单片机项目式教程基于Proteus虚拟仿真技术_张玲玲李景福俞良英等编著.pdf

书书书卓越系列高职高专工作过程导向“六位一体”创新型系列教材单片机项目式教程(基于 Proteus 虚拟仿真技术)编著张玲玲李景福俞良英段凌飞行业指导专家李驰卓越系列高职高专工作过程导向“六位一体”创新型系列教材编审委员会顾问:何建湘主任:支校衡副主任:刘诗安曾良骥成员:曹述武江峻茂管声交李景福徐永农肖腊梅鲁玉桃李军雄李灶福李文锋黄玲青彭石普李波勇聂国秋总序教育部 关于加强高职高专教育人才培养工作的意见 明确指出:高等职业教育要以培养高等技术应用型专门人才为根本任务，以适应社会需要为目标，以培养技术应用能力为主线，设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案;以“应用”为主旨和特征，构建课程和教学内容体系。为此，各高等职业院校都在大刀阔斧地进行教学改革，以适应社会的需要。郴州职业技术学院率先在湖南进行课程教学改革，并形成了“六位一体”课程教学模式:课程教学以职业能力需求为导向，确定明确、具体、可检验的课程目标;根据课程目标构建教学模块，设计职业能力训练项目;以真实的职业活动实例作训练素材;以职业能力训练项目为驱动;根据职业能力形成和知识认知规律，“教、学、做”一体化安排，促使和指导学生进行职业能力训练，在训练中提高能力，认知知识;课程考核以平时项目完成情况和学习过程的考核为主。这种模式突出能力本位，完全摆脱了传统学科型课程教学的思维定势。基于工作过程导向的“六位一体”创新型系列教材作为“六位一体”教学模式改革的一项重要成果，改变了传统教材以学科知识逻辑顺序来编写教材的模式，而是以一种全新的模块式、项目式结构来构架整个教材体系。本系列教材较传统教材有以下创新之处。(1)教材编写以职业活动过程(工作过程)为导向，以项目、任务为驱动，按照工作过程形成应用性教学体系。改变了传统教材篇、章、节式的编写体例，采用创新性的模块、项目式编写体例，以一个工作过程为一个模块，下设若干个任务项目，按真实的工作过程来编写教材。(2)教材的编著有现场专家或者行业、企业专家参与，编著人员“双师”结合，即教师和行业、企业专家相结合，把行业、企业的新工艺、新设备、新技术、新标准引入教材内容当中，并根据行业、企业需要确定教材中各方面知识的比例结构，从而保证教材的内容质量。(3)强调能力本位，理论知识以“必需、够用”为原则，符合国家职业教育精神和职业教育特点。随着课程教学改革的不断深入和完善，我们还将推出适合机电、工商管理、旅游、财会等专业的一系列工作过程导向“六位一体”教学改革教材，从而推动和促进职业教育的进一步发展。我们相信，职业教育的明天一定会更加灿烂!郴州职业技术学院院长支校衡前言1前言单片机技术已经渗透到我们日常生活中的各个领域，在仪器仪表、工业控制、智能设备中广泛被应用，如:导弹的导航控制、飞机燃油系统、计算机网络通信、工业自动化生产、智能 IC 卡、录像机、摄像机、智能家电、机器人、医疗器械等。随着经济的高速发展，生产生活中对设备的自动化、智能化的要求越来越高，单片机的应用随之急速增长，因此学习单片机应用技术已成为社会发展的必然趋势。当前传统单片机应用类教程通常遵循从单片机的发展历史、数制及转换、汇编语言开始，再讲解单片机内部结构、指令系统、简单程序设计、中断系统、定时器/计数器、串口通信等理论知识，最后介绍实例的结构，其内容详尽全面，但学生一开始就进行复杂枯燥的理论学习，往往还未入门则感觉晦涩难懂，毫无兴趣。本教材秉承“做中学，学中做，做学结合，以做为主”，改变俗成结构，以“会使用单片机”为核心，章章结合实际项目，从简到繁、从易到难，将单片机的基础知识和相关技能分部到 13 个项目中，通过学生自己动手完成一个项目来提高学习兴趣和动力，从而掌握单片机的基本应用技术。此外，本教程结合 Proteus 仿真软件平台，所选项目既可使用其仿真完成，也可以使用配套硬件平台完成。在条件约束的情况下，只需一台 PC 机，即可采用“做学结合”的方式完成教学。整个教材分成四大模块共 13 个项目，分别为“单片机最小系统在 LED 控制中的应用”、“常用单片机相关开发软件的使用”、“汇编程序设计”、“跑马灯的实现与控制”、“采用定时器实现乐曲播放”、“串口在微机通信中的应用”、“键盘接口电路在密码锁控制器中的应用”、“彩灯的实现与控制”、“灯光报警”、“交通灯应急控制”、“数码管电子时钟的设计”、“模数转换在数字电压表设计中的应用”、“数模转换在信号发生器中的应用”。通过本教程的学习，可掌握如下知识目标和能力目标。1 知识目标熟练掌握单片机内部硬件结构、工作原理及指令系统，熟悉单片机开发设计常用工具软件。掌握程序的设计基本方法，能够较熟练地设计常用的汇编语言源程序。掌握单片机的接口技术，熟悉常用的外围接口芯片及典型电路。熟悉设计、调试单片机的应用系统的一般方法，具有初步的软、硬件设计能力。2 能力目标熟练地使用单片机开发设计常用工具软件，熟练组装单片机最小系统，熟练按图接线并进行应用程序调试，能正确解释结果和正确分析运行过程，能编写较简单的应用程序，并能排除软、硬件调试过程中的常见故障;初步具有设计与开发单片机应用系统，解决实际问题的能力。本书由湖南省郴州职业技术学院张玲玲、李景福、俞良英、段凌飞等核心一线研发与授课教师倾力编著，其都具有多年单片机教学和项目经验，凭借“优秀团队打造精品实用教材”的理念，将多年授课、研发经验挥于笔下，为读者奉上优秀和高价值的学习参考教材。其中本书的编写提纲及全书统筹由张玲玲拟定，段凌飞对全书进行修改定稿。本书送审稿承蒙路桥集团郴州筑路机械厂总工程师、高级工程师李驰仔细审阅，并提出了许多宝贵意见，在此表示深切的感谢。本课程的教学改革方案、教材编写大纲及教材初稿得到了郴州职业技术学院校本教材编审委员多次研讨与认真审核，提出了许多宝贵意见，郴州职业技术学院拿出专款资助出版，在此表示衷心的感谢。本书可作为高职高专院校电子信息类、计算机类、自动化类、机电类单片机技术课程教材，也可以作为职工大学、函授大学、中职学校的教材及单片机应用开发人员的参考工具书。由于单片机技术发展迅速，加之编者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，请读者批评指正并给出宝贵意见。作者2011 年 6 月E-mail:dingdang9903126 com目录模块 1单片机结构及开发设计流程项目 1.1用单片机最小控制系统实现 LED 发光二极管闪烁(2)项目目标(2)项目要求(2)硬件设计(2)知识点 1:AT89S51 芯片的引脚及型号的含义(4)知识点 2:AT89S51 的引脚功能(5)知识点 3:单片机基本电路的设计方法与连接(6)知识点 4:发光二极管工作原理(7)软件设计(8)程序清单(8)知识点 5:程序(下称源程序)的格式和书写原则(8)项目实施(9)能力训练(10)并行输入输出接口的结构和功能(10)项目 1.2单片机开发设计常用的工具软件(14)1.2.1Keil C51 仿真软件的应用(14)项目目标(14)项目要求(14)项目实施(14)能力训练(22)1.2.2仿真软件 Proteus 的应用(22)项目目标(22)项目要求(22)项目实施(23)能力训练(29)1.2.3USB ISP 下载器的使用方法(29)项目目标(30)项目要求(30)项目实施(30)能力训练(32)2单片机项目式教程(基于 Proteus 虚拟仿真技术)模块 2单片机指令系统的应用项目 2.1汇编语言程序设计基础(34)项目目标(34)项目要求(34)项目分析(34)知识点 1:程序存储器(35)知识点 2:数据存储器(36)知识点 3:特殊功能寄存器 SFR(38)知识点 4:寻址方式的认识(42)项目实施(44)能力训练(47)项目 2.2汇编指令在跑马灯控制中的应用(48)项目目标(48)项目要求(48)硬件设计(48)软件设计(49)知识点 1:片内数据存储器数据传送类指令(53)知识点 2:循环移位指令(54)知识点 3:无条件转移指令(55)知识点 4:循环转移指令(56)知识点 5:空操作指令(56)程序清单(57)项目实施(57)能力训练(58)项目 2.3汇编指令在彩灯控制中的应用(58)项目目标(58)项目要求(58)硬件设计(59)软件设计(59)知识点 1:判位转移指令(65)知识点 2:子程序调用与返回指令(66)知识点 3:逻辑与指令(67)知识点 4:比较不等则转移指令(68)知识点 5:逻辑或指令(68)知识点 6:逻辑异或指令(69)程序清单(70)项目实施(71)能力训练(72)目录3项目 2.4汇编指令在灯光报警中的应用(72)项目目标(72)项目要求(72)硬件设计(72)软件设计(73)知识点 1:不带进位的加法指令(76)知识点 2:带进位的加法指令(77)知识点 3:累加器清零和取反指令(78)知识点 4:位操作指令(78)知识点 5:带借位减法指令(80)程序清单(81)项目实施(81)能力训练(82)模块 3单片机内部三大功能的应用项目 3.1中断系统在交通灯应急控制中的应用(84)项目目标(84)项目要求(84)硬件设计(85)知识点 1:中断的相关概念(86)知识点 2:中断源(86)软件设计(87)知识点 3:中断入口地址(89)知识点 4:中断系统内部结构(89)知识点 5:定时/计数器控制寄存器(TCON)(89)知识点 6:串行口控制寄存器(SCON)(90)知识点 7:中断允许控制寄存器(IE)(91)知识点 8:中断优先级控制寄存器(IP)(91)知识点 9:堆栈操作指令(93)知识点 10:中断返回指令(94)程序清单(94)项目实施(97)能力训练(97)CPU 处理中断的过程(97)项目 3.2定时/计数器在音乐程序设计中的应用(100)项目目标(100)项目要求(100)硬件设计(100)4单片机项目式教程(基于 Proteus 虚拟仿真技术)软件设计(101)知识点 1:定时/计数器(105)知识点 2:定时/计数器方式控制寄存器(TMOD)(106)知识点 3:定时/计数器控制寄存器(TCON)(107)知识点 4:定时/计数器的初值设置(107)知识点 5:定时/计数器的初始化(108)程序清单(110)项目实施(112)能力训练(112)项目 3.3串行口在双机数据通信中的应用(115)项目目标(115)项目要求(115)硬件设计(115)知识点 1:串行口异步通信(116)软件设计(117)知识点 2:串行口结构(119)知识点 3:串行口的工作方式 1(120)程序清单(122)项目实施(123)能力训练(124)同步通信(124)串行口的其他工作方式(124)模块 4单片机基本接口电路的应用项目 4.1键盘接口电路在密码锁控制器中的应用(128)项目目标(128)项目要求(128)硬件设计(128)知识点 1:行列式键盘电路的结构及原理(129)软件设计(130)知识点 2:行列式键盘的工作方式 循环扫描方式(132)程序清单(134)项目实施(137)能力训练(137)中断工作方式(138)项目 4.2数码管动态显示在数字电子钟设计中的应用(139)项目目标(139)项目要求(139)目录5硬件设计(140)知识点 1:LED 数码管的结构与原理(141)软件设计(142)知识点 2:LED 动态显示方式(149)程序清单(150)项目实施(154)能力训练(155)项目 4.3模数转换器在数字电压表设计中的应用(155)项目目标(155)项目要求(155)硬件设计(155)知识点 1:ADC0809 芯片简介(157)知识点 2:ADC0809 与 8051 系列单片机的接口(159)软件设计(159)程序清单(162)项目实施(166)能力训练(166)项目 4.4数模转换器在信号发生器中的应用(166)项目目标(167)项目要求(167)硬件设计(167)知识点 1:DAC0832 内部结构及引脚(168)知识点 2:DAC0832 的工作方式之一 单缓冲方式(170