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发布时间:2020-06-01 19:47:37

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作者:杨旭方

出版社:电子工业出版社

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单片机控制与应用实训教程

单片机控制与应用实训教程试读:

前言

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2~3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_peixiang@phei.com.cn.编者2010年4月项目一 单个彩灯闪烁——单片机入门知识教学目的掌握:单个彩灯接口电路设计方法;LED发光二极管的基本使用方法。理解:单个彩灯闪烁的程序编写方法。了解:单片机的内部结构及相关知识。愿你知多点:在日常生活中,我们经常使用各种LED显示器,例如路灯、酒店霓虹灯、市场广告灯等,那么这些LED显示器是如何制作的呢?用什么元器件控制?在这一章中,我们将通过完成单个彩灯闪烁这一任务来学习制作LED显示器的方法及单片机的相关知识。图1-1所示为LED发光二极管的应用实例。图1-1 LED发光二极管的应用实例1.1 能力培养通过完成单个彩灯闪烁这一任务,可以培养以下能力。1. 能识别LED发光二极管的引脚。2. 能正确使用LED发光二极管。3. 能制作单个彩灯。1.2 任务分析要完成此项任务,需要掌握以下5方面知识。1. 如何使用LED发光二极管。2. 如何使用二进制数和十六进制数。3. 如何使用单片机。4. 如何设计LED发光二极管与单片机接口电路。5. 如何设计单个彩灯闪烁程序。1.3 如何使用LED发光二极管图1-2所示为LED发光二极管实物,图1-3所示为其电路符号。从图1-2和图1-3中可以看出,LED发光二极管与普通二极管一样,共有两只引脚,其中1为正极(也称阳极), 2 为负极(也称阴极),内部也由一个 PN 结组成,且具有单向导电性(即正向导通,反向截止),但其导通开启电压值比普通二极管高,一般为1.2~2.5 V。图1-2 LED发光二极管实物图1-3 LED发光二极管电路符号当LED发光二极管正向导通时,二极管点亮,发光亮度的大小与材料、结构以及工作电流有关。一般来说,工作电流越大,二极管的发光亮度越大;当LED发光二极管反向截止时,二极管灭,因此只要控制好LED发光二极管两端的电压大小,就可以实现单个彩灯的闪烁控制。1.4 如何使用二进制数和十六进制数1.4.1 数制所谓数制,就是人们利用符号计数的一种科学方法,数制有很多种,计算机常用的数制有二进制、十六进制和十进制3种。一个数值,可以用不同数制表示。在日常生活中,人们经常使用十进制数,而在对计算机的应用中,主要使用二进制数,但因为二进制数由一长串0和1组成,位数太多,不便于书写和记忆,所以我们在编程时主要使用十六进制数。1. 十进制数(Decimal)十进制数共有10个数字符号,它们分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,这10个数字符号又称数码。十进制数的主要特点如下所示。(1) 有0~9共10个数码。(2) 基数为10,逢十进一。(3) 十进制数用D表示。任何一个十进制数都可以按权展开方式表示,表示方法如下所示。n其中A表示十进制数的第n位;10表示十进制数的第i位的权。例如十进制数n35可表示为2. 二进制数(Binary)二进制数只有两个数码,即0和1,特点是逢二进一。二进制数用B表示。同理,任何一个二进制数都可以按权展开方式表示,表示方法如下所示。n其中A为二进制数的第n位,2为二进制数的第i位的权。例如二进制数1011n可表示为3. 十六进制数(Hexadecimal)十六进制数共有16个数码,即0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E和F,其特点是逢十六进一。十六进制数用H表示。十六进制数也可以按权展开方式表示,方法与十进制数类似,表示方法如下所示。n其中A为十六进制数的第n位,16为十六进制数的第i位的权。例如十六进制n数17可表示为温馨提示:以字母开头的十六进制数在书写时要在字母前加0,如BH要写成0BH。1.4.2 数制转换1. 二进制数与十进制数之间的转换(1) 二进制数转换成十进制数要将二进制数转换成十进制数,只要将二进制数按权展开后相加即可。例如(2) 十进制数转换成二进制数将十进制数转换成二进制数通常采用“除2取余倒记法”,具体方法是先用十进制数连续除以2,直到所得商小于2为止,然后再将各次所得的余数按逆序写成二进制数形式。例如,将15H转换为二进制数,转换过程为温馨提示:“除2取余倒记法”适用于十进制数的整数形式转换成二进制数的整数形式,若十进制数为小数,则采用“乘2取整顺记法”。例如,将0.75H转换为二进制数,转换过程为0.75×2=1.5,取1.5的整数部分为1;1.5去除整数部分后为0.5,而0.5×2=1.0,则0.75D=0.11B。2. 十六进制数与十进制数之间的转换(1) 十六进制数转换成十进制数要将十六进制数转换成十进制数,只要将十六进制数按权展开后相加即可。例如(2) 十进制数转换成十六进制数将十进制数转换成十六进制数通常采用“除16取余倒记法”,具体方法是先用十进制数连续除以 16,直到所得商小于 16 为止,然后再将各次所得的余数按逆序写成十六进制数形式。例如,将35D转换为十六进制数,转换过程为温馨提示:“除16取余倒记法”适用于十进制数的整数形式转换成十六进制数的整数形式,若十进制数为小数,则采用“乘16取整顺记法”。例如,将0.625转换为十六进制数,转换过程为0.625×16=0AH,取0A的整数部分为A,则0.75D=0.AH。3. 十六进制数与二进制数之间的转换(1) 二进制数转换成十六进制数将二进制数转换成十六进制数通常采用“四合一法”,方法如下所示。① 整数部分从二进制数的低位(即小数点左侧)开始,每4位作为一组划分整数部分,不足4位左补0。② 小数部分从二进制数的高位(即小数点的右侧)开始,每4位作为一组划分小数部分,不足4位右补0。例如,将101.11B转换成十六进制数。则,101.11B=5CH。(2) 十六进制数转换成二进制数将十六进制数转换成二进制数通常采用“一分为四法”,方法如下所示。十六进制数的整数部分和小数部分的每1位均用4位二进制数表示,然后再删除整数部分最左侧和小数部分最右侧多余的0。例如,将3A.5H转换成二进制数。1.5 如何使用单片机1.5.1 单片机简介单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)简称单片机,是微型计算机发展的一个重要分支。它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出接口电路等集成到一个芯片上,构成一个微型计算机系统。因单片机具有体积小、功能强、可靠性高、功耗低等优点,在家用电器、自动化仪表、工业控制等领域得到了广泛的应用。单片机的应用改变了传统控制系统的设计理念。传统控制系统中的继电器、可控硅以及其他电路的控制,在单片机系统中将由软件实现。软件控制既节省成本,又提高控制系统的可靠性。1.5.2 MCS—51系列单片机的引脚MCS—51系列单片机常见的封装方式有双列直插式封装(DIP)和方形扁平式(QFP)封装两种,下面以MCS—51系列单片机中用双列直插式封装的40脚芯片为例,来介绍单片机的引脚。图1-4所示为单片机的实物图和引脚图。图1-4 MCS—51系列单片机的实物图和引脚图1. 电源引脚V和VccssV :电源电压输入端,一般为+5V。ccV:接地端。ss2. 时钟引脚XTAL1和XTAL2在使用内部振荡电路时,XTAL1和XTAL2用于外接晶体振荡器和微调电容器,晶体振荡器频率即为振荡频率;在使用外部时钟时,XTAL1和XTAL2用于外接时钟源。3. 控制信号引脚(1) RST/VpdRST 为复位信号输入端。当 RST 端保持两个机器周期(24 个时钟周期)以上的高电平时,单片机完成复位操作。Vpd 为单片机内部 RAM 的备用电源电压输入端。当主电源电压发生断电(也称为掉电或失电)或电压降到一定值时,可以通过Vpd端为单片机内部RAM提供备用电源电压,以保护单片机内部RAM中的信息不丢失,并且在接上主电源电压后能够继续正常运行。ALE为地址锁存信号端。当访问外部存储器时,ALE端用于锁存P0端口输出的低8位地址信号。在不访问外部存储器时,ALE端可以输出为1/6晶体振荡器频率的脉冲信号,该脉冲信号可以用于外部定时为单片机内部EPROM编程时的编程脉冲信号输入端。为外部程序存储器的读选通信号输入端,当访问外部ROM时,产生负脉冲信号作为外部ROM的选通信号。为访问外部程序存储器的控制信号输入端。当端输入为低电平时,CPU 访问外部程序存储器,当端输入为高电平时,CPU 访问内部程序存储器。由于图 1-4 中所示的单片机没有内部ROM,因必须接地。Vpp为单片机内部EPROM的 21 V编程电源电压输入端。4. 4个8位的I/O端口P0、P1、P2、P3(1) P0端口(P0.0~P0.7)P0端口的第一功能是作为一个8位漏极开路型的双向I/O端口。第二功能是在访问外部存储器时,分时提供低8位地址和8位双向数据。在对单片机内部EPROM进行编程和校验时,P0端口用于数据的输入和输出。(2) P1端口(P1.0~P1.7)P1端口是一个内部带有上拉电阻器的8位准双向I/O端口。(3) P2端口(P2.0~P2.7)P2端口的第一功能是作为一个内部带有上拉电阻器的8位准双向I/O端口。第二功能是在访问外部存储器时,输出高8位地址。(4) P3端口(P3.0~P3.7)P3端口的第一功能是作为一个内部带有上拉电阻器的8位准双向I/O端口。在系统中,这8个引脚又具有各自的第二功能,见表1-1所列。表1-1 P3端口的第二功能温馨提示:P0 端口的每一位能驱动 8 个 LSTTL 门的输入端,P1~P3 端口的每一位能驱动 3 个LSTTL门的输入端。1.5.3 MCS—51系列单片机的基本结构MCS—51系列单片机主要有8031、8051和8751三种基本产品,它们的内部结构基本相同,唯一的区别是内部程序存储器ROM配置不一样。8031内部没有ROM,8051内部含有4KB的掩模ROM,8751内部含有4KB的EPROM。下面以8051为例介绍MCS—51系列单片机的基本结构。8051型单片机结构图如图1-5所示。8051型单片机主要包括以下几个部分。● 1个8位的CPU。● 1个内部时钟电路。● 4KB的掩模ROM。● 128B的数据存储器RAM。● 可寻址外部程序存储器和数据存储器空间为64KB。● 21个特殊功能寄存器SFR。● 4个8位的并行I/O端口。● 1个全双工串行口。● 2个16位的定时/计数器。● 5个中断源,两级中断优先级。

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