單片機(jī)應(yīng)用與項(xiàng)目實(shí)踐

前言

隨著高等職業(yè)教育教學(xué)改革的深化，任務(wù)驅(qū)動(dòng)、案例教學(xué)、項(xiàng)目導(dǎo)向等教學(xué)方法得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本書依據(jù)任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)思路，以項(xiàng)目為載體組織教學(xué)內(nèi)容，將單片機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)過程與相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合在一起，使學(xué)生在學(xué)會(huì)單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)過程的同時(shí)，認(rèn)識(shí)單片機(jī)，使用單片機(jī)，掌握單片機(jī)的基本原理、相關(guān)概念。單片機(jī)又稱為微控制器（Micro Controller Unit，簡(jiǎn)稱MCIJ），它是將計(jì)算機(jī)的中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行口和串行口以及中斷系統(tǒng)等部件集成在一塊芯片中構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。因其具有集成度高，體積小、功能強(qiáng)、使用靈活，性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)在工業(yè)控制、智能儀表、數(shù)據(jù)采集、信息處理、家用電器等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。目前單片機(jī)有幾十個(gè)系列，數(shù)百個(gè)型號(hào)，MCS一51單片機(jī)是國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的機(jī)型之一。經(jīng)過20多年的推廣與發(fā)展，形成了一個(gè)規(guī)模龐大、功能齊全、資源豐富的產(chǎn)品群，在今后很長的一段時(shí)間內(nèi)，將依然活躍如故，在嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場(chǎng)占據(jù)重要份額。本書是在總結(jié)多年MCS一51單片機(jī)發(fā)展歷程和開發(fā)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前單片機(jī)發(fā)展的新技術(shù)編寫而成。根據(jù)高等職業(yè)教育的特點(diǎn)，本書簡(jiǎn)化了單片機(jī)及其外圍器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的說明，以“夠用”、“會(huì)用”為度，側(cè)重于單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用方法；根據(jù)單片機(jī)發(fā)展的特點(diǎn)，壓縮了程序存儲(chǔ)器、并行輸入/輸出接口擴(kuò)展的內(nèi)容，突出了單總線、I。C總線、SPI總線技術(shù)的應(yīng)用；目前單片機(jī)C語言已非常流行，絕大部分的應(yīng)用系統(tǒng)可直接用C51來編寫。目前企業(yè)實(shí)際應(yīng)用中已很少有人使用匯編語言來編寫程序，鑒于以上原因，我們直接使用C51來編程，使學(xué)生無需花大量的時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)枯燥難懂的匯編語言，直接面對(duì)硬件電路進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。本課程主要包括存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口等資源及外圍接口器件的運(yùn)用，單片機(jī)C語言以及開發(fā)平臺(tái)的運(yùn)用。因此針對(duì)單片機(jī)不同部分的運(yùn)用能力，分別以搶答器、電子鐘、密碼鍵盤、多路測(cè)溫系統(tǒng)、自動(dòng)打鈴系統(tǒng)等單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品作為載體，將相關(guān)的知識(shí)、技能融入其中。本書是作者在總結(jié)多年MCS一51單片機(jī)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和開發(fā)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前單片機(jī)發(fā)展的新技術(shù)編寫而成，書中提供了大量的應(yīng)用案例，并有詳細(xì)的電路和程序設(shè)計(jì)、分析過程，在編排上循序漸進(jìn)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由基礎(chǔ)到綜合，以方便讀者自學(xué)。教學(xué)中，首先根據(jù)項(xiàng)目需求導(dǎo)人相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，然后利用虛擬仿真軟件。Protells或單片機(jī)實(shí)驗(yàn)儀對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，通過豐富的案例引導(dǎo)學(xué)生思考如何運(yùn)用這些知識(shí)去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，最后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行硬件電路、控制程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試，完成產(chǎn)品的制作。在項(xiàng)目的實(shí)施過程中，邊教邊做、邊做邊學(xué)、學(xué)練結(jié)合，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力和工程實(shí)踐能力，從而實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)過程的能力訓(xùn)練。本課程建議教學(xué)學(xué)時(shí)為130學(xué)時(shí)，具體分配如下表。

內(nèi)容概要

　　全書共8個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目1～項(xiàng)目4為基礎(chǔ)知識(shí)，內(nèi)容包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、搶答器、電子鐘、密碼鍵盤的設(shè)計(jì)，圍繞I/O口、外部中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信等單片機(jī)內(nèi)部資源的應(yīng)用展開；項(xiàng)目5～項(xiàng)目8為提高篇，內(nèi)容包括LED點(diǎn)陣顯示屏、多路測(cè)溫系統(tǒng)、自動(dòng)打鈴系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)，涉及存儲(chǔ)器、并行I/O口的擴(kuò)展，字符/點(diǎn)陣液晶顯示器、數(shù)字溫度傳感器、I2C總線器件、并行/串行A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。　　本書既可作為高職高專計(jì)算機(jī)與電子信息類相關(guān)專業(yè)的教材或教學(xué)參考書，也可供相關(guān)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

項(xiàng)目1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.1 任務(wù)1 認(rèn)識(shí)最簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)1.1.1 初識(shí)單片機(jī)1.1.2 認(rèn)識(shí)單片機(jī)的硬件電路1.1.3 單片機(jī)的控制程序1.2 任務(wù)2 認(rèn)識(shí)MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)1.2.1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2.2 CPU的結(jié)構(gòu)1.2.3 MCS-51單片機(jī)的引腳1.3 任務(wù)3 認(rèn)識(shí)單片機(jī)的存儲(chǔ)器1.3.1 程序存儲(chǔ)器1.3.2 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1.3.3 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1.3.4 特殊功能寄存器1.4 任務(wù)4 單片機(jī)最小系統(tǒng)的制作1.4.1 最小系統(tǒng)的硬件電路1.4.2 輸入源程序、產(chǎn)生目標(biāo)代碼1.4.3 編程器的使用1.4.4 調(diào)試方法與步驟1.5 項(xiàng)目小結(jié)習(xí)題1項(xiàng)目2 搶答器的設(shè)計(jì)2.1 任務(wù)1 認(rèn)識(shí)單片機(jī)c語言2.1.1 C語言的特點(diǎn)2.1.2 C51的數(shù)據(jù)類型2.1.3 C5I的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型與8051存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)2.1.4 定義8051特殊功能寄存器及I/0口2.1.5 認(rèn)識(shí)C51的內(nèi)部函數(shù)及常用的宏2.2 任務(wù)2 PO～P3口應(yīng)用舉例2.3 任務(wù)3 學(xué)習(xí)單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀的使用2.3.1 認(rèn)識(shí)仿真器2.3.2 USB型單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀的安裝2.3.3 Keil調(diào)試器的使用2.4 任務(wù)4 Proteus 6.9的使用2.4.1 認(rèn)識(shí)Proteus的操作界面2.4.2 編輯原理圖2.4.3 仿真調(diào)試2.5 任務(wù)5 認(rèn)識(shí)MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)2.5.1 中斷的概念2.5.2 MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)2.6 任務(wù)6 設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)LED顯示器2.6.1 認(rèn)識(shí)LED顯示器2.6.2 靜態(tài)顯示方式2.6.3 動(dòng)態(tài)顯示方式2.6.4 IED顯示程序的設(shè)計(jì)技巧2.7 任務(wù)7設(shè)計(jì)電子計(jì)數(shù)器2.8 任務(wù)8設(shè)計(jì)搶答器2.9 項(xiàng)目小結(jié)習(xí)題2項(xiàng)目3 電子鐘的設(shè)計(jì)3.1 任務(wù)1 認(rèn)識(shí)單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器3.1.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器概述3.1.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器3.1.3 T0、T1的工作方式3.1.4 時(shí)間常數(shù)的計(jì)算3.2 任務(wù)2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用3.3 任務(wù)3 電子鐘的設(shè)計(jì)與調(diào)試3.4 項(xiàng)目小結(jié)習(xí)題3項(xiàng)目4 密碼鍵盤的設(shè)計(jì)4.1 任務(wù)1 認(rèn)識(shí)串行通信4.1.1 數(shù)據(jù)通信的概念4.1.2 同步串行通信和異步串行通信4.1.3 通信方向4.1.4 波特率4.1.5 通信線的連接4.1.6 RS-232簡(jiǎn)介4.2 任務(wù)2 認(rèn)識(shí)MCS-51單片機(jī)的串行口4.2.1 MCS-51單片機(jī)的串行口結(jié)構(gòu)4.2.2 串行口的控制寄存器4.3 任務(wù)3 串行口的應(yīng)用4.3.1 方式04.3.2 方式14.3.3 方式24.3.4 方式34.4 任務(wù)4 設(shè)計(jì)行列式鍵盤4.4.1 行列式鍵盤的基本原理4.4.2 行列式鍵盤掃描程序4.5 任務(wù)5設(shè)計(jì)密碼鍵盤4.6 項(xiàng)目小結(jié)習(xí)題4項(xiàng)目5 LED點(diǎn)陣顯示屏的設(shè)計(jì)5.1 任務(wù)1 擴(kuò)展單片機(jī)的系統(tǒng)總線5.1.1 單片機(jī)系統(tǒng)總線5.1.2 系統(tǒng)擴(kuò)展的方法5.2 任務(wù)2 擴(kuò)展單片機(jī)的存儲(chǔ)器5.2.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展5.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展5.3 任務(wù)3 擴(kuò)展并行輸入/輸出接口5.3.1 通用鎖存器、緩沖器的擴(kuò)展5.3.2 擴(kuò)展可編程并行I/0接口5.4 任務(wù)4 設(shè)計(jì)LED點(diǎn)陣顯示屏5.4.1 認(rèn)識(shí)LED點(diǎn)陣模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.4.2 設(shè)計(jì)過程5.5 項(xiàng)目小結(jié).習(xí)題5項(xiàng)目6 多路測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.1 任務(wù)1 用DSl8820設(shè)計(jì)電子溫度計(jì)6.1.1 初識(shí)數(shù)字溫度傳感器6.1.2 讀／寫時(shí)序6.1.3 基本操作指令6.1.4 電子溫度計(jì)的設(shè)計(jì)6.2 任務(wù)2 單片機(jī)控制字符型液晶顯示模塊6.2.1 RTl602液晶模塊引腳功能6.2.2 顯示模塊的指令功能6.2.3 液晶模塊與單片機(jī)的連接6.3 任務(wù)3 設(shè)計(jì)多路測(cè)溫系統(tǒng)6.4 項(xiàng)目小結(jié)習(xí)題6項(xiàng)目7 自動(dòng)打鈴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.1 任務(wù)1 認(rèn)識(shí)IC總線7.1.l IC總線概述7.1.2 IC總線協(xié)議7.2 任務(wù)2 用I/O口模擬IC總線操作7.3 任務(wù)3 讀/寫串行EPRM7.3.1 引腳的功能7.3.2 單片機(jī)與24C02的連接7.3.3 單片機(jī)對(duì)24C02的讀寫程序7.3.4 調(diào)試方法與步驟7.4 任務(wù)4 認(rèn)識(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF85637.4.1 引腳功能7.4.2 PCF8563的寄存器7.4.3 電子鐘的設(shè)計(jì)7.5 任務(wù)5 單片機(jī)控制點(diǎn)陣液晶顯示模塊FGl2864B7.5.1 TGl2864B模塊引腳功能7.5.2 液晶屏與顯示存儲(chǔ)器之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系7.5.3 TGl2864B的指令7.5.4 單片機(jī)與液晶模塊的連接7.5.5 漢字的顯示7.6 任務(wù)6 設(shè)計(jì)自動(dòng)打鈴系統(tǒng)7.7 項(xiàng)目小結(jié)習(xí)題7項(xiàng)目8 了器的設(shè)計(jì)8.1 任務(wù)1 數(shù)據(jù)采集器的實(shí)現(xiàn)過程8.1.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本概念8.1.2 認(rèn)識(shí)ADC0808/0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.1.3 ADC0808/0809的引腳功能8.1.4 ADC0808/0809與單片機(jī)的典型連接8.1.5 數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)過程8.2 任務(wù)2 數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)8.2.1 認(rèn)識(shí)SPI總線附錄A MCS-51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計(jì)附錄B USB型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)儀的使用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：2.5.1 中斷的概念當(dāng)CPU正在執(zhí)行某段程序時(shí)，外部發(fā)生了某一事件（如定時(shí)器溢出、鍵盤有鍵按下、串行口接收到一幀數(shù)據(jù)等）請(qǐng)求CPU迅速去處理，于是CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理發(fā)生的事件。處理完成后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序，這一過程稱為中斷。在中斷系統(tǒng)中，把引起中斷的設(shè)備或事件稱為中斷源；由中斷源向CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求稱為中斷請(qǐng)求信號(hào)；CPU接收中斷請(qǐng)求而暫?，F(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去為服務(wù)對(duì)象服務(wù)稱為中斷響應(yīng)；為服務(wù)對(duì)象服務(wù)的程序稱為中斷服務(wù)程序或中斷處理程序；現(xiàn)行程序暫停時(shí)的PC值稱為斷點(diǎn)；從中斷服務(wù)程序返回到斷點(diǎn)處稱為中斷返回；當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí)向CPU申請(qǐng)中斷時(shí)，CPU優(yōu)先響應(yīng)最緊急的中斷請(qǐng)求，處理完畢再響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別較低的中斷請(qǐng)求，這種預(yù)先安排的響應(yīng)次序稱為中斷優(yōu)先級(jí)。計(jì)算機(jī)采用中斷技術(shù)后，具有以下優(yōu)點(diǎn)。①使CPU的工作效率大為提高。CPU和外部設(shè)備通過中斷方式交換信息，可以避免不必要的等待和查詢，CPU可啟動(dòng)多個(gè)外設(shè)與它并行工作，對(duì)各個(gè)外設(shè)實(shí)行統(tǒng)一管理，分時(shí)服務(wù)，從而大大提高了CPU的工作效率。②增強(qiáng)了實(shí)時(shí)控制及應(yīng)急處理能力。在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，被控制對(duì)象的參數(shù)變化必須及時(shí)采集、處理，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制動(dòng)作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)；數(shù)據(jù)的越限、系統(tǒng)的故障信息也必須被計(jì)算機(jī)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，以便報(bào)警。有了中斷功能后，系統(tǒng)的失常和故障都可通過中斷立刻通知CPU，使它能夠迅速采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障信息，并對(duì)系統(tǒng)做出應(yīng)急處理。

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《單片機(jī)應(yīng)用與項(xiàng)目實(shí)踐》是國家示范性高職院校建設(shè)項(xiàng)目成果·計(jì)算機(jī)專業(yè)系列

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