《微控制器的選擇與應用》按照最新的職業教育教學改革要求,結合國家示范院校建設項目成果,以及作者多年的校企合作經驗編寫。以目前應用廣泛的MCS-51系列單片機為例,系統介紹了微控制器的相關概念、內部結構、功能、指令系統、定時器/計數器、中斷系統等知識與技能。《微控制器的選擇與應用》采用理實一體化教學方式,選擇10個從生產實踐中提煉的典型設計實例,內容由易到難,循序漸進,著重培養學生綜合開發單片機產品的能力,為后續專業課程學習及就業后順利工作提供技能訓練。
以單片機為主的微控制器相關課程是電子信息類專業學生的重要專業核心課程,也是工科專業的必修課程之一。通過學習本課程,學生可以掌握以單片機為代表的微控制器的芯片選擇、硬件系統構建及軟件應用程序編制與調試的相關知識與技能,提高學生的相關職業能力和創新能力,培養學生的團隊協作精神,提升學生針對實際問題進行電子設計制作的能力。本課程也是進一步學習小型智能電子產品開發、嵌入式產品分析調試等課程的基礎,同時也是學生參加全國各級電子制作大賽或電子設計大賽的專業基礎課。
作者在多年從事單片機教學與校企合作實踐過程中,深感單片機技術對高職高專相關專業學生的重要性。尤其是在當前新的職業教育教學改革形勢下,編寫一本通俗易懂、深入淺出,符合高職高專院校教學規律和初學者認識規律的單片機教材已成為當務之急。
本書內容按照電子信息類專業學生的就業核心競爭能力要求,依據電子產品生產企業工作崗位及職業能力分析,并結合全國各級電子制作大賽和電子設計大賽的培訓經驗進行設置。其總體設計思路是:打破原有課程體系的束縛,根據相應崗位所要培養學生的職業素質和技能,根據理論和實踐相統一的特點,把整個課程分為10個項目任務,每個項目任務涵蓋微控制器相關的知識與技能,其內容和難度各不同。并根據不同的項目任務采取多種教學方法和教學手段,提高學生學習的主動性和積極性。
在項目任務內容設計過程中,首先通過一個項目任務認識了解單片機的基本概念、分類、發展以及軟硬件系統等基本情況,為后續的學習搭建一個基礎知識平臺;后續的各項目任務則在此基礎上,圍繞常見智能電子產品的不同功能模塊的設計與調試進行展開。內容的選擇上體現由淺入深、由簡單到復雜、由局部到系統的遞進式提升,按照工作任務所涉及的知識、技能安排教學,通過教、學、練一體化的教學模式,使學生系統地掌握單片機原理與開發應用的相關知識和職業技能。做到學有所用、理論學習與實踐技能訓練密切配合,避免了學習的盲目性,又可鍛煉學生的團隊合作能力,提高學生學習的積極性,有助于增強學生的綜合素質。
本教材由浙江機電職業技術學院曹昕鷙老師編著,編寫項目4、項目5、項目7、項目9和項目10,參加編寫的還有:倪勇副教授編寫項目1,王芳副教授編寫項目2、項目3,浙江理工大學韓玨老師編寫項目6、項目8,杭州海格通信科技有限公司周明政工程師在本書的編寫中提供了大量的企業設計開發案例,全書由浙江機電職業技術學院鮑小南副教授進行了詳細審閱,并提出很多寶貴意見和建議,在此深表感謝!
由于時間緊張和作者水平有限,缺點錯誤在所難免,懇請讀者批評指正!
項目1 初識微控制器
教學導航
1.1 微控制器的概念、特點與發展
1.2 單片機的硬軟件系統及種類
1.2.1 單片機的硬件系統
1.2.2 單片機的軟件系統
1.2.3 單片機的分類與選擇
1.3 單片機開發工具
1.3.1 編程器
1.3.2 仿真器
1.3.3 單片機學習板
1.4 計算機數的運算基礎
1.4.1 進位計數制及相互轉換
1.4.2 計算機中數和字符的表示
項目實施1:認識單片機
思考與練習1
項目2 MCS-51單片機最小系統的設計與制作
教學導航
2.1 MCS-51單片機的內部組成
2.2 MCS-51系列單片機典型芯片的外部引腳功能
2.3 CPU的時鐘電路和時序定時單位
2.3.1 時鐘電路
2.3.2 時序定時單位
項目實施2:搭建一個單片機最小應用系統
思考與練習2
項目3 8051單片機內部存儲器的讀寫與調試
教學導航
3.1 8051單片機的存儲器結構
3.1.1 存儲器的概念和分類
3.1.2 8051單片機存儲器的組織結構
3.1.3 8051內部數據存儲器——內部RAM
3.1.4 8051內部程序存儲器——內部ROM
3.2 單片機控制系統軟件開發知識(1)
3.2.1 指令系統的概念與分類
3.2.2 指令格式及指令符號
3.2.3 尋址方式
3.2.4 數據傳送類指令
3.2.5 算法與結構化程序設計
3.3 WAVE仿真開發軟件的應用
項目實施3:使用仿真開發軟件對內部RAM和ROM進行讀寫檢測
思考與練習3
項目4 跑馬燈的設計與調試
教學導航
4.1 發光二極管基礎
4.2 單片機并行輸入/輸出口
4.2.1 P0口
4.2.2 P1口
4.2.3 P2口
4.2.4 P3口
4.3 單片機控制系統軟件開發知識(2)
4.3.1 程序狀態字專用寄存器——PSW
4.3.2 尋址方式
4.3.3 位操作指令——SETB、CLR、CPL
4.3.4 邏輯運算及循環移位指令
4.3.5 條件轉移指令——減1循環指令DJNZ
4.3.6 程序基本結構——循環結構
4.3.7 延時子程序設計
項目實施4:分步實現LED跑馬燈
思考與練習4
項目5 調頻脈沖發生器的設計與調試
教學導航
5.1 單片機中斷系統
5.1.1 中斷基本概念
5.1.2 8051單片機中斷系統
5.1.3 8051單片機的中斷控制專用寄存器——IE、IP、SP
5.1.4 8051單片機的中斷響應過程
5.2 單片機控制系統軟件開發知識(3)
5.2.1 無條件轉移指令——LJMP、AJMP、SJMP
5.2.2 調用和返回指令——LCALL、ACALL、RET、RETI
5.2.3 堆棧操作指令——PUSH、POP
5.2.4 算術運算指令
5.2.5 外部中斷子程序的編寫
項目實施5:簡單調頻脈沖發生器的硬件與軟件設計
思考與練習5
項目6 音樂發生器的設計與調試
教學導航
6.1 定時器/計數器
6.1.1 單片機的計數與定時功能
6.1.2 定時器/計數器基本結構
6.1.3 定時器/計數器寄存器——TMOD、TCON
6.1.4 定時器/計數器寄存器工作方式
6.2 基于單片機的音頻脈沖和音樂節拍的實現
6.2.1 音頻脈沖的產生
6.2.2 音樂節拍的產生
6.3 單片機控制系統軟件開發知識(4)
6.3.1 位條件轉移指令——JB、JNB、JBC
6.3.2 定時器/計數器應用舉例
項目實施6:簡單音樂發生器的硬件與軟件設計
思考與練習6
項目7 交通燈控制系統的設計與調試
教學導航
7.1 8051單片機系統擴展
7.1.1 系統擴展的原因及一般方法
7.1.2 8051單片機系統擴展的實現
7.2 單片機并行I/O口擴展
7.2.1 51單片機內部并行I/O口及其作用
7.2.2 簡單I/O口擴展
7.2.3 8155可編程I/O擴展
7.3 單片機控制系統軟件開發知識(5)
7.3.1 片外RAM數據傳送指令——MOVX
7.3.2 8155應用舉例
項目實施7:十字路口交通燈控制系統的硬件與軟件設計
思考與練習7
項目8 溫度檢測系統的設計與調試
教學導航
8.1 溫度測量方法和溫度傳感器
8.1.1 溫度測量方法
8.1.2 溫度傳感器
8.2 單片機外部存儲器擴展
8.2.1 單片機訪問外部程序存儲器基本時序
8.2.2 單片機訪問外部數據存儲器時序
8.2.3 程序存儲器的擴展
8.2.4 數據存儲器的擴展
8.3 單片機與模數(A/D)轉換器的接口與應用
8.3.1 A/D轉換器的常用類型
8.3.2 典型A/D轉換芯片ADC0809
8.4 LED顯示器接口電路及顯示程序
8.4.1 LED顯示器工作原理
8.4.2 LED顯示器與單片機的接口電路
8.4.3 顯示程序的設計
8.5 單片機控制系統軟件開發知識(6)
8.5.1 條件轉移指令——CJNE、JC、JNC
8.5.2 程序基本結構——分支結構
項目實施8:溫度實時檢測顯示系統的硬件與軟件設計
思考與練習8
項目9 直流電機調速驅動系統的設計與調試
教學導航
9.1 直流電機的控制與驅動電路
9.2 單片機與數模(D/A)轉換器的接口與應用
項目實施9:直流電機調速驅動系統的硬件與軟件設計
思考與練習9
項目10 智能空調控制系統的設計與調試
教學導航
10.1 8051單片機的異步串行通信技術
10.1.1 串行通信的概念
10.1.2 8051串行通信控制專用寄存器——SBUF、SCON
10.1.3 8051單片機串行通信工作方式及應用
10.1.4 多機通信原理
10.2 單片機鍵盤接口技術
10.2.1 鍵盤工作原理
10.2.2 獨立式按鍵
10.2.3 行列式鍵盤
項目實施10:智能空調控制系統的硬件與軟件設計
思考與練習10
附錄A 單片機編程開發仿真軟件WAVE6000的使用
附錄B C51語言與集成開發系統軟件的使用
附錄C MCS-51指令表
參考文獻