单片机技术及应用.pdf

电子电路设计、仿真与制作单片机技术及应用周润景摇 丁摇 岩摇 编著内 容 简 介本书介绍了 19 个典型的单片机技术设计案例,内容包含数字电压表设计、直流电动机控制模块设计、步进电动机控制电路设计、电子密码锁设计、数字时钟电路设计、基于 DS18B20 的温度测量模块设计、信号发生器设计、基于模糊控制的温度控制电路设计、催眠电路设计、电子治疗仪电路设计、室内天然气泄漏报警装置设计、数控稳压电源设计、转速测量系统设计、电子烟花点火电路设计、乒乓球比赛模拟电路设计、数字频率计设计、多功能万年历设计、交通灯电路设计、函数发生器设计。这些案例均来源于作者多年的实际科研项目,因此具有很强的实用性。通过对本书的学习和实践,读者可以很快掌握单片机技术的基础知识及应用方法。本书适合电子电路设计爱好者自学使用,也可作为高等学校相关专业课程设计、毕业设计及电子设计竞赛的指导书籍。未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有,侵权必究。图书在版编目(CIP)数据单片机技术及应用/周润景,丁岩编著 郾 北京:电子工业出版社,2017郾 7(电子电路设计、仿真与制作)ISBN 978-7-121-31572-5玉郾 淤单摇 域郾 淤周摇 于丁摇 芋郾 淤单片微型计算机摇 郁郾 淤TP368郾 1中国版本图书馆 CIP 数据核字(2017)第 118964 号策划编辑:张摇 剑(zhang phei郾 com郾 cn)责任编辑:康摇 霞印摇 摇 刷:装摇 摇 订:出版发行:电子工业出版社北京市海淀区万寿路 173 信箱摇 邮编 100036开摇 摇 本:787 伊1092摇 1/16摇 印张:18摇 字数:461 千字版摇 摇 次:2017 年 7 月第 1 版印摇 摇 次:2017 年 7 月第 1 次印刷定摇 摇 价:49郾 00 元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题,请向购买书店调换。若书店售缺,请与本社发行部联系,联系及邮购电话:(010)88254888,88258888。质量投诉请发邮件至 zlts phei郾 com郾 cn,盗版侵权举报请发邮件至 dbqq phei郾 com郾 cn。本书咨询联系方式:zhang phei郾 com郾 cn。前摇摇言近年来,随着电子技术和微型计算机的迅速发展,单片机的应用领域也在不断扩大,已广泛应用于家用电器、办公自动化、智能产品、测控系统、智能接口、工业自动化、汽车电子和航空航天电子系统等领域,涵盖了人们生活的方方面面。因此,掌握单片机电路的设计技术已成为电子技术工程师必备的技能之一。本书以单片机电路的设计、分析和制作为主线,围绕单片机应用中的一些具体实例进行讲解。本书中的实例都是作者实际科研工作经验的总结,实例的选择经过了多方面的考虑,涵盖 51 单片机应用的各个方面,每个实例都经作者亲自验证。本书实例都配有汇编语言和 C 语言的源代码,不仅编程规范,且代码具有良好的可移植性,对单片机系统研发人员有非常大的参考价值,也可以为高等院校相关专业的师生在单片机系统教学实验、课程设计、毕业设计及电子设计竞赛等方面提供帮助。本书结合 EDA 开发工具 PROTEUS 软件及 KEIL 软件进行单片机电路的软、硬件联调,对电路进行仿真分析,并且可以通过改变元器件的参数使整个电路的性能达到最优化,这样不仅节省时间和经费,也提高了设计的效率和质量。“天下大事,必作于细冶。本书是对作者多年实践经验的整理与总结,读者通过对本书的学习,可以借鉴作者的研发思路与实践经验,这无疑就是找到了学习的捷径,可以尽快取得最佳学习效果,减少了不必要的盲目摸索时间。无论是从单片机入门与提高的角度来看,还是从实践性与技术性的角度来看,本书均有可圈可点之处。本书从实用性角度出发,详细介绍了 19 个典型项目,包括数字电压表设计、直流电动机控制模块设计、步进电动机控制电路设计、电子密码锁设计、数字时钟电路设计、基于 DS18B20 的温度测量模块设计、信号发生器设计、基于模糊控制的温度控制电路设计、催眠电路设计、电子治疗仪电路设计、室内天然气泄漏报警装置设计、数控稳压电源设计、转速测量系统设计、电子烟花点火电路设计、乒乓球比赛模拟电路设计、数字频率计设计、多功能万年历设计、交通灯电路设计、函数发生器设计。每个项目均从设计任务、基本要求、模块详解、程序设计、电路原理图、调试与仿真等方面进行详细介绍,方便初学者快速入手,使读者在实践过程中提高自己发现问题、分析问题、解决问题的能力。本书的内容大多来自作者的科研与实践,有关内容的讲解并没有过多的理论推导,而代之以实用的电路设计,因此实用是本书的一大特点。本书力求做到精选内容,推陈出新;讲清基本概念、基本电路的工作原理和基本分析方法。本书语言生动精练,内容翔实,并且包含了大量可供参考的实例。本书由周润景、丁岩编著。其中,丁岩编写项目 1,其余项目由周润景编写,全书由周润景教授统稿。另外,参加本书编写的还有谢亚楠、邢婧、陈萌、井探亮、丁岩、张赫、韩亦俍、刘艳珍、刘白灵、王洪艳、张红敏、张丽敏、周敬和宋志清。由于作者水平有限,书中难免存在一些错误、疏漏和不妥之处,敬请广大读者批评指正。编摇 著摇 者2017郾 5郁目摇摇录项目 1摇 数字电压表设计1设计任务1基本要求1总体思路1系统组成1模块详解2程序设计4电路原理图6调试与仿真7PCB 版图8实物测试9思考与练习9特别提醒10项目 2摇 直流电动机控制模块设计11设计任务11基本要求11总体思路11系统组成11模块详解12程序设计14电路原理图17调试与仿真18PCB 版图20实物测试20思考与练习21特别提醒21项目 3摇 步进电动机控制电路设计22设计任务22基本要求22总体思路22系统组成22模块详解23程序设计26电路原理图28调试与仿真28PCB 版图29实物测试30思考与练习30特别提醒30项目 4摇 电子密码锁设计31设计任务31基本要求31总体思路31系统组成31模块详解31程序设计35电路原理图53调试与仿真53PCB 版图55实物测试55思考与练习56特别提醒57项目 5摇 数字时钟电路设计58设计任务58基本要求58总体思路58系统组成58模块详解59程序设计61电路原理图65调试与仿真66PCB 版图67实物测试67思考与练习68特别提醒69项目 6摇 基于 DS18B20 的温度测量模块设计70设计任务70基本要求70总体思路70系统组成70模块详解71程序设计74遇电路原理图77调试与仿真77PCB 版图78实物测试79思考与练习79特别提醒80项目 7摇 信号发生器设计81设计任务81总体思路81系统组成81模块详解82程序设计84电路原理图88调试与仿真88PCB 版图90实物测试90思考与练习91特别提醒91项目 8摇 基于模糊控制的温度控制电路设计92设计任务92基本要求92总体思路92系统组成92模块详解93程序设计96电路原理图105调试与仿真106PCB 版图108实物测试109思考与练习109特别提醒110项目 9摇 催眠电路设计111设计任务111基本要求111总体思路111系统组成111模块详解112程序设计112电路原理图120喻调试与仿真121PCB 版图122实物测试122思考与练习123特别提醒123项目 10摇 电子治疗仪电路设计124设计任务124总体思路124系统组成124模块详解125程序设计128电路原理图129调试与仿真130PCB 版图131实物测试131思考与练习131特别提醒132项目 11摇 室内天然气泄漏报警装置设计133设计任务133基本要求133高级要求133总体思路133系统组成133模块详解134程序设计138电路原理图143调试与仿真144PCB 版图145实物测试145思考与练习146特别提醒146项目 12摇 数控稳压电源设计147设计任务147基本要求147总体思路147系统组成147模块详解148程序设计154电路原理图159峪调试与仿真160PCB 版图161实物测试162思考与练习162特别提醒163项目 13摇 转速测量系统设计164设计任务164基本要求164总体思路164系统组成164模块详解165程序设计169电路原理图175调试与仿真175PCB 版图178实物测试178思考与练习179特别提醒179项目 14摇 电子烟花点火电路设计180设计任务180总体思路180系统组成180模块详解180程序设计182电路原理图184调试与仿真184PCB 版图184实物测试186思考与练习186特别提醒187项目 15摇 乒乓球比赛模拟电路设计188设计任务188基本要求188总体思路188模块详解189程序设计192电路原理图197系统仿真198PCB 版图198御实物测试200思考与练习200特别提醒200项目 16摇 数字频率计设计201设计任务201基本要求201总体思路201系统组成201模块详解202程序设计204电路原理图206调试与仿真206PCB 版图208实物测试208思考与练习209特别提醒209项目 17摇 多功能万年历设计210设计任务210基本要求210总体思路210系统组成210模块详解211程序设计214电路原理图244调试与仿真244PCB 版图246实物测试247思考与练习247特别提醒247项目 18摇 交通灯电路设计248设计任务248基本要求248总体思路248系统组成248模块详解249程序设计251电路原理图257调试与仿真258PCB 版图259愈实物测试260思考与练习261特别提醒262项目 19摇 函数发生器设计263设计任务263基本要求263总体思路263系统组成263模块详解264程序设计266电路原理图271调试与仿真271PCB 版图273实物测试273思考与练习274特别提醒274欲项目 1摇数字电压表设计设计任务设计一个数字电压表,使其能够测量 0 5V 直流电压,4 位数码显示,精确到 0郾 01V。基本要求可以将 0 5V 的模拟电压量转化成数字量,并用 4 位数码管显示出来,具体原理如下:利用 STC89C52 单片机和 ADC0808,将模拟量转化为数字量,转化的结果为0 255。将转化出来的数字量在单片机上进行数据处理,使显示结果为 0 5 之间的数,并保留两位小数。使用软件从 AT89C52 的 P2郾 4 端口输出 CLK 信号供 ADC0808 使用。直接使用单片机驱动 LED 数码管。总体思路数字电压表是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表,它显示清楚、直观,读数准确,准确率和分辨率都高。系统组成数字电压表的系统主要分为 4 部分。模拟电压测量部分:为整个电路提供被测的模拟电压 0 5V。模数转换部分:将被测模拟电压转换成数字量来让单片机进行数据处理。单片机数据处理部分:对转化成的数字量进行译码处理,处理成相应的个位、十1位和小数点位。数码管显示部分:将单片机译码后的数字通过对多位数码管动态扫描显示到数码管上。整个系统方案的模块框图如图 1-1 所示。图 1-1摇 模块框图模块详解1郾 被测模拟电压电路模拟电压测量部分由一个阻值为 10k赘 的可调电位器和 5V 电源组成。电位器两端接到 5V 电源上,这样中间抽头所引出线的电压值为 0 5V 模拟电压,电路图如图 1-2所示。图 1-2摇 模数转换电路2郾 模数转换电路本设计采用的是模拟通道 IN0 采集模拟量,模拟通道地址选择信号 ADDA、ADDB、ADDC 都接地,这样地址信号为 000 选中的转换通道为 IN0。地址锁存允许信号 ALE 为高电平有效。当此信号有效时,A、B、C 三位地址信号被锁存,译码选通对应模拟通道。模数转换(以下简称 AD 转换)启动信号 START,正脉冲有效。ALE 和 START 信号连在一起,以便同时锁存通道地址和启动 AD 转换。本电路设计的是单极电压输入,所以2VREF(+)正参考