單片機應(yīng)用與項目實踐

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、案例教學(xué)、項目導(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、項目導(dǎo)向的教學(xué)思路，以項目為載體組織教學(xué)內(nèi)容，將單片機產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)過程與相關(guān)的知識點有機結(jié)合在一起，使學(xué)生在學(xué)會單片機產(chǎn)品開發(fā)過程的同時，認(rèn)識單片機，使用單片機，掌握單片機的基本原理、相關(guān)概念。單片機又稱為微控制器（Micro Controller Unit，簡稱MCIJ），它是將計算機的中央處理器、存儲器、定時器/計數(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)成的計算機。因其具有集成度高，體積小、功能強、使用靈活，性價比高等諸多優(yōu)點，單片機在工業(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。目前單片機有幾十個系列，數(shù)百個型號，MCS一51單片機是國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的機型之一。經(jīng)過20多年的推廣與發(fā)展，形成了一個規(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)品的低端市場占據(jù)重要份額。本書是在總結(jié)多年MCS一51單片機發(fā)展歷程和開發(fā)實踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前單片機發(fā)展的新技術(shù)編寫而成。根據(jù)高等職業(yè)教育的特點，本書簡化了單片機及其外圍器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的說明，以“夠用”、“會用”為度，側(cè)重于單片機系統(tǒng)的應(yīng)用方法；根據(jù)單片機發(fā)展的特點，壓縮了程序存儲器、并行輸入/輸出接口擴展的內(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)生無需花大量的時間和精力去學(xué)習(xí)枯燥難懂的匯編語言，直接面對硬件電路進行程序的設(shè)計與調(diào)試。本課程主要包括存儲器、輸入/輸出接口、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行口等資源及外圍接口器件的運用，單片機C語言以及開發(fā)平臺的運用。因此針對單片機不同部分的運用能力，分別以搶答器、電子鐘、密碼鍵盤、多路測溫系統(tǒng)、自動打鈴系統(tǒng)等單片機應(yīng)用產(chǎn)品作為載體，將相關(guān)的知識、技能融入其中。本書是作者在總結(jié)多年MCS一51單片機教學(xué)經(jīng)驗和開發(fā)實踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前單片機發(fā)展的新技術(shù)編寫而成，書中提供了大量的應(yīng)用案例，并有詳細的電路和程序設(shè)計、分析過程，在編排上循序漸進，由簡單到復(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)項目需求導(dǎo)人相關(guān)的知識點，然后利用虛擬仿真軟件。Protells或單片機實驗儀對所學(xué)的知識進行驗證，通過豐富的案例引導(dǎo)學(xué)生思考如何運用這些知識去實現(xiàn)設(shè)計要求，最后指導(dǎo)學(xué)生進行硬件電路、控制程序的設(shè)計與調(diào)試，完成產(chǎn)品的制作。在項目的實施過程中，邊教邊做、邊做邊學(xué)、學(xué)練結(jié)合，訓(xùn)練學(xué)生對所學(xué)知識的運用能力和工程實踐能力，從而實現(xiàn)基于單片機產(chǎn)品開發(fā)過程的能力訓(xùn)練。本課程建議教學(xué)學(xué)時為130學(xué)時，具體分配如下表。

內(nèi)容概要

　　全書共8個項目，項目1～項目4為基礎(chǔ)知識，內(nèi)容包括單片機最小系統(tǒng)、搶答器、電子鐘、密碼鍵盤的設(shè)計，圍繞I/O口、外部中斷、定時器/計數(shù)器、串行通信等單片機內(nèi)部資源的應(yīng)用展開；項目5～項目8為提高篇，內(nèi)容包括LED點陣顯示屏、多路測溫系統(tǒng)、自動打鈴系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計，涉及存儲器、并行I/O口的擴展，字符/點陣液晶顯示器、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?！　”緯瓤勺鳛楦呗毟邔Ｓ嬎銠C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

項目1 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計1.1 任務(wù)1 認(rèn)識最簡單的單片機應(yīng)用系統(tǒng)1.1.1 初識單片機1.1.2 認(rèn)識單片機的硬件電路1.1.3 單片機的控制程序1.2 任務(wù)2 認(rèn)識MCS-51單片機結(jié)構(gòu)1.2.1 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2.2 CPU的結(jié)構(gòu)1.2.3 MCS-51單片機的引腳1.3 任務(wù)3 認(rèn)識單片機的存儲器1.3.1 程序存儲器1.3.2 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器1.3.3 外部數(shù)據(jù)存儲器1.3.4 特殊功能寄存器1.4 任務(wù)4 單片機最小系統(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 項目小結(jié)習(xí)題1項目2 搶答器的設(shè)計2.1 任務(wù)1 認(rèn)識單片機c語言2.1.1 C語言的特點2.1.2 C51的數(shù)據(jù)類型2.1.3 C5I的數(shù)據(jù)存儲類型與8051存儲器結(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)單片機仿真實驗儀的使用2.3.1 認(rèn)識仿真器2.3.2 USB型單片機仿真實驗儀的安裝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MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)2.5.1 中斷的概念2.5.2 MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)2.6 任務(wù)6 設(shè)計動態(tài)LED顯示器2.6.1 認(rèn)識LED顯示器2.6.2 靜態(tài)顯示方式2.6.3 動態(tài)顯示方式2.6.4 IED顯示程序的設(shè)計技巧2.7 任務(wù)7設(shè)計電子計數(shù)器2.8 任務(wù)8設(shè)計搶答器2.9 項目小結(jié)習(xí)題2項目3 電子鐘的設(shè)計3.1 任務(wù)1 認(rèn)識單片機的定時器/計數(shù)器3.1.1 定時器/計數(shù)器概述3.1.2 定時器/計數(shù)器的控制寄存器3.1.3 T0、T1的工作方式3.1.4 時間常數(shù)的計算3.2 任務(wù)2 定時器/計數(shù)器的應(yīng)用3.3 任務(wù)3 電子鐘的設(shè)計與調(diào)試3.4 項目小結(jié)習(xí)題3項目4 密碼鍵盤的設(shè)計4.1 任務(wù)1 認(rèn)識串行通信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簡介4.2 任務(wù)2 認(rèn)識MCS-51單片機的串行口4.2.1 MCS-51單片機的串行口結(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)計密碼鍵盤4.6 項目小結(jié)習(xí)題4項目5 LED點陣顯示屏的設(shè)計5.1 任務(wù)1 擴展單片機的系統(tǒng)總線5.1.1 單片機系統(tǒng)總線5.1.2 系統(tǒng)擴展的方法5.2 任務(wù)2 擴展單片機的存儲器5.2.1 程序存儲器的擴展5.2.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴展5.3 任務(wù)3 擴展并行輸入/輸出接口5.3.1 通用鎖存器、緩沖器的擴展5.3.2 擴展可編程并行I/0接口5.4 任務(wù)4 設(shè)計LED點陣顯示屏5.4.1 認(rèn)識LED點陣模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.4.2 設(shè)計過程5.5 項目小結(jié).習(xí)題5項目6 多路測溫系統(tǒng)的設(shè)計6.1 任務(wù)1 用DSl8820設(shè)計電子溫度計6.1.1 初識數(shù)字溫度傳感器6.1.2 讀／寫時序6.1.3 基本操作指令6.1.4 電子溫度計的設(shè)計6.2 任務(wù)2 單片機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 液晶模塊與單片機的連接6.3 任務(wù)3 設(shè)計多路測溫系統(tǒng)6.4 項目小結(jié)習(xí)題6項目7 自動打鈴系統(tǒng)的設(shè)計7.1 任務(wù)1 認(rèn)識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 單片機與24C02的連接7.3.3 單片機對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)識實時時鐘芯片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7.5 任務(wù)5 單片機控制點陣液晶顯示模塊FGl2864B7.5.1 TGl2864B模塊引腳功能7.5.2 液晶屏與顯示存儲器之間的對應(yīng)關(guān)系7.5.3 TGl2864B的指令7.5.4 單片機與液晶模塊的連接7.5.5 漢字的顯示7.6 任務(wù)6 設(shè)計自動打鈴系統(tǒng)7.7 項目小結(jié)習(xí)題7項目8 了器的設(shè)計8.1 任務(wù)1 數(shù)據(jù)采集器的實現(xiàn)過程8.1.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本概念8.1.2 認(rèn)識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與單片機的典型連接8.1.5 數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計過程8.2 任務(wù)2 數(shù)字電壓表的設(shè)計8.2.1 認(rèn)識SPI總線附錄A MCS-51 單片機的指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計附錄B USB型單片機實驗儀的使用參考文獻

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，外部發(fā)生了某一事件（如定時器溢出、鍵盤有鍵按下、串行口接收到一幀數(shù)據(jù)等）請求CPU迅速去處理，于是CPU暫時中斷當(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)出的中斷請求稱為中斷請求信號；CPU接收中斷請求而暫停現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去為服務(wù)對象服務(wù)稱為中斷響應(yīng)；為服務(wù)對象服務(wù)的程序稱為中斷服務(wù)程序或中斷處理程序；現(xiàn)行程序暫停時的PC值稱為斷點；從中斷服務(wù)程序返回到斷點處稱為中斷返回；當(dāng)有多個中斷源同時向CPU申請中斷時，CPU優(yōu)先響應(yīng)最緊急的中斷請求，處理完畢再響應(yīng)優(yōu)先級別較低的中斷請求，這種預(yù)先安排的響應(yīng)次序稱為中斷優(yōu)先級。計算機采用中斷技術(shù)后，具有以下優(yōu)點。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可啟動多個外設(shè)與它并行工作，對各個外設(shè)實行統(tǒng)一管理，分時服務(wù)，從而大大提高了CPU的工作效率。②增強了實時控制及應(yīng)急處理能力。在實時控制系統(tǒng)中，被控制對象的參數(shù)變化必須及時采集、處理，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制動作，對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)；數(shù)據(jù)的越限、系統(tǒng)的故障信息也必須被計算機及時發(fā)現(xiàn)，以便報警。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時數(shù)據(jù)和故障信息，并對系統(tǒng)做出應(yīng)急處理。

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《單片機應(yīng)用與項目實踐》是國家示范性高職院校建設(shè)項目成果·計算機專業(yè)系列

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