見面?！　∮捎诰幷咚接邢?，書中難免有疏漏和不足之處，懇請廣大讀者批評指正jsj@phei.com.cn。

內(nèi)容概要

　　本書共15章，主要內(nèi)容為：第l章介紹了單片機(jī)開發(fā)的硬件基礎(chǔ)，具體講解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能和存儲器組織等必要的知識。第2章介紹單片機(jī)開發(fā)軟環(huán)境，其中主要介紹了Keil C51和Microchip的單片機(jī)的軟件開發(fā)環(huán)境，講解了單片機(jī)C語言開發(fā)基礎(chǔ)，此外還講解單片機(jī)混合編程的重要知識，為后期開發(fā)打基礎(chǔ)。第3章介紹了單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)步驟，講解開發(fā)的流程和思路，以及單片機(jī)項目開發(fā)的芯片選型等實用知識。第4章介紹了單片機(jī)系統(tǒng)中常用的數(shù)字濾波和簡單的控制算法。第5章到13章詳細(xì)講解單片機(jī)具體工程的實現(xiàn)，它們是鍵盤接口電路、城市交通指揮系統(tǒng)、IC卡讀寫系統(tǒng)的開發(fā)及其應(yīng)用、陣列式LED顯示屏、無刷直流電機(jī)控制、永磁同步電機(jī)控制、汽車行駛狀態(tài)記錄儀、USB-GPIB控制器的實現(xiàn)、抗干擾技術(shù)和可靠性在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中的重要性。第14章、第15章從軟件和硬件兩個方面介紹了單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)?！　”緯溆泄獗P一張，包含全書所有項目案例的硬件原理圖、程序代碼、相關(guān)流程圖，方便讀者學(xué)習(xí)和使用。本書有助于讀者采用單片機(jī)為各自所從事的學(xué)科解決實際問題，特別適合計算機(jī)、自動化、電子及硬件相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，以及從事單片機(jī)項目開發(fā)的科研人員使用。

書籍目錄

第1章  單片機(jī)開發(fā)的硬件基礎(chǔ)　1.1  單片機(jī)的應(yīng)用和特點　　1.1.1  單片機(jī)的應(yīng)用　　1.1.2  主流單片機(jī)的種類及特點　1.2  MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)　1.3  MCS-51單片機(jī)的引腳功能與時序　　1.3.1  MCS-51系列單片機(jī)引腳說明　　1.3.2  MCS-51單片機(jī)的時序　1.4  MCS-51單片機(jī)的存儲器組織　　1.4.1  程序存儲器　　1.4.2  數(shù)據(jù)存儲器　　1.4.3  特殊功能寄存器　1.5  單片機(jī)最小系統(tǒng)　　1.5.1  單片機(jī)最小系統(tǒng)　　1.5.2  彩燈控制器的設(shè)計　　1.5.3  順序控制器的設(shè)計　1.6  本章小結(jié)第2章  單片機(jī)開發(fā)軟環(huán)境　2.1  單片機(jī)C語言宏配置介紹　　2.1.1  處理器的配置　　2.1.2  ID區(qū)域　　2.1.3  EEPROM數(shù)據(jù)　2.2  單片機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　　2.2.1  類型限定詞　　2.2.2  常數(shù)　　2.2.3  變量　　2.2.4  構(gòu)造數(shù)據(jù)類型　　2.2.5  函數(shù)　　2.2.6  中斷　　2.2.7  C語言和匯編語言的嵌套使用　　2.2.8  偽指令　2.3  MPLAB IDE編譯器簡介　　2.3.1  MPLAB工程管理器（MPLAB Project Manager）　　2.3.2  MPLAB文本編輯器（MPLAB Editor）　　2.3.3  MPLAB軟件仿真器（MPLAB-SIM Simulator）　　2.3.4  MPLAB在線仿真器（MPLAB-ICE Simulator）　2.4  MPLAB IDE的安裝和使用　　2.4.1  MPLAB IDE的安裝要求　　2.4.2  MPLAB IDE的使用　　2.4.3  實例應(yīng)用　　　　2.4.4  MPLAB IDE中的工程　　2.4.5  MPLAB IDE工程的編譯　　2.4.6  MPLAB IDE的軟件仿真　2.5  MCC18基礎(chǔ)　　2.5.1  MCC18的安裝目錄瀏覽　　2.5.2  MCC18的語言執(zhí)行流程　　2.5.3  MCC18舉例　　2.5.4  MCC18的編譯環(huán)境　　2.5.5  MCC18和單片機(jī)的比較　2.6  單片機(jī)的混合開發(fā)　　2.6.1  C51和匯編語言的性能比較　　2.6.2  C51和匯編語言的混合編程　2.7  本章小結(jié)第3章  單片機(jī)開發(fā)工程基礎(chǔ)　3.1  單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的流程　3.2  單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)兩設(shè)計原則　　3.2.1  硬件系統(tǒng)設(shè)計原則　　3.2.2  應(yīng)用軟件設(shè)計原則　3.3  單片機(jī)的選型　　3.3.1  單片機(jī)選型的原則　　3.3.2  單片機(jī)選型參考　　3.3.3  開發(fā)工具的選擇　3.4  系統(tǒng)常見故障與調(diào)試　3.5  本章小結(jié)第4章  數(shù)字濾波及簡單的控制算法　4.1  數(shù)字濾波算法　　4.1.1  算術(shù)平均值濾波　　4.1.2  滑動平均值濾波　　4.1.3  防脈沖干擾平均值濾波　　4.1.4  中值濾波　　4.1.5  一階滯后濾波　4.2  數(shù)字PID控制算法　　4.2.1  位置式PID控制算法　　4.2.2  增量式PID控制算法　　4.2.3  積分分離的PID控制算法　　4.2.4  變速積分PID控制算法　4.3  本章小結(jié)第5章  鍵盤接口電路　5.1  鍵盤設(shè)計的組成和分類　　5.1.1  鍵盤的物理結(jié)構(gòu)　　5.1.2  鍵盤的組成形式　5.2  鍵盤接口的工作過程和工作方式　　5.2.1  鍵盤的抖動干擾和消除方法　　5.2.2  盤接口的工作過程　　5.2.3  鍵盤的工作方式　5.3  鍵位置的判別方法　5.4  鍵盤接口設(shè)計的儲存芯片和　5.4  相關(guān)協(xié)議　　5.4.1  鍵盤接口設(shè)計的儲存芯片　　5.4.2  AT24CXX系列的芯片及I2C協(xié)議　　5.4.3  A93CXX系列的芯片及SPI協(xié)議　5.5  鍵盤接口實現(xiàn)的工程實例　　5.5.1  矩陣鍵盤接口的工程實例　　5.5.2  矩陣式中斷掃描鍵盤的設(shè)計　　5.5.3  二進(jìn)制編碼鍵盤接口的工程實例　5.6  重點與難點第6章  城市交通指揮系統(tǒng)　6.1  交通燈順序控制　　6.1.1  硬件系統(tǒng)的設(shè)計　　6.1.2  反向器74F06　　6.1.3  控制字　　6.1.4  程序設(shè)計　6.2  設(shè)計一種基于模糊理論的單片機(jī)控制交通路口調(diào)度系統(tǒng)　　6.2.1  系統(tǒng)的總體設(shè)計　　6.2.2  十字路口調(diào)度系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計　　6.2.3  電路設(shè)計　　6.2.4  車流量檢測電路　　6.2.5  系統(tǒng)主程序和模糊控制程序設(shè)計　　6.2.6  系統(tǒng)顯示程序設(shè)計　6.3  重點與難點第7章  陣列式LED顯示屏　7.1  顯示屏顯示原理及串行通信基本概念　　7.1.1  顯示屏顯示原理　　7.1.2  串行通信　　7.1.3  陣列式LED顯示屏的實現(xiàn)　7.2  顯示屏硬件電路設(shè)計　　7.2.1  硬件電路介紹　　7.2.2  外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲器電路　7.3  列式LED顯示屏顯示程序的171　　7.3.1  漢字點陣數(shù)據(jù)的提取　　7.3.2  顯示主程序　　7.3.3  串口中斷處理程序　　7.3.4  顯示驅(qū)動函數(shù)　　7.3.5  外部存儲器讀寫程序　　7.3.6  串口通信程序　　7.3.7  文字顯示特效程序　7.4  本章小結(jié)第8章  IC卡讀/寫系統(tǒng)的開發(fā)及其192　8.1  IC卡基礎(chǔ)　　8.1.1  IC卡的分類　　8.1.2  IC卡的標(biāo)準(zhǔn)　8.2  接觸型IC卡讀寫系統(tǒng)的開發(fā)　　8.2.1  IC卡讀寫系統(tǒng)的時序　　8.2.2  IC卡讀寫系統(tǒng)的硬件連196　　8.2.3  IC卡讀寫系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)　8.3  基于SLE4442加密卡讀寫系統(tǒng)的開發(fā)　　8.3.1  SLE4442卡的介紹　　8.3.2  SLE4442的模式　　8.3.3  SLE4442的操作命令　　8.3.4  SLE4442讀/寫系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計　8.4  重點與難點第9章  無刷直流電機(jī)控制　9.1  無刷直流電機(jī)控制原理　　9.1.1  無刷直流電機(jī)的組成　　9.1.2  無刷直流電機(jī)的工作原理　　9.1.3  無刷直流電機(jī)的控制方法　9.2  無刷直流電機(jī)的工作特性　9.3  直流無刷電機(jī)控制的應(yīng)用實現(xiàn)　　9.3.1  總體設(shè)計概述　　9.3.2  直流無刷電機(jī)控制的硬件設(shè)計　　9.3.3  直流無刷電機(jī)控制的軟件設(shè)計　　9.3.4  無刷直流電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)　9.4  本章小結(jié)第10章  永磁同步電機(jī)控制實現(xiàn)　10.1  永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類　10.2  永磁同步電機(jī)的矢量控制　10.3  永磁同步電機(jī)控制　　10.3.1  控制電路設(shè)計　　10.3.2  光電隔離電路設(shè)計　　10.3.3  功率電路設(shè)計　10.4  永磁同步電機(jī)控制的軟件實現(xiàn)　　10.4.1  電壓SVPVM的DSPIC33f軟件實現(xiàn)　　10.4.2  轉(zhuǎn)子位置檢測　　10.4.3  AD轉(zhuǎn)換模塊　10.5  本章小結(jié)第11章  汽車行駛狀態(tài)記錄儀　11.1  汽車行駛記錄儀功能介紹　11.2  簡易汽車行駛記錄儀的設(shè)計　　11.2.1  汽車行駛記錄儀的考慮因素　　11.2.1  MSP430　　11.2.2  車模擬信號的采集　　11.2.4  數(shù)字信號采集電路　　11.2.5  SST39VF160芯片介紹　11.3  記錄儀的軟件設(shè)計　　11.3.1  軟件流程圖　　11.3.2  數(shù)據(jù)存儲格式　　11.3.3  SST39VF160存儲器數(shù)據(jù)讀寫的實現(xiàn)　11.4  數(shù)據(jù)采集的程序?qū)崿F(xiàn)　11.5  本章小結(jié)第12章  USB-GPIB控制器的實現(xiàn)　12.1  USB-GPIB控制器簡介　　12.1.1  認(rèn)識USB　　12.1.2  GPIB　12.2  USB-GPIB控制器的硬件電路設(shè)計　　12.2.1  器件的選擇　　12.2.2  USB-GPIB控制器電路設(shè)計　12.3  USB-GPIB控制器的軟件程序的實現(xiàn)　　12.3.1  USB單片機(jī)協(xié)議控制芯片與主機(jī)（計算機(jī)）的數(shù)據(jù)交互　　12.3.2  USB協(xié)議控制芯片與GPIB控制器的數(shù)據(jù)交互　12.4  USB-GPIB控制器固件的調(diào)試與固化　　12.4.1  USB-GPIB控制器固件的調(diào)試　　12.4.2  USB-GPIB控制器固件程序的固化　12.5  本章小結(jié)第13章  單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾技術(shù)　13.1  研究抗干擾技術(shù)的重要性　13.2  干擾的分類　　13.2.1  按噪聲產(chǎn)生的原因分類　　13.2.2  按噪聲傳導(dǎo)模式分類　　13.2.3  按噪聲波形及性質(zhì)分類　13.3  干擾的耦合方式　13.4  單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的設(shè)計任務(wù)與方法　　13.4.1  單片機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計的任務(wù)　　13.4.2  可靠性設(shè)計一般方法　13.5  本章小結(jié)第14章  單片機(jī)系統(tǒng)硬件抗干擾技術(shù)　14.1  無源濾波器抗干擾　　14.1.1  電容濾波器　　14.1.2  電感濾波器　　14.1.3  RC低通濾波器　　14.1.4  1LC低通濾波器　　14.1.5  低通濾波器的結(jié)構(gòu)選擇　　14.1.6  低通濾波器的平衡結(jié)構(gòu)與串聯(lián)形式　14.2  有源濾波器抗干擾　　14.2.1  一級低通有源濾波器　　14.2.2  二級低通有源濾波器　14.3  去耦電路　　14.3.1  尖峰電流的形成原理　　14.3.2  去耦電容的配置　　14.3.3  光電隔離　　14.3.4  繼電器隔離　　14.3.5  變壓器隔離　　14.3.6  布線隔離　14.4  接地技術(shù)　14.5  本章小結(jié)第15章  單片機(jī)開發(fā)的軟件可靠性　15.1  概述　15.2  指令冗余技術(shù)　　15.2.1  單字節(jié)指令冗余　　15.2.2  重要指令冗余　15.3  軟件陷阱技術(shù)　　15.3.1  未使用的中斷向量區(qū)設(shè)置陷阱　　15.3.2  RAM數(shù)據(jù)區(qū)中設(shè)置陷阱　　15.3.3  未使用的EPROM數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)置陷阱　　15.3.4  非EPROM單片機(jī)空間設(shè)置陷阱　　15.3.5  運行程序區(qū)設(shè)置陷阱　15.4  看門狗技術(shù)　　15.4.1  硬件看門狗技術(shù)　　15.4.2  軟件看門狗技術(shù)　15.5  本章小結(jié)

章節(jié)摘錄

　　第1章 單片機(jī)開發(fā)的硬件基礎(chǔ)　　本章主要介紹MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)。通過學(xué)習(xí)本章，讀者會了解MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，掌握MCS-51單片機(jī)的工作原理，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)本章的時候注意不要急于求成，-時理解不透的地方可以在后面的學(xué)習(xí)中回過頭來理解，有的概念需要結(jié)合軟件編程才能深入領(lǐng)會?！　”菊聝?nèi)容包括：　　·單片機(jī)的應(yīng)用和特點　　·MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)　　·MCS-51單片機(jī)的引腳功能與時序　　·MCS-51單片機(jī)的存儲器組織　　·單片機(jī)最小系統(tǒng)　　1.1　單片機(jī)的應(yīng)用和特點　　單片機(jī)是-種廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品的半導(dǎo)體器件。例如，大多數(shù)的廚房電器中都有單片機(jī)，最常見的是-些配備發(fā)光二極管（LED）或液晶顯示屏（LCD）和小鍵盤的產(chǎn)品（如微波爐）。即使像烤面包爐和攪拌機(jī)這種沒有屏幕顯示的新型家電，往往也用到了單片機(jī)。單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)與我們的生活越來越緊密，現(xiàn)在，我們要來學(xué)習(xí)單片機(jī)了，那就有必要對單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和特點有-個初步的了解。　　1.1.1　單片機(jī)的應(yīng)用　　單片機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，國際上從20世紀(jì)70年代開始，國內(nèi)自80年代開始，單片機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，對各個行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品智能化的更新?lián)Q代起著重要的推動作用?！　?.單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用　　單片機(jī)廣泛用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，提高它們的測量速度和測量精度，加強(qiáng)其控制功能，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，使它們更便于使用、維修和改進(jìn)，如圖1.1所示。

編輯推薦

　　注重將多年的開發(fā)經(jīng)驗和技巧融合到具體項目案例的講解中，為開發(fā)人員提供必要的知識積累，解決實際工程中的問題。在程序開發(fā)語言方面，《單片機(jī)開發(fā)與典型工程項目實例詳解》盡量用簡潔的語言來清晰闡述易于理解的概念和思路，并且附帶程序流程圖。同時，對程序代碼作了細(xì)致的中文注釋，有利于讀者舉一反三，快速應(yīng)用和提高。

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