51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真

前言

筆者有多年的8086、51單片機(jī)等課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。如何在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)讓單片機(jī)初學(xué)者真正具備計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基本能力，是筆者一直在努力達(dá)到的目標(biāo)，但效果卻并不理想。筆者認(rèn)為，對單片機(jī)初學(xué)者而言，主要有以下兩個(gè)障礙：（1） 實(shí)踐環(huán)節(jié)難以保證單片機(jī)初學(xué)者編程時(shí)往往有較多的錯(cuò)誤，在沒有硬件仿真器的情況下，難于調(diào)試糾錯(cuò)，編程練習(xí)的失敗會造成很大的挫折感，影響學(xué)習(xí)的信心和效率。（2）初學(xué)者的編程能力有限要真正理解、掌握和應(yīng)用單片機(jī)，是需要具備一定的編程能力的；而初學(xué)者往往編程能力還不夠好，復(fù)雜一些的應(yīng)用編程往往感到無從下手，使學(xué)習(xí)者難于跨越從單片機(jī)理論到應(yīng)用實(shí)踐的門檻。而Proteus仿真軟件的出現(xiàn)，為問題（1）的解決提供了很好的契機(jī)。Proteus軟件可仿真51等單片機(jī)和外圍電路，并提供了許多圖形化的虛擬儀器和分析工具，還可和Keil C聯(lián)合仿真，從而在沒有硬件仿真器和實(shí)驗(yàn)板的情況下，就可完成原理圖的設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序的仿真調(diào)試。另一方面，許多單片機(jī)初學(xué)者已有一定的C語言基礎(chǔ)，而51單片機(jī)有Keil C這樣性能優(yōu)異、好用的C語言開發(fā)工具，筆者認(rèn)為，用Keil C作為51單片機(jī)學(xué)習(xí)時(shí)的編程工具可省去初學(xué)者學(xué)習(xí)匯編語言的負(fù)擔(dān)，對突破問題（2）是十分有益的?；谶@樣的認(rèn)識，筆者結(jié)合Proteus和Keil C，以51單片機(jī)爐溫控制器這一實(shí)踐項(xiàng)目的軟硬件設(shè)計(jì)和仿真為線索，編寫了此51單片機(jī)教程，希望借助Proteus這一先進(jìn)工具，幫助單片機(jī)初學(xué)者盡快掌握單片機(jī)知識并具備設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本能力。讀者可將本書中爐溫控制器的Proteus仿真原理圖作為虛擬實(shí)驗(yàn)板，除本書中的例題外，讀者還可在上面編寫其他程序來仿真調(diào)試，以檢驗(yàn)自己對各部分內(nèi)容的掌握情況。本書由丁明亮、唐前輝主編，第2章和第4章由丁明亮編寫；第3章由唐前輝編寫，第1章由熊真春、丁明亮合編；附錄和習(xí)題由丁明亮整理編寫。讀者可發(fā)信息至:computerapp@sinacom，與作者進(jìn)一步交流。感謝北航出版社的編輯為本書編寫提供的寶貴建議和大力支持！

內(nèi)容概要

　　《51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真：基于Keil C與Proteus》重點(diǎn)闡述了51單片機(jī)原理、Keil C環(huán)境下用C語言編寫和調(diào)試51單片機(jī)應(yīng)用程序的方法、Proteus仿真軟件的使用方法、51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展、51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真。本書示例的Proteus仿真文件及C51程序可從北航出版社網(wǎng)站上下載，以方便讀者學(xué)習(xí)?！　　?1單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真：基于Keil C與Proteus》的讀者對象為有C語言基礎(chǔ)的51單片機(jī)初學(xué)者，也可作為單片機(jī)工程師學(xué)習(xí)Proteus仿真軟件和51單片機(jī)C語言編程的參考資料。

書籍目錄

第1章 51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理11.1 51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)21.1.1 基本結(jié)構(gòu)21.1.2 CPU結(jié)構(gòu)31.2 51單片機(jī)的引腳功能81.3 51單片機(jī)的存儲器配置91.3.1 程序存儲器ROM101.3.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM101.4 51單片機(jī)的基本時(shí)序141.4.1 51單片機(jī)的時(shí)序信號141.4.2 CPU取指/執(zhí)行時(shí)序151.4.3 訪問外部ROM和RAM的時(shí)序161.5 51單片機(jī)的輸入/輸出端口181.5.1 P0口181.5.2 P1口201.5.3 P2口201.5.4 P3口211.5.5 端口的負(fù)載能力221.6 51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)221.6.1 中斷結(jié)構(gòu)231.6.2 中斷源241.6.3 中斷控制251.6.4 中斷響應(yīng)過程271.6.5 中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)281.7 51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器281.7.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)281.7.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式301.7.3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器及外部中斷應(yīng)用舉例——8051控制包裝生產(chǎn)線331.8 51單片機(jī)的串行口351.8.1 串行口的控制寄存器351.8.2 串行口的工作方式371.8.3 波特率的設(shè)計(jì)38習(xí)題140第2章 從標(biāo)準(zhǔn)C轉(zhuǎn)向KeilC412.1 概述412.2 C51程序的一般結(jié)構(gòu)432.3 KeilC上機(jī)的基本方法442.3.1 μVision3中編程的基本步驟442.3.2 μVision3上機(jī)實(shí)例442.3.3 μVision3上機(jī)注意事項(xiàng)512.4 KeilC軟仿真器及程序調(diào)試方法532.4.1 調(diào)試相關(guān)工具介紹532.4.2 斷點(diǎn)設(shè)置及應(yīng)用實(shí)例542.4.3 程序調(diào)試實(shí)例562.5 C51中的變量和函數(shù)572.5.1 數(shù)據(jù)類型572.5.2 存儲類型612.5.3 字節(jié)順序662.5.4 存儲模式選擇672.5.5 絕對地址訪問和I/O端口讀/寫682.5.6 指針692.5.7 C51函數(shù)712.6 KeilC中的51單片機(jī)中斷編程762.6.1 C51中斷處理函數(shù)編寫方法762.6.2 C51編寫定時(shí)器中斷處理函數(shù)實(shí)例772.6.3 C51編寫外部中斷處理函數(shù)實(shí)例782.7 編寫KeilC程序的一些建議812.7.1 合理定義變量812.7.2 正確調(diào)用不可重入庫函數(shù)82習(xí)題283第3章 Proteus應(yīng)用指南853.1 Proteus簡介853.2 啟動ProteusISIS863.3 ProteusISIS工作界面863.3.1 編輯窗口863.3.2 預(yù)覽窗口873.3.3 對象選擇器883.4 原理圖繪制的方法和步驟903.4.1 創(chuàng)建新的設(shè)計(jì)文件903.4.2 設(shè)置圖紙類型903.4.3 將所需元器件加入對象選擇器903.4.4 放置元器件923.4.5 繪制總線933.4.6 導(dǎo)線連接943.4.7 導(dǎo)線標(biāo)注943.4.8 編輯對象的屬性953.4.9 制作標(biāo)題欄963.5 Proteus與KeilC的聯(lián)合仿真983.5.1 Proteus與KeilC的接口983.5.2 Proteus與KeilC聯(lián)合仿真實(shí)例1003.6 基本ProteusVSM的電路分析1023.6.1 激勵(lì)源1023.6.2 虛擬儀器1023.6.3 探針1033.6.4 基于圖表的分析1033.6.5 電源與地1043.6.6 交互式電路仿真1043.7 電路分析實(shí)例11063.7.1 電路原理圖的繪制1063.7.2 放置電路分析的儀器1093.7.3 電路仿真前的準(zhǔn)備1133.7.4 仿真儀器的使用1153.8 電路分析實(shí)例21173.8.1 子電路及其子電路圖的繪制1183.8.2 程序?qū)崿F(xiàn)1203.8.3 仿真結(jié)果及分析121習(xí)題3121第4章 單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐與Proteus仿真1244.1 8051存儲系統(tǒng)擴(kuò)展和PID溫控器的存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)1264.1.1 存儲器分類1264.1.2 常用存儲芯片及引腳功能1264.1.3 片外存儲系統(tǒng)擴(kuò)展1284.1.4 PID溫控器存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)1314.2 人機(jī)接口和PID溫控器的輸入/輸出設(shè)計(jì)及仿真1334.2.1 八段LED顯示器1344.2.2 LED顯示器的顯示方式1354.2.3 PID溫控器LED顯示及仿真1374.2.4 鍵盤檢測基本原理1414.2.5 PID溫控器的鍵盤設(shè)計(jì)及其Proteus仿真1434.3 A/D、D/A轉(zhuǎn)換及PID溫控器的溫度采樣子系統(tǒng)1484.3.1 A/D轉(zhuǎn)換及器件1484.3.2 D/A轉(zhuǎn)換接口及應(yīng)用實(shí)例1584.4 PID溫控器的爐溫采樣接口及仿真1664.4.1 PID溫控器A/D轉(zhuǎn)換原理1664.4.2 PID溫控器A/D轉(zhuǎn)換編程方法1674.4.3 PID溫控器A/D轉(zhuǎn)換編程實(shí)例1704.5 運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)及應(yīng)用1724.5.1 傳感器及放大電路1734.5.2 運(yùn)算放大電路分析基礎(chǔ)1744.5.3 常用運(yùn)算放大器1794.5.4 運(yùn)算放大電路實(shí)例1804.6 PID溫控器的溫度測量電路設(shè)計(jì)及仿真1824.6.1 熱電阻電橋電路分析1824.6.2 PID溫控器測溫放大電路初步設(shè)計(jì)1844.6.3 測溫放大電路的進(jìn)一步完善1864.6.4 標(biāo)度變換1884.6.5 測溫放大電路與ADC0808的接口及仿真1894.7 8051串口通信及應(yīng)用仿真1914.7.1 串行通信的基本概念1924.7.2 串行通信編程的基本方法1944.7.3 8051雙機(jī)直接通信1954.7.4 8051主從式多機(jī)串行通信網(wǎng)絡(luò)1994.7.5 串行口工作方式0擴(kuò)展I/O口2054.8 PID溫控器上/下位機(jī)串口通信及仿真2084.8.1 PC雙機(jī)串口通信原理2084.8.2 Proteus串行通信仿真2094.8.3 PID溫控器與上位PC機(jī)的串口通信設(shè)計(jì)及仿真2134.8.4 串行通信應(yīng)用層協(xié)議簡介2144.9 PID溫控器直流電源與加熱功率控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真2144.9.1 直流電源設(shè)計(jì)2144.9.2 加熱功率控制2154.9.3 爐溫PID控制2204.9.4 爐溫閉環(huán)PID控制系統(tǒng)仿真模型221習(xí)題4225附錄A 常用51單片機(jī)選型指南227附錄B 8255A資料232附錄C 關(guān)于上/下拉電阻237參考文獻(xiàn)240

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，也稱為微控制器（Micro Controller Unit，也簡寫為Microcontroller），英文縮寫為MCU。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及功能均是按照工業(yè)控制要求而設(shè)計(jì)的，它把微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件（中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、輸入輸出UO接VI、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器以及串行通信接口等）集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，故又稱為單片微型計(jì)算機(jī)。除工業(yè)控制領(lǐng)域外，單片機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種民用電子、電器之中。MCS-51是由美國INTEL（英特爾）公司20世紀(jì)80年代生產(chǎn)的一系列8位單片機(jī)的總稱，此系列單片機(jī)包括很多型號，如8031、8051、8751、8032、8052、8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品。該系列其他單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS-51系列單片機(jī)，而其中的8031在20世紀(jì)80年代末90年代初是我國最流行的單片機(jī)之一。INTEL公司后來將MCS-51的核心技術(shù)授權(quán)給了其他公司，現(xiàn)在生產(chǎn)8051內(nèi)核單片機(jī)的公司，主要有ATMEL（愛特梅爾）、WINBOND（華幫）、NXP（恩智浦）、NC DRAGON（新華龍）等，各公司的8051的典型產(chǎn)品有：ATMEL公司融入Flash存儲器技術(shù)的AT89系列；NXP公司的P80C51、P80C552系列；WINBOND公司的W78C51、W77C51高速低價(jià)系列；NC DRAGON公司的C8051F系列。除以上系列外，針對不同應(yīng)用，許多廠商推出了各具特色的51系列單片機(jī)，具體選型時(shí)，可參考附錄A，其中列出了幾大廠商部分常用型號8051 MCU的主要特點(diǎn)，更多產(chǎn)品信息可到各公司的網(wǎng)站上查詢。

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《51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真:基于Leil C與Proteus》的讀者對象為有C語言基礎(chǔ)的51單片機(jī)初學(xué)者，也可作為單片機(jī)工程師學(xué)習(xí)Proteus仿真軟件和51單片機(jī)C語言編程的參考資料。

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