单片机原理与应用（C语言版）（微课版）-图书-人邮教育社区

内容摘要

本书基于Keil C51+Proteus 编写而成，以项目教学的方式，循序渐进地讲解MCS-51 系列单片机的基本原理和具体应用的方法与技巧。
本书共8 个项目，具体内容为简易声光报警器设计、模拟汽车转向灯设计、流水灯系统设计、人机交互密码锁设计、模拟交通灯系统设计、串口控制数码管显示系统设计、数字电压表与波形发生器设计和单片机应用系统综合设计。
本书实例丰富，内容翔实，操作方法简单易学，不仅可作为职业院校电气自动化技术、机电一体化技术、电子信息技术等相关专业教材，也可作为从事单片机应用相关工作的专业人士的参考书。

前言

党的二十大报告指出：“推进新型工业化，加快建设制造强国”。本书结合企业生产实践，科学选取典型案例题材和安排学习内容，在学习者学习专业知识的同时，激发其爱国热情、培养其爱国情怀。
单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，是一种非常活跃和颇具生命力的计算机。单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器（Microcontroller）。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器、随机存储器、只读存储器、并行I/O 端口、中断系统、定时/计数器等集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机。因此，单片机只需要有适当的软件和外设，便可组成一个单片机控制系统。
本书以由浅入深、循序渐进的方式展开讲解，以合理的结构和经典的范例对单片机基本和实用的功能进行详细的介绍。通过学习本书，读者不仅可以掌握单片机的基础知识和应用技巧，而且可以灵活地利用单片机进行各种操作。本书特点如下。
● 实例丰富
本书结合大量的单片机应用实例，详细讲解单片机的原理与应用知识要点，让读者在学习实例的过程中潜移默化地掌握单片机应用技巧。
● 突出提升技能
本书从全面提升读者单片机实际应用能力的角度出发，结合大量的实例来讲解如何使用单片机，使读者了解单片机基本原理并能独立地完成各种单片机应用操作。
本书有很多实例本身就是单片机开发项目案例，经过编者精心提炼和改编，不仅可以保证读者学会相关知识，更重要的是能够帮助读者掌握实际的操作技能，同时培养读者的单片机开发实践能力。
● 项目式教学，实操性强
本书采用项目式教学，把单片机理论知识分解并融入一个个实践操作的训练项目中，力求全面、细致地展现单片机的各种功能和使用方法。
本书由唐红雨、陈戎军、蒯真一担任主编，冷承业、郑玮玮、沙鸥、吴鹏、殷叶军担任副主编。
由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，望广大读者批评指正。

项目1 简易声光报警器设计 ............................... 1
项目导读 ............................................................. 1
素质目标 ............................................................. 1
学习目标 ............................................................. 1
思维导图 ............................................................. 1
任务1-1 Keil C51 的使用 ......................................... 2
1.1 认识单片机 .......................................................... 8
1.1.1 什么是单片机 .......................................... 8
1.1.2 单片机的内部结构 .................................. 9
任务1-2 LED 闪烁系统制作 ................................. 10
1.2 学习单片机的准备 ............................................ 14
1.2.1 单片机开发流程与工具 ....................... 14
1.2.2 单片机的仿真学习与ISP 下载实验板 ....... 14
任务1-3 简易声光报警器设计制作 ...................... 16
任务拓展两个LED 的闪烁控制 ........................... 18
知识梳理与总结 ......................................................... 19
思考与练习 ................................................................. 19

项目2 模拟汽车转向灯设计 ............................. 21
项目导读 ........................................................... 21
素质目标 ........................................................... 21
学习目标 ........................................................... 21
思维导图 ........................................................... 22
任务2-1 蜂鸣器发声 .............................................. 22
2.1 单片机的引脚 .................................................... 24
2.1.1 芯片封装 ............................................... 24
2.1.2 芯片引脚及功能 ................................... 25
2.2 单片机最小系统电路........................................ 27
2.2.1 单片机时钟电路 ................................... 28
2.2.2 时序定时单位 ....................................... 29
2.2.3 指令的执行时序 ................................... 29
2.3 51 单片机的存储器结构 .................................. 30
2.3.1 片内RAM ............................................. 30
2.3.2 片外RAM ............................................. 33
2.3.3 程序存储器 ........................................... 33
任务2-2 模拟汽车转向灯控制系统制作 .............. 34
2.4 单片机并行I/O 端口 ....................................... 36
2.4.1 并行I/O 端口电路结构 ....................... 36
2.4.2 作为输入端口使用 .............................. 37
2.4.3 作为输出端口使用 .............................. 37
2.4.4 I/O 端口的第二功能 ............................ 38
任务2-3 LED 闪烁 ................................................. 38
任务拓展设计8 路LED 流水灯电路 .................. 40
知识梳理与总结 ........................................................ 41
思考与练习 ................................................................ 41

项目3 流水灯系统设计 ...................................... 43
项目导读 .......................................................... 43
素质目标 .......................................................... 43
学习目标 .......................................................... 43
思维导图 .......................................................... 44
任务3-1 库函数流水灯设计 ................................. 44
3.1 认识C 语言 ...................................................... 46
3.1.1 第一个C 语言程序 ............................. 46
3.1.2 C 语言的基本结构 .............................. 47
3.1.3 C 语言的特点 ...................................... 50
任务3-2 按键控制流水灯设计 ............................. 50
3.2 C 语言的基本语句 ........................................... 52
3.2.1 表达式语句和复合语句 ...................... 52
3.2.2 选择语句 .............................................. 53
3.2.3 循环语句 .............................................. 56
任务3-3 花样流水灯设计 ..................................... 61
3.3 C 语言数据与运算 ........................................... 64
3.3.1 数据类型 .............................................. 64
3.3.2 常量和变量 .......................................... 65
3.3.3 运算符和表达式 .................................. 68
任务3-4 可调光灯设计.......................................... 72
3.4 C 语言的函数 ................................................... 74
3.4.1 函数的分类和定义 .............................. 74
3.4.2 函数调用 .............................................. 75
任务拓展 LED 声光报警器设计 ........................... 78
知识梳理与总结 ........................................................ 79
思考与练习 ................................................................ 80

项目4 人机交互密码锁设计 ............................ 81
项目导读 .......................................................... 81
素质目标 .......................................................... 81
学习目标 .......................................................... 81
思维导图 .......................................................... 82
任务4-1 数码管静态显示 ..................................... 82
4.1 数组的概念 ....................................................... 83
4.1.1 一维数组 .............................................. 83
4.1.2 二维数组 .............................................. 84
4.1.3 字符数组 .............................................. 85
4.2 认识LED 数码管 ............................................. 86
4.2.1 LED 数码管结构及段码 ..................... 86
4.2.2 LED 数码管的显示方式 ..................... 87
4.2.3 LED 数码管的识别与检测方法 ......... 88
任务4-2 数码管动态显示 ..................................... 89
4.3 LED 数码管动态显示 ...................................... 91
任务4-3 LED 大屏幕电子广告牌控制 ................ 91
4.4 点阵的初步认识 ............................................... 93
任务4-4 矩阵键盘密码锁设计 ............................. 95
4.5 单片机与矩阵键盘接口 ................................... 98
4.5.1 键盘与消除键盘抖动 .......................... 98
4.5.2 独立式键盘硬件结构 .......................... 98
4.5.3 独立式键盘的键值分析与程序结构 .......... 99
4.5.4 独立式键盘应用 ................................ 101
知识梳理与总结 ...................................................... 106
思考与练习 .............................................................. 107

项目5 模拟交通灯系统设计 .......................... 108
项目导读 ........................................................ 108
素质目标 ........................................................ 108
学习目标 ........................................................ 108
思维导图 ........................................................ 109
任务5-1 定时器控制LED 闪烁 .......................... 109
5.1 定时/计数器 .................................................... 111
5.1.1 定时/计数器的结构 ........................... 111
5.1.2 定时/计数器的寄存器 ....................... 112
5.1.3 定时/计数器的工作方式 ................... 115
任务5-2 中断流水灯的循环点亮 ....................... 117
5.2 中断系统 ......................................................... 119
5.2.1 什么是中断 ........................................ 119
5.2.2 中断系统的结构 ................................ 119
5.2.3 中断控制相关的寄存器 .................... 121
5.2.4 中断响应过程 .................................... 123
5.2.5 C51 中断的程序设计 ......................... 124
任务5-3 数码秒表设计 ........................................ 127
任务5-4 模拟交通灯控制系统设计 .................... 129
任务拓展智慧交通灯系统设计 .......................... 135
知识梳理与总结 ...................................................... 136
思考与练习 .............................................................. 137

项目6 串口控制数码管显示系统设计 ......... 138
项目导读 ......................................................... 138
素质目标 ......................................................... 138
学习目标 ......................................................... 138
思维导图 ......................................................... 139
任务6-1 串口彩屏显示系统设计 ........................ 139
6.1 串行通信基础 ................................................. 140
6.1.1 并行通信与串行通信 ........................ 141
6.1.2 单工通信与双工通信 ........................ 142
6.1.3 异步通信与同步通信 ........................ 142
6.2 51 单片机的串口 ............................................ 143
6.2.1 串口的结构与控制 ............................ 143
6.2.2 设置工作方式 .................................... 145
6.2.3 设置波特率......................................... 146
6.2.4 串口初始化......................................... 147
任务6-2 双机通信系统设计 ................................ 147
6.3 串行通信协议 ................................................. 153
6.3.1 常用串行通信协议 ............................ 153
6.3.2 RS-232 通信协议 ............................... 154
6.3.3 RS-422 通信协议 ............................... 157
6.3.4 RS-485 通信协议 ............................... 159
6.4 串口的I/O 端口扩展 ...................................... 160
6.4.1 采用串口扩展并行输入口 ................ 161
6.4.2 采用串口扩展并行输出口 ................ 162
任务拓展双机通信控制LED 显示 .................... 162
知识梳理与总结 ...................................................... 165
思考与练习 .............................................................. 165

项目7 数字电压表与波形发生器设计 ......... 167
项目导读 ......................................................... 167
素质目标 ......................................................... 167
学习目标 ......................................................... 167
思维导图 ......................................................... 168
任务7-1 简易数字电压表设计 ............................ 168
7.1 D/A 转换 .......................................................... 173
7.1.1 DAC ..................................................... 173
7.1.2 DAC0832 ............................................ 175
7.1.3 DAC0832 的时序与工作方式 ........... 177
7.2 单片机内部ADC 及其应用 ........................... 178
7.3 A/D 转换 .......................................................... 181
7.3.1 ADC ..................................................... 181
7.3.2 ADC0809 ............................................ 182
7.3.3 ADC0809 与单片机的硬件连接 ....... 184
7.3.4 ADC0809 的转换时序 ....................... 184
7.3.5 MCS-51 单片机三总线结构及绝对地址访问 ........... 185
任务7-2 波形发生器设计 .................................... 186
任务拓展基于ADC 和DAC 的可调光灯设计 ........... 191
知识梳理与总结 ....................................................... 196
思考与练习 ............................................................... 196

项目8 单片机应用系统综合设计 ................. 198
项目导读 ......................................................... 198
素质目标 ......................................................... 198
学习目标 ......................................................... 198
思维导图 ......................................................... 198
任务8-1 LCD1602 调试工具 ............................... 199
8-1-1 任务目的 ............................................ 199
8-1-2 任务要求 ............................................ 199
8-1-3 系统方案选择 ................................... 199
8-1-4 系统硬件设计 ................................... 200
8-1-5 系统软件设计 ................................... 200
8-1-6 系统调试与脱机运行 ....................... 205
8-1-7 任务小结 ............................................ 205
任务8-2 游客流量计数器设计 ........................... 205
8-2-1 目的与要求 ........................................ 205
8-2-2 系统方案选择 ................................... 205
8-2-3 系统硬件设计 ................................... 206
8-2-4 系统软件设计 ................................... 207
8-2-5 仿真系统设计 ................................... 208
8-2-6 任务小结 ............................................ 209
任务8-3 饮料生产计数器设计 ........................... 210
8-3-1 目的与要求 ........................................ 210
8-3-2 系统方案选择 ................................... 210
8-3-3 系统硬件设计 ................................... 210
8-3-4 系统软件设计 ................................... 211
8-3-5 仿真系统设计 ................................... 213
8-3-6 系统调试与脱机运行 ....................... 214
8-3-7 任务小结 ............................................ 214
任务8-4 家居照明蓝牙控制系统设计 ............... 215
8-4-1 目的与要求 ........................................ 215
8-4-2 系统硬件设计 ................................... 215
8-4-3 系统软件设计 ................................... 216
8-4-4 蓝牙App 设置及系统运行调试 ...... 218
8-4-5 任务小结 ............................................ 219
知识梳理与总结 ...................................................... 219
思考与练习 .............................................................. 220