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单片机控制与应用实训教程 主 编 杨旭方 副主编 李 慧 余金栋 内 容 简 介 本书以任务驱动为主线，结合考证需要精心设计任务项目。以必需、够用为原则，注重工程实践，强化动手能力的培训。附有多套考证样题，适合不同层次读者的需求。全书共设置了 14 项任务，通过对 14 项制作任务项目的讲解，让读者掌握单片机的基本知识、输入/输出端口应用、键盘接口技术、中断原理及应用、定时/计数器原理及应用、数码管静态显示、数码管动态显示、LED 点阵显示、A/D 转换、D/A 转换、串行端口通信原理及应用、I2C 总线技术、单片机应用系统设计以及步进电机控制等相关知识，重点突出了各项技能的实训。本书以培养读者对单片机的应用能力为宗旨，突出基础知识的掌握和实践技能的训练，充分体现了职业院校为国家培养技能型人才的特点。本书可作为职业技术院校及专业培训的教材，也适合从事单片机开发的技术人员阅读。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 单片机控制与应用实训教程杨旭方主编北京：电子工业出版社，2010.5 ISBN 978-7-121-10784-9.单.杨.单片微型计算机计算机控制教材.TP368.1 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2010）第 077561 号 策划编辑：谭佩香 责任编辑：鄂卫华 印 刷：北京市天竺颖华印刷厂 装 订：三河市鑫金马印装有限公司 出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871092 1/16 印张：14 字数：341 千字 印 次：2010 年 5 月第 1 次印刷 定 价：28.00 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。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（010）88258888。iii 编委会名单 主 任：崔险峰 副主任：陈 键 成 员：杨旭方 李 慧 余金栋 陈朝大 赖友源 徐 胜 杨宝源 黄荣祥 谭丽明 黄晓云 傅秀丽 黄庆辉 李淑贞 张 莉 沈仕宗 邹彩梅 iv 本书的内容融合了作者多年教学实践和科研工作积累的经验，是作者多年课程教学成果的体现，本书的编写特色有以下几点。一、全书以任务为主线，通过完成任务来带动教学 本教材的编写以布置任务、分析任务、探索知识和完成任务为主线，将知识点融入到14 项单片机的任务项目中，让读者在完成任务项目的技能训练中掌握知识，并培养分析问题和解决问题的能力。二、结合考证需要，精心设计任务的内容 本书结合单片机快速开发专项能力认证和实际教学要求，精心设计任务项目，力求内容符合考试大纲要求。同时为了降低学习难度，将学习重点与难点巧妙地包含在各项任务之中，力求让读者在完成每一项任务项目的实践中解决 23 个技术难点。三、以必需够用为原则，注重工程实践 全书以任务驱动为主线，以实际需要为目的来组织、安排章节内容，以必需够用为原则，摒弃过时、应用不多且难度较大的内容，力求内容能满足上岗、教学需要，真正做到学习与就业的无缝对接。四、强化动手能力培养，适合不同层次读者需求。全书所有任务制作步骤简洁明了，读者可根据书中操作提示完成任务，通过完成任务，培养读者实际操作能力。本书主编为杨旭方，副主编为李慧、余金栋，参加编写的还有陈朝大、赖友源、徐胜、杨宝源、崔险峰、陈键、黄荣祥、谭丽明、黄晓云、傅秀丽、黄庆辉、李淑贞、张莉、沈仕宗、邹彩梅等。其中杨旭方编写了任务一、任务六、任务七、任务九和任务十二，李慧编写了任务十、任务十三和附录，陈朝大编写了任务二和任务十一，赖友源编写了任务五和任务八，徐胜编写了任务十四，杨宝源参与部分内容整理。全书由杨旭方统稿，并得到了崔险峰、陈键等老师的大力帮助，在此表示感谢！由于作者水平有限，书中难免有不妥之处，恳请专家和读者批评指正。图书联系方式：tan_.编 者 2010 年 4 月 v 目 录 项目一 单个彩灯闪烁单片机入门知识.1 1.1 能力培养.1 1.2 任务分析.2 1.3 如何使用 LED 发光二极管.2 1.4 如何使用二进制数和十六进制数.2 1.4.1 数制.2 1.4.2 数制转换.4 1.5 如何使用单片机.5 1.5.1 单片机简介.5 1.5.2 MCS51 系列单片机的引脚.6 1.5.3 MCS51 系列单片机的基本结构.8 1.5.4 MCS51 系列单片机时钟电路与 CPU 时序.9 1.5.5 MCS51 系列单片机的复位及复位电路.10 1.5.6 MCS51 系列单片机的存储器结构.11 1.6 如何设计 LED 发光二极管与单片机接口电路.17 1.7 如何设计单个彩灯闪烁程序.18 1.7.1 置 1 和清零指令.18 1.7.2 延时子程序.18 1.7.3 子程序调用和长跳转指令.19 1.7.4 单个彩灯程序.20 项目二 广告灯控制输入/输出端口应用.21 2.1 能力培养.21 2.2 任务分析.21 vi 2.3 寻址方式.22 2.3.1 立即寻址方式.22 2.3.2 直接寻址方式.23 2.3.3 寄存器寻址方式.23 2.3.4 寄存器间接寻址方式.24 2.3.5 变址寻址方式.25 2.3.6 相对寻址方式.26 2.3.7 位寻址方式.26 2.4 如何使用数据传送类指令.27 2.4.1 内部数据存储器及寄存器间的数据传送指令（16 条）.28 2.4.2 堆栈操作指令（2 条）.30 2.4.3 数据交换指令（5 条）.32 2.4.4 外部 RAM 数据传送指令（4 条）.32 2.4.5 程序存储器查表指令（2 条）.33 2.5 如何使用控制转移类指令.33 2.5.1 无条件转移指令（4 条）.34 2.5.2 条件转移指令（13 条）.35 2.6 如何计算指令执行时间.39 2.7 如何设计发光二极管与单片机接口电路.40 2.8 如何设计广告灯程序.41 2.8.1 任务分析.41 2.8.2 程序流程图设计.41 2.8.3 程序清单.43 项目三 键盘控制显示的设计键盘接口技术.47 3.1 能力培养.48 3.2 任务分析.48 3.3 如何将键击动作转换为位数字量信息.48 3.3.1 如何使用键盘.48 3.3.2 如何消除键盘抖动与转换位数字量.49 3.3.3 识别按键与计算键值.50 vii 3.4 如何设计键盘与单片机接口电路.54 3.4.1 独立式键盘与单片机接口电路键盘控制显示任务.54 3.4.2 行列式键盘与单片机接口电路.55 3.5 如何使用算术运算指令.57 3.5.1 加法指令.57 3.5.2 减法指令.58 3.5.3 十进制数据调整指令.59 3.5.4 乘法指令.60 3.5.5 除法指令.60 3.6 如何使用逻辑运算指令.60 3.7 如何循环移位指令.63 3.8 如何使用伪指令.63 3.9 如何设计键盘驱动程序实现按键的键值计算.65 3.9.1 编程实现键值识别.65 3.9.2 键盘控制 LED 灯显示.65 项目四 报警器设计中断原理及应用.67 4.1 能力培养.67 4.2 任务分析.68 4.3 如何使用 MCS51 系列单片机中断系统.68 4.3.1 中断的概念与功能.68 4.3.2 MCS51 系列单片机的中断系统.69 4.3.3 中断编程.73 4.4 如何设计安全防范报警电路及其与单片机接口电路.77 4.4.1 如何使用安全防范探测器.77 4.4.2 安全防范报警电路.79 4.4.3 安全防范报警电路与单片机接口电路.80 4.5 如何设计安防报警程序.81 4.5.1 系统初始化及中断服务程序.81 4.5.2 主程序.82 4.5.3 程序清单.82 viii 项目五 定时控制器的设计定时/计数器原理及应用.85 5.1 能力培养.85 5.2 任务分析.85 5.3 如何使用定时/计数器.85 5.3.1 定时/计数器的结构.85 5.3.2 定时/计数器的结构与工作原理.86 5.3.3 单片机定时/计数器的方式寄存器和控制寄存器.87 5.3.4 定时/计数器的工作方式.88 5.3.5 定时/计数器的定时/计数范围.90 5.4 如何设计定时控制器.91 项目六 一位数码显示器设计数码管静态显示.93 6.1 能力培养.93 6.2 任务分析.93 6.3 如何使用数码管.94 6.3.1 数码管的内部结构.94 6.3.2 数码管的类型.94 6.4 如何设计数码管与单片机接口电路.95 6.5 如何设计数码管显示程序.96 项目七 学号显示器设计数码管动态显示.97 7.1 能力培养.97 7.2 任务分析.97 7.3 数码管动态显示原理.97 7.4 如何设计数码管与单片机动态显示接口电路.98 7.5 如何设计数码管动态显示程序.98 7.5.1 学号显示器程序流程图.98 7.5.2 学号显示器程序.99 ix 项目八 一位汉字显示屏的设计LED 点阵显示屏.101 8.1 能力培养.102 8.2 任务分析.102 8.3 如何使用 LED 点阵显示屏.102 8.3.1 如何显示汉字.102 8.3.2 如何使用 LED 点阵显示屏.103 8.4 如何设计汉字点阵显示电路.104 8.5 如何编写汉字点阵显示程序.106 项目九 模拟数字式温度计A/D 转换及其与单片机接口技术.109 9.1 能力培养.109 9.2 任务分析.109 9.3 A/D 转换的基础知识.109 9.3.1 A/D 转换器原理.109 9.3.2 性能指标.112 9.4 如何使用 A/D 转换器.113 9.5 如何设计 A/D 转换器与单片机接口电路.114 9.6 如何设计 A/D 转换器与单片机接口程序.116 项目十 锯齿波信号发生器D/A 转换及其与单片机接口技术.117 10.1 能力培养.117 10.2 任务分析.117 10.3 D/A 转换的基本知识.117 10.3.1 D/A 转换器原理.118 10.3.2 性能指标.118 10.4 如何使用 D/A 转换器.119 10.5 如何设计 D/A 转换器与单片机接口电路.120 10.6 如何设计 D/A 转换器与单片机接口程序.122 x 项目十一 串行通信串行端口通信原理及应用.123 11.1 能力培养.124 11.2 任务分析.124 11.3 如何使用串行端口通信技术.124 11.3.1 串行通信的分类.125 11.4 如何使用 MCS51 系列单片机串行端口.127 11.4.1 串行端口特殊功能寄存器.127 11.4.2 串行行端口的工作方式.129 11.5 如何设计单片机串行端口通信电路.132 11.6 如何设计单片机串行端口通信程序.135 11.6.1 任务分析.135 11.6.2 程序流程图设计.135 11.6.3 程序清单.137 项目十二 密码锁设计I2C 总线技术.139 12.1 能力培养.139 12.2 任务分析.139 12.3 如何使用 I2C 总线.140 12.3.1 I2C 总线.140 12.3.2 I2C 总线数据传送.141 12.4 如何使用器件 AT24C02.142 12.5 如何设计电子密码锁电路.143 12.6 如何编写单片机 I2C 总线数据模拟程序.145 12.7 如何编写密码锁程序.148 12.7.1 程序流程图设计.148 12.7.2 程序清单.149 项目十三 温度计的设计单片机应用系统设计.155 13.1 能力培养.155 xi 13.2 任务分析.155 13.3 如何设计单片机应用系统.156 13.3.1 单片机应用系统设计步骤.156 13.3.2 单片机应用系统硬件开发.157 13.3.3 单片机应用系统软件开发.157 13.4 如何设计抗