單片機應用與項目實踐

前言

隨著高等職業(yè)教育教學改革的深化，任務驅動、案例教學、項目導向等教學方法得到了越來越廣泛的應用。本書依據任務驅動、項目導向的教學思路，以項目為載體組織教學內容，將單片機產品的設計與開發(fā)過程與相關的知識點有機結合在一起，使學生在學會單片機產品開發(fā)過程的同時，認識單片機，使用單片機，掌握單片機的基本原理、相關概念。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)據采集、信息處理、家用電器等領域中得到了廣泛的應用。目前單片機有幾十個系列，數(shù)百個型號，MCS一51單片機是國內應用最為廣泛的機型之一。經過20多年的推廣與發(fā)展，形成了一個規(guī)模龐大、功能齊全、資源豐富的產品群，在今后很長的一段時間內，將依然活躍如故，在嵌入式系統(tǒng)產品的低端市場占據重要份額。本書是在總結多年MCS一51單片機發(fā)展歷程和開發(fā)實踐的基礎上，結合目前單片機發(fā)展的新技術編寫而成。根據高等職業(yè)教育的特點，本書簡化了單片機及其外圍器件內部結構的說明，以“夠用”、“會用”為度，側重于單片機系統(tǒng)的應用方法；根據單片機發(fā)展的特點，壓縮了程序存儲器、并行輸入/輸出接口擴展的內容，突出了單總線、I。C總線、SPI總線技術的應用；目前單片機C語言已非常流行，絕大部分的應用系統(tǒng)可直接用C51來編寫。目前企業(yè)實際應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，使學生無需花大量的時間和精力去學習枯燥難懂的匯編語言，直接面對硬件電路進行程序的設計與調試。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)等單片機應用產品作為載體，將相關的知識、技能融入其中。本書是作者在總結多年MCS一51單片機教學經驗和開發(fā)實踐的基礎上，結合目前單片機發(fā)展的新技術編寫而成，書中提供了大量的應用案例，并有詳細的電路和程序設計、分析過程，在編排上循序漸進，由簡單到復雜，由基礎到綜合，以方便讀者自學。教學中，首先根據項目需求導人相關的知識點，然后利用虛擬仿真軟件。Protells或單片機實驗儀對所學的知識進行驗證，通過豐富的案例引導學生思考如何運用這些知識去實現(xiàn)設計要求，最后指導學生進行硬件電路、控制程序的設計與調試，完成產品的制作。在項目的實施過程中，邊教邊做、邊做邊學、學練結合，訓練學生對所學知識的運用能力和工程實踐能力，從而實現(xiàn)基于單片機產品開發(fā)過程的能力訓練。本課程建議教學學時為130學時，具體分配如下表。

內容概要

　　全書共8個項目，項目1～項目4為基礎知識，內容包括單片機最小系統(tǒng)、搶答器、電子鐘、密碼鍵盤的設計，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部資源的應用展開；項目5～項目8為提高篇，內容包括LED點陣顯示屏、多路測溫系統(tǒng)、自動打鈴系統(tǒng)、數(shù)據采集器的設計，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轉換器和D/A轉換器的應用?！　”緯瓤勺鳛楦呗毟邔Ｓ嬎銠C與電子信息類相關專業(yè)的教材或教學參考書，也可供相關的工程技術人員參考。

書籍目錄

項目1 單片機最小系統(tǒng)的設計1.1 任務1 認識最簡單的單片機應用系統(tǒng)1.1.1 初識單片機1.1.2 認識單片機的硬件電路1.1.3 單片機的控制程序1.2 任務2 認識MCS-51單片機結構1.2.1 單片機的內部結構1.2.2 CPU的結構1.2.3 MCS-51單片機的引腳1.3 任務3 認識單片機的存儲器1.3.1 程序存儲器1.3.2 片內數(shù)據存儲器1.3.3 外部數(shù)據存儲器1.3.4 特殊功能寄存器1.4 任務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、產生目標代碼1.4.3 編程器的使用1.4.4 調試方法與步驟1.5 項目小結習題1項目2 搶答器的設計2.1 任務1 認識單片機c語言2.1.1 C語言的特點2.1.2 C51的數(shù)據類型2.1.3 C5I的數(shù)據存儲類型與8051存儲器結構2.1.4 定義8051特殊功能寄存器及I/0口2.1.5 認識C51的內部函數(shù)及常用的宏2.2 任務2 PO～P3口應用舉例2.3 任務3 學習單片機仿真實驗儀的使用2.3.1 認識仿真器2.3.2 USB型單片機仿真實驗儀的安裝2.3.3 Keil調試器的使用2.4 任務4 Proteus 6.9的使用2.4.1 認識Proteus的操作界面2.4.2 編輯原理圖2.4.3 仿真調試2.5 任務5 認識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6 設計動態(tài)LED顯示器2.6.1 認識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顯示程序的設計技巧2.7 任務7設計電子計數(shù)器2.8 任務8設計搶答器2.9 項目小結習題2項目3 電子鐘的設計3.1 任務1 認識單片機的定時器/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2 定時器/計數(shù)器的應用3.3 任務3 電子鐘的設計與調試3.4 項目小結習題3項目4 密碼鍵盤的設計4.1 任務1 認識串行通信4.1.1 數(shù)據通信的概念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2 認識MCS-51單片機的串行口4.2.1 MCS-51單片機的串行口結構4.2.2 串行口的控制寄存器4.3 任務3 串行口的應用4.3.1 方式04.3.2 方式14.3.3 方式24.3.4 方式34.4 任務4 設計行列式鍵盤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5設計密碼鍵盤4.6 項目小結習題4項目5 LED點陣顯示屏的設計5.1 任務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)據存儲器的擴展5.3 任務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4 設計LED點陣顯示屏5.4.1 認識LED點陣模塊內部結構5.4.2 設計過程5.5 項目小結.習題5項目6 多路測溫系統(tǒng)的設計6.1 任務1 用DSl8820設計電子溫度計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 電子溫度計的設計6.2 任務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3 設計多路測溫系統(tǒng)6.4 項目小結習題6項目7 自動打鈴系統(tǒng)的設計7.1 任務1 認識IC總線7.1.l IC總線概述7.1.2 IC總線協(xié)議7.2 任務2 用I/O口模擬IC總線操作7.3 任務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 調試方法與步驟7.4 任務4 認識實時時鐘芯片PCF85637.4.1 引腳功能7.4.2 PCF8563的寄存器7.4.3 電子鐘的設計7.5 任務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關系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6 設計自動打鈴系統(tǒng)7.7 項目小結習題7項目8 了器的設計8.1 任務1 數(shù)據采集器的實現(xiàn)過程8.1.1 A/D轉換器的基本概念8.1.2 認識ADC0808/0809的內部結構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)據采集器的設計過程8.2 任務2 數(shù)字電壓表的設計8.2.1 認識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)據等）請求CPU迅速去處理，于是CPU暫時中斷當前程序的執(zhí)行，轉去處理發(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?，F(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉去為服務對象服務稱為中斷響應；為服務對象服務的程序稱為中斷服務程序或中斷處理程序；現(xiàn)行程序暫停時的PC值稱為斷點；從中斷服務程序返回到斷點處稱為中斷返回；當有多個中斷源同時向CPU申請中斷時，CPU優(yōu)先響應最緊急的中斷請求，處理完畢再響應優(yōu)先級別較低的中斷請求，這種預先安排的響應次序稱為中斷優(yōu)先級。計算機采用中斷技術后，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可啟動多個外設與它并行工作，對各個外設實行統(tǒng)一管理，分時服務，從而大大提高了CPU的工作效率。②增強了實時控制及應急處理能力。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，并轉化為相應的控制動作，對系統(tǒng)進行調節(jié)；數(shù)據的越限、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)據和故障信息，并對系統(tǒng)做出應急處理。

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

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