單片機開發(fā)與典型工程項目實例詳解

本書深入淺出、通俗易懂，并注重理論聯(lián)系實際，著重實際應(yīng)用。具有如下顯著的特點：

8大完整單片機開發(fā)項目，層層剖析單片機開發(fā)實踐，快速掌握應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。

突出所選取內(nèi)容的實用性、典型性。項目案例來自科研工作及實際工程，內(nèi)容豐富、翔實。設(shè)計方案均為典型方案，有利于讀者提高設(shè)計工作的效率。

細(xì)致講解設(shè)計原理和思路、基本開發(fā)流程和代碼注釋，方便讀者理解和掌握知識。對于重點難點給予提示講解，輕松學(xué)到更多。

關(guān)注開發(fā)實踐，對系統(tǒng)設(shè)計用到的新器件做了詳細(xì)的介紹，結(jié)合關(guān)注度高的USB開發(fā)和系統(tǒng)可靠性技術(shù)做了詳細(xì)講解。

書盤結(jié)合，快速提高學(xué)習(xí)效率。光盤中附帶了硬件電路的設(shè)計圖、程序代碼和相關(guān)流程圖，讀者稍加修改就可以應(yīng)用于自己的工作或者完成課題設(shè)計。

圍繞實踐與經(jīng)驗，注重應(yīng)用和實用，8大完整單片機開發(fā)項目，實用、典型，上手容易。

本書配有光盤一張，包含全書所有項目案例的硬件原理圖、程序代碼、相關(guān)流程圖，方便讀者學(xué)習(xí)和使用，因此可作為單片機應(yīng)用的初學(xué)者和廣大科技人員的參考書。本書有助于讀者采用單片機為各自所從事的學(xué)科解決實際問題。

第1章 單片機開發(fā)的硬件基礎(chǔ) 1

1.1 單片機的應(yīng)用和特點 1

1.1.1 單片機的應(yīng)用 1

1.1.2 主流單片機的種類及特點 3

1.2 MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7

1.3 MCS-51單片機的引腳功能與時序 9

1.3.1 MCS-51系列單片機引腳說明 10

1.3.2 MCS-51單片機的時序 16

1.4 MCS-51單片機的存儲器組織 17

1.4.1 程序存儲器 18

1.4.2 數(shù)據(jù)存儲器 19

1.4.3 特殊功能寄存器 21

1.5 單片機最小系統(tǒng) 24

1.5.1 單片機最小系統(tǒng) 24

1.5.2 彩燈控制器的設(shè)計 25

1.5.3 順序控制器的設(shè)計 27

1.6 本章小結(jié) 29

第2章 單片機開發(fā)軟環(huán)境 30

2.1 單片機C語言宏配置介紹 30

2.1.1 處理器的配置 30

2.1.2 ID區(qū)域 31

2.1.3 EEPROM數(shù)據(jù) 31

2.2 單片機數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 31

2.2.1 類型限定詞 32

2.2.2 常數(shù) 33

2.2.3 變量 34

2.2.4 構(gòu)造數(shù)據(jù)類型 38

2.2.5 函數(shù) 46

2.2.6 中斷 49

2.2.7 C語言和匯編語言的嵌套使用 53

2.2.8 偽指令 54

2.3 MPLAB IDE編譯器簡介 57

2.3.1 MPLAB工程管理器（MPLAB Project Manager） 57

2.3.2 MPLAB文本編輯器（MPLAB Editor） 57

2.3.3 MPLAB軟件仿真器（MPLAB-SIM Simulator） 58

2.3.4 MPLAB在線仿真器（MPLAB-ICE Simulator） 58

2.4 MPLAB IDE的安裝和使用 58

2.4.1 MPLAB IDE的安裝要求 58

2.4.2 MPLAB IDE的使用 59

2.4.3 實例應(yīng)用 59

2.4.4 MPLAB IDE中的工程 62

2.4.5 MPLAB IDE工程的編譯 65

2.4.6 MPLAB IDE的軟件仿真 66

2.5 MCC18基礎(chǔ) 68

2.5.1 MCC18的安裝目錄瀏覽 68

2.5.2 MCC18的語言執(zhí)行流程 70

2.5.3 MCC18舉例 70

2.5.4 MCC18的編譯環(huán)境 72

2.5.5 MCC18和單片機的比較 73

2.6 單片機的混合開發(fā) 74

2.6.1 C51和匯編語言的性能比較 74

2.6.2 C51和匯編語言的混合編程 74

2.7 本章小結(jié) 79

第3章 單片機開發(fā)工程基礎(chǔ) 80

3.1 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的流程 80

3.2 單片機應(yīng)用系統(tǒng)兩設(shè)計原則 82

3.2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計原則 82

3.2.2 應(yīng)用軟件設(shè)計原則 83

3.3 單片機的選型 83

3.3.1 單片機選型的原則 83

3.3.2 單片機選型參考 85

3.3.3 開發(fā)工具的選擇 86

3.4 系統(tǒng)常見故障與調(diào)試 87

3.5 本章小結(jié) 88

第4章 數(shù)字濾波及簡單的控制算法 89

4.1 數(shù)字濾波算法 89

4.1.1 算術(shù)平均值濾波 90

4.1.2 滑動平均值濾波 92

4.1.3 防脈沖干擾平均值濾波 93

4.1.4 中值濾波 95

4.1.5 一階滯后濾波 96

4.2 數(shù)字PID控制算法 97

4.2.1 位置式PID控制算法 98

4.2.2 增量式PID控制算法 100

4.2.3 積分分離的PID控制算法 102

4.2.4 變速積分PID控制算法 103

4.3 本章小結(jié) 104

第5章 鍵盤接口電路 105

5.1 鍵盤設(shè)計的組成和分類 105

5.1.1 鍵盤的物理結(jié)構(gòu) 106

5.1.2 鍵盤的組成形式 106

5.2 鍵盤接口的工作過程和工作方式 111

5.2.1 鍵盤的抖動干擾和消除方法 111

5.2.2 盤接口的工作過程 112

5.2.3 鍵盤的工作方式 112

5.3 鍵位置的判別方法 113

5.4 鍵盤接口設(shè)計的儲存芯片和

5.4 相關(guān)協(xié)議 114

5.4.1 鍵盤接口設(shè)計的儲存芯片 114

5.4.2 AT24CXX系列的芯片及I2C協(xié)議 114

5.4.3 A93CXX系列的芯片及SPI協(xié)議 124

5.5 鍵盤接口實現(xiàn)的工程實例 132

5.5.1 矩陣鍵盤接口的工程實例 132

5.5.2 矩陣式中斷掃描鍵盤的設(shè)計 137

5.5.3 二進制編碼鍵盤接口的工程實例 139

5.6 重點與難點 141

第6章 城市交通指揮系統(tǒng) 143

6.1 交通燈順序控制 143

6.1.1 硬件系統(tǒng)的設(shè)計 143

6.1.2 反向器74F06 145

6.1.3 控制字 145

6.1.4 程序設(shè)計 145

6.2 設(shè)計一種基于模糊理論的單片機控制交通路口調(diào)度系統(tǒng) 148

6.2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計 148

6.2.2 十字路口調(diào)度系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計 149

6.2.3 電路設(shè)計 151

6.2.4 車流量檢測電路 154

6.2.5 系統(tǒng)主程序和模糊控制程序設(shè)計 155

6.2.6 系統(tǒng)顯示程序設(shè)計 157

6.3 重點與難點 159

第7章 陣列式LED顯示屏 161

7.1 顯示屏顯示原理及串行通信基本概念 161

7.1.1 顯示屏顯示原理 161

7.1.2 串行通信 163

7.1.3 陣列式LED顯示屏的實現(xiàn) 166

7.2 顯示屏硬件電路設(shè)計 166

7.2.1 硬件電路介紹 168

7.2.2 外擴數(shù)據(jù)存儲器電路 170

7.3 列式LED顯示屏顯示程序的171

7.3.1 漢字點陣數(shù)據(jù)的提取 171

7.3.2 顯示主程序 174

7.3.3 串口中斷處理程序 176

7.3.4 顯示驅(qū)動函數(shù) 179

7.3.5 外部存儲器讀寫程序 181

7.3.6 串口通信程序 181

7.3.7 文字顯示特效程序 182

7.4 本章小結(jié) 191

第8章 IC卡讀/寫系統(tǒng)的開發(fā)及其192

8.1 IC卡基礎(chǔ) 192

8.1.1 IC卡的分類 192

8.1.2 IC卡的標(biāo)準(zhǔn) 194

8.2 接觸型IC卡讀寫系統(tǒng)的開發(fā) 194

8.2.1 IC卡讀寫系統(tǒng)的時序 195

8.2.2 IC卡讀寫系統(tǒng)的硬件連196

8.2.3 IC卡讀寫系統(tǒng)的軟件系統(tǒng) 197

8.3 基于SLE4442加密卡讀寫系統(tǒng)的開發(fā) 201

8.3.1 SLE4442卡的介紹 201

8.3.2 SLE4442的模式 203

8.3.3 SLE4442的操作命令 205

8.3.4 SLE4442讀/寫系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計 208

8.4 重點與難點 215

第9章 無刷直流電機控制 216

9.1 無刷直流電機控制原理 216

9.1.1 無刷直流電機的組成 217

9.1.2 無刷直流電機的工作原理 217

9.1.3 無刷直流電機的控制方法 219

9.2 無刷直流電機的工作特性 220

9.3 直流無刷電機控制的應(yīng)用實現(xiàn) 221

9.3.1 總體設(shè)計概述 221

9.3.2 直流無刷電機控制的硬件設(shè)計 222

9.3.3 直流無刷電機控制的軟件設(shè)計 224

9.3.4 無刷直流電機速度閉環(huán)控制系統(tǒng) 227

9.4 本章小結(jié) 230

第10章 永磁同步電機控制實現(xiàn) 231

10.1 永磁同步電機的結(jié)構(gòu)與分類 231

10.2 永磁同步電機的矢量控制 232

10.3 永磁同步電機控制 236

10.3.1 控制電路設(shè)計 237

10.3.2 光電隔離電路設(shè)計 238

10.3.3 功率電路設(shè)計 239

10.4 永磁同步電機控制的軟件實現(xiàn) 239

10.4.1 電壓SVPVM的DSPIC33f軟件實現(xiàn) 241

10.4.2 轉(zhuǎn)子位置檢測 243

10.4.3 AD轉(zhuǎn)換模塊 245

10.5 本章小結(jié) 246

第11章 汽車行駛狀態(tài)記錄儀 247

11.1 汽車行駛記錄儀功能介紹 247

11.2 簡易汽車行駛記錄儀的設(shè)計 249

11.2.1 汽車行駛記錄儀的考慮因素 250

11.2.1 MSP430 251

11.2.2 車模擬信號的采集 254

11.2.4 數(shù)字信號采集電路 255

11.2.5 SST39VF160芯片介紹 257

11.3 記錄儀的軟件設(shè)計 257

11.3.1 軟件流程圖 258

11.3.2 數(shù)據(jù)存儲格式 259

11.3.3 SST39VF160存儲器數(shù)據(jù)讀寫的實現(xiàn) 259

11.4 數(shù)據(jù)采集的程序?qū)崿F(xiàn) 263

11.5 本章小結(jié) 264

第12章 USB-GPIB控制器的實現(xiàn) 265

12.1 USB-GPIB控制器簡介 265

12.1.1 認(rèn)識USB 266

12.1.2 GPIB 269

12.2 USB-GPIB控制器的硬件電路設(shè)計 271

12.2.1 器件的選擇 272

12.2.2 USB-GPIB控制器電路設(shè)計 278

12.3 USB-GPIB控制器的軟件程序的實現(xiàn) 287

12.3.1 USB單片機協(xié)議控制芯片與主機（計算機）的數(shù)據(jù)交互 288

12.3.2 USB協(xié)議控制芯片與GPIB控制器的數(shù)據(jù)交互 299

12.4 USB-GPIB控制器固件的調(diào)試與固化 300

12.4.1 USB-GPIB控制器固件的調(diào)試 301

12.4.2 USB-GPIB控制器固件程序的固化 302

12.5 本章小結(jié) 303

第13章 單片機系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 304

13.1 研究抗干擾技術(shù)的重要性 304

13.2 干擾的分類 305

13.2.1 按噪聲產(chǎn)生的原因分類 306

13.2.2 按噪聲傳導(dǎo)模式分類 306

13.2.3 按噪聲波形及性質(zhì)分類 307

13.3 干擾的耦合方式 308

13.4 單片機系統(tǒng)可靠性的設(shè)計任務(wù)與方法 310

13.4.1 單片機系統(tǒng)可靠性設(shè)計的任務(wù) 310

13.4.2 可靠性設(shè)計一般方法 311

13.5 本章小結(jié) 313

第14章 單片機系統(tǒng)硬件抗干擾技術(shù) 314

14.1 無源濾波器抗干擾 314

14.1.1 電容濾波器 315

14.1.2 電感濾波器 316

14.1.3 RC低通濾波器 316

14.1.4 1LC低通濾波器 318

14.1.5 低通濾波器的結(jié)構(gòu)選擇 319

14.1.6 低通濾波器的平衡結(jié)構(gòu)與串聯(lián)形式 319

14.2 有源濾波器抗干擾 321

14.2.1 一級低通有源濾波器 321

14.2.2 二級低通有源濾波器 322

14.3 去耦電路 324

14.3.1 尖峰電流的形成原理 324

14.3.2 去耦電容的配置 325

14.3.3 光電隔離 326

14.3.4 繼電器隔離 328

14.3.5 變壓器隔離 328

14.3.6 布線隔離 329

14.4 接地技術(shù) 330

14.5 本章小結(jié) 334

第15章 單片機開發(fā)的軟件可靠性 335

15.1 概述 335

15.2 指令冗余技術(shù) 336

15.2.1 單字節(jié)指令冗余 337

15.2.2 重要指令冗余 337

15.3 軟件陷阱技術(shù) 337

15.3.1 未使用的中斷向量區(qū)設(shè)置陷阱 338

15.3.2 RAM數(shù)據(jù)區(qū)中設(shè)置陷阱 338

15.3.3 未使用的EPROM數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)置陷阱 339

15.3.4 非EPROM單片機空間設(shè)置陷阱 339

15.3.5 運行程序區(qū)設(shè)置陷阱 339

15.4 看門狗技術(shù) 339

15.4.1 硬件看門狗技術(shù) 340

15.4.2 軟件看門狗技術(shù) 342

15.5 本章小結(jié) 3452100433B

本書由邊海龍、孫永奎任主編，參與編寫的有陳勇、鄭國玲、羅楊、周建華、張攀峰和王蒞兵。姚新軍負(fù)責(zé)前期的策劃和后期質(zhì)量監(jiān)控。參與具體工作的還包括：王斌、萬雷、張強林、許志清、陳鯤、余松等。成都易為科技有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)全書的審校。本書在編寫過程中還受到電子科技大學(xué)教授的關(guān)心和指導(dǎo)。非常感謝電子工業(yè)出版社老師的辛勤努力，使本書在第一時間與讀者見面。

由于編者水平有限，書中難免有疏漏和不足之處，懇請廣大讀者批評指正jsj@phei.com.cn。

隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計算機也隨之大發(fā)展，各種新穎的單片機層出不窮。單片機具有體積小、重量輕、應(yīng)用靈活且價格低廉等特點，廣泛地應(yīng)用于人類生活的各個領(lǐng)域，成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化不可缺少的重要工具。人們迫切希望學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機解決各自工作中碰到的技術(shù)問題。為此，我們編寫了本書。

單片機系統(tǒng)的開發(fā)融合了硬件和軟件的相關(guān)技術(shù)。要完成單片機系統(tǒng)的開發(fā)，用戶不僅需要掌握編程技術(shù)，還需要針對實際應(yīng)用選擇合理的單片機芯片和外圍器件，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計硬件電路。

通過具體的項目案例來學(xué)習(xí)單片機系統(tǒng)的開發(fā)是一條科學(xué)而且高效的途徑。在項目案例的選擇上，本書著重突出“應(yīng)用”和“實用”的基本原則，項目案例來源于實踐，具有代表性、技術(shù)領(lǐng)先性，以及應(yīng)用的廣泛性。基于這個原則，編者從多年實際項目案例出發(fā)，細(xì)致講解單片機項目的需求、設(shè)計原理、相關(guān)知識、單片機選型、電路設(shè)計、具體模塊設(shè)計和編碼實現(xiàn)，以使讀者對單片機項目開發(fā)有系統(tǒng)的認(rèn)識。

本書注重將多年的開發(fā)經(jīng)驗和技巧融合到具體項目案例的講解中，為開發(fā)人員提供必要的知識積累，解決實際工程中的問題。在程序開發(fā)語言方面，本書盡量用簡潔的語言來清晰闡述易于理解的概念和思路，并且附帶程序流程圖。同時，對程序代碼作了細(xì)致的中文注釋，有利于讀者舉一反三，快速應(yīng)用和提高。

本書光盤包含所有項目案例相關(guān)的硬件電路設(shè)計圖、程序代碼和相關(guān)流程圖，讀者稍加修改便可應(yīng)用于實際的工作或者自己的課題。光盤內(nèi)容主要由3部分組成：

Protel電路設(shè)計圖

程序代碼

Visio流程圖

原創(chuàng)經(jīng)典，中科院一線研發(fā)工程師傾力打造

深入介紹51單片機編程語言，透析單片機硬件編程操作

通過大量典型應(yīng)用案例，引領(lǐng)讀者迅速掌握51單片機開發(fā)技術(shù)

本書主要介紹了MCS51系列單片機系統(tǒng)開發(fā)軟件（Keil、Proteus、程序下載工具）、系統(tǒng)電路設(shè)計、C語言程序設(shè)計和電路仿真等相關(guān)技術(shù)。書中共設(shè)置23個項目設(shè)計實例，其中單片機程序設(shè)計基礎(chǔ)9個，主要介紹單片機內(nèi)部資源的應(yīng)用、C語言程序設(shè)計基礎(chǔ)、LED驅(qū)動、數(shù)碼管驅(qū)動、按鍵等單元項目，其中電子表設(shè)計是檢驗程序設(shè)計能力的實訓(xùn)項目；單片機系統(tǒng)設(shè)計提高項目13個，主要介紹單片機外部器件的應(yīng)用電路與程序設(shè)計方法，如溫度傳感器DS18B20、I2C總線、串行接口、AD轉(zhuǎn)換器、DA轉(zhuǎn)換器、實時時鐘DS1302、單色和彩色LCD以及單片機系統(tǒng)常用驅(qū)動電路和接口電路等，其中漢字屏設(shè)計為提高項目的綜合訓(xùn)練內(nèi)容；項目23為單片機系統(tǒng)綜合設(shè)計內(nèi)容，介紹了含有VB上位機程序設(shè)計和PCB設(shè)計的系統(tǒng)開發(fā)一般過程。

本書列舉的項目實例詳盡地總結(jié)了MCS51系列單片機產(chǎn)品開發(fā)實踐過程中所涉及的應(yīng)用系統(tǒng)，項目設(shè)計以應(yīng)用為目的，以系統(tǒng)實現(xiàn)為最終目標(biāo)，分難度和深度階梯進行內(nèi)容設(shè)置。

本書適合于單片初學(xué)人員、廣大單片機發(fā)燒友和專業(yè)技術(shù)人員閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教材和參考書。