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本書以Proteus ISIS現(xiàn)代電子系統(tǒng)仿真技術(shù)為平臺(tái), 通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)原型實(shí)現(xiàn)硬件與軟件的協(xié)同仿真。全書共15章, 系統(tǒng)地介紹MCS-51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、Keil uVision 4、Proteus仿真軟件、C51語(yǔ)言基礎(chǔ)與程序設(shè)計(jì)、定時(shí)與中斷系統(tǒng)、顯示、鍵盤、轉(zhuǎn)換器、串行通信、電機(jī)等接口技術(shù)。

單片機(jī)(又稱為微控制器)是一種面向控制的大規(guī)模集成電路芯片。目前，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到現(xiàn)代國(guó)防、工業(yè)自動(dòng)化、電子電氣、通信及物聯(lián)網(wǎng)等各個(gè)領(lǐng)域。在控制應(yīng)用領(lǐng)域，51系列單片機(jī)形成了規(guī)模龐大、功能齊全、資源豐富的產(chǎn)品群，國(guó)內(nèi)目前眾多院校也大量以51單片機(jī)作為單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程的基本內(nèi)容。隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等產(chǎn)品的開發(fā)，51單片機(jī)不斷地以IP核的形式在以FPGA為基礎(chǔ)的片上系統(tǒng)中被充分利用。由此可見(jiàn)，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的各種智能儀器儀表、工業(yè)檢測(cè)控制、通信設(shè)備、信息處理、家用電器、汽車電子、機(jī)電一體化等方面得到了廣泛應(yīng)用并取得了巨大的成果。與此同時(shí)，單片機(jī)技術(shù)也是學(xué)習(xí)ZigBee技術(shù)開發(fā)、STM32和ARM嵌入式系統(tǒng)等高一層技術(shù)的基礎(chǔ)。

1. 本書特色

(1) 強(qiáng)化基礎(chǔ)、由淺入深

本書采用Keil軟件和Proteus軟件仿真平臺(tái)，一是在Keil開發(fā)環(huán)境中，學(xué)習(xí)C51語(yǔ)言基本知識(shí)、編程語(yǔ)法；二是利用Proteus仿真平臺(tái)，由淺入深地介紹C51程序結(jié)構(gòu)、C51語(yǔ)言基本語(yǔ)句和C51程序設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)內(nèi)容。通過(guò)這兩個(gè)平臺(tái)學(xué)習(xí)C51語(yǔ)言與全面掌握單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)。

(2) 軟硬結(jié)合、協(xié)同仿真

本書以MCS-51系列單片機(jī)為基礎(chǔ)、Proteus ISIS仿真技術(shù)為學(xué)習(xí)平臺(tái)，介紹單片機(jī)C51語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)的硬件資源和外部設(shè)備進(jìn)行控制，把書中的知識(shí)點(diǎn)、電路原理及應(yīng)用內(nèi)容轉(zhuǎn)化為生動(dòng)活潑、形象逼真的仿真映像，使抽象的原理變得形象化與可視化。硬件與軟件相結(jié)合及協(xié)同仿真，能夠更好地論述單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)原理和程序設(shè)計(jì)方法，避免傳統(tǒng)教學(xué)中先理論后實(shí)踐的脫節(jié)現(xiàn)象。

(3) 突出項(xiàng)目、工程理念

本書力求單片機(jī)系統(tǒng)規(guī)范化與項(xiàng)目化相結(jié)合，系統(tǒng)論述單片機(jī)工作原理的同時(shí)，突出了項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)過(guò)程，強(qiáng)調(diào)具有開放性、實(shí)踐性、職業(yè)性、仿真化和靈活應(yīng)用的學(xué)習(xí)模式。全書提供了48個(gè)可仿真與執(zhí)行、具有工程實(shí)際意義的應(yīng)用項(xiàng)目，根據(jù)應(yīng)用項(xiàng)目舉一反三，快速掌握單片機(jī)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，并且在整個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)際中，適應(yīng)不同層次人員的需求。

(4) 內(nèi)容豐富、涵蓋專業(yè)

本書涵蓋單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的多個(gè)領(lǐng)域，內(nèi)容較為豐富，對(duì)每項(xiàng)內(nèi)容都詳細(xì)介紹相關(guān)的背景知識(shí)、硬件知識(shí)、電路設(shè)計(jì)和C51程序設(shè)計(jì)思路。同時(shí)利用廣東省精品資源共享課“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”教學(xué)網(wǎng)站http://202.192.72.40:8089和http://61.152.93.162:8024提供豐富的教學(xué)資源與自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，逐步幫助讀者提高單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)效率。另外，書中內(nèi)容還包括了單片機(jī)各方面的教學(xué)模塊，滿足電子信息類、電氣工程類、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)類等工科專業(yè)以及從事該技術(shù)領(lǐng)域的用書需求。

2. 本書內(nèi)容

第1章主要介紹微型計(jì)算機(jī)的基本概念、51系列單片機(jī)發(fā)展和單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

第2章主要介紹MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器及I/O電路。

第3章主要介紹Keil Vision 4集成開發(fā)環(huán)境、Keil Vision 4的C51開發(fā)流程、C51的數(shù)據(jù)類型、C51的運(yùn)算符、C51的表達(dá)式等。

第4章主要介紹Proteus ISIS仿真軟件、Proteus電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、基于Proteus的設(shè)計(jì)實(shí)例等。

第5章主要介紹C51語(yǔ)言程序的基本結(jié)構(gòu)、C51語(yǔ)言基本語(yǔ)句、C51的數(shù)組、C51的函數(shù)等。

第6章介紹單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、基于Proteus的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真。

第7章介紹單片機(jī)的中斷系統(tǒng)、外部中斷源的C51程序設(shè)計(jì)、定時(shí)中斷源的C51程序設(shè)計(jì)、串行中斷源的C51程序設(shè)計(jì)、外部中斷源的擴(kuò)展、基于Proteus中斷系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真。

第8章介紹LED顯示器與接口技術(shù)、基于Proteus的LED顯示器項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真。

第9章介紹點(diǎn)陣LED結(jié)構(gòu)及原理、基于Proteus的大屏幕顯示器項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真。

第10章介紹1602LCD液晶顯示模塊、基于Proteus的LCD顯示器項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真、128×64 LCD圖形顯示器接口技術(shù)、基于Proteus的12864LCD顯示器項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真。

第11章介紹獨(dú)立式鍵盤接口技術(shù)、基于Proteus的獨(dú)立式鍵盤項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真、矩陣式鍵盤接口技術(shù)、基于Proteus的矩陣式鍵盤項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真。

第12章介紹8位并行A/D轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)、8位串行A/D轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)、基于Proteus的A/D轉(zhuǎn)換器項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真。

第13章介紹D/A轉(zhuǎn)換原理、DAC0832與單片機(jī)接口技術(shù)、基于Proteus的DAC0832電路項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真。

第14章介紹通信的一般概念、MCS-51單片機(jī)串行通信接口、MCS-51單片機(jī)串行口的擴(kuò)展應(yīng)用、MCS-51單片機(jī)雙機(jī)串行通信的應(yīng)用、基于Proteus的單片機(jī)雙機(jī)串行通信項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真、MCS-51單片機(jī)多機(jī)串行通信的應(yīng)用。

第15章介紹直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)、基于Proteus的直流電動(dòng)機(jī)控制項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)、基于Proteus的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制項(xiàng)目設(shè)計(jì)與仿真。

本書結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)容涉及較為全面，項(xiàng)目案例豐富，仿真結(jié)果準(zhǔn)確可靠，但與實(shí)際應(yīng)用電路或許存在一定的差異，特別是PC的運(yùn)行速度與硬件運(yùn)行速度有一定的差異，因此，在實(shí)際應(yīng)用中還要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)試。由于編者的水平有限，書中難免有不足之處，懇請(qǐng)廣大讀者和同行提出寶貴意見(jiàn)，以使日后進(jìn)一步改進(jìn)。

3. 讀者對(duì)象

（1）大學(xué)、高職高專及*、省級(jí)骨干教師等相關(guān)專業(yè)的培訓(xùn)班學(xué)員。

（2）單片機(jī)及電子設(shè)計(jì)大賽愛(ài)好者。

（3）電子工程技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)人員。

本書獲得了廣州市風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司匡載華總經(jīng)理在Proteus技術(shù)方面的大力支持與幫助，在此表示衷心的感謝。

編者

2017年2月

CHAPTER 1

第1章

單片機(jī)技術(shù)概述

單片機(jī)又稱為微控制器(Micro Controller Unit，MCU)，是面對(duì)測(cè)控對(duì)象的嵌入式應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)技術(shù)從通用型計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)入智能化的控制領(lǐng)域，并且在嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域都得到了極其重要的發(fā)展與應(yīng)用。本章首先介紹微型計(jì)算機(jī)的基本概念、組成及分類，然后介紹單片機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)及常用的MCS51系列單片機(jī)類型，*后介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟。

1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分類簡(jiǎn)介

世界上*臺(tái)計(jì)算機(jī)于1946年問(wèn)世。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)

展。計(jì)算機(jī)按照體系結(jié)構(gòu)、性能、體積、應(yīng)用領(lǐng)域等，分為大型計(jì)算機(jī)、中型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)在數(shù)值計(jì)算、邏輯運(yùn)算與推理、信息處理以及實(shí)際控制方面朝著高速海量運(yùn)算的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展，表現(xiàn)出非凡的能力，其典型產(chǎn)品為PC；而廣泛滲透到制造工業(yè)、過(guò)程控制、通信、儀器儀表、交通、航空航天、軍事裝備、家電產(chǎn)品等領(lǐng)域的正是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，主要表現(xiàn)在直接面向控制對(duì)象；嵌入到具體的應(yīng)用系統(tǒng)中；現(xiàn)場(chǎng)可靠地運(yùn)行；體積小，應(yīng)用靈活；突出時(shí)序控制功能；以隱藏的形式嵌入在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。因此，將計(jì)算機(jī)技術(shù)分為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng)）。

嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用

相結(jié)合的產(chǎn)物，也是不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的核心部件有嵌入式微處理器(Embedded MicroProcessor Unit，EMPU)、嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP)、微控制器(MicroController Unit，MCU，通常稱單片機(jī))。顧名思義，單片機(jī)就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。它以某一種微處理器為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、看門狗、并行I/O接口、串行I/O接口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A。微控制器的*大特點(diǎn)是單片化、體積大幅度減小，從而使功耗和成本降低、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流，以MCU為核心的嵌入式系統(tǒng)約占市場(chǎng)份額的70％。

本書以市場(chǎng)占有率較高的MCS51單片機(jī)(或稱8051、51系列、8xx51單片機(jī))為核心，介紹嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本技術(shù)。

1.2微型計(jì)算機(jī)的基本概念

微型計(jì)算機(jī)(Micro Computer)簡(jiǎn)稱微機(jī)，是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分類。微型計(jì)算機(jī)不但具有計(jì)算快速、精確、程序控制等特點(diǎn)，而且還具有體積小、重量輕、功耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。個(gè)人計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱PC(Personal Computer)，是微型計(jì)算機(jī)中應(yīng)用*為廣泛的一種，也是近年來(lái)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中發(fā)展*快的一個(gè)分支。PC在性能和價(jià)格方面適合個(gè)人用戶購(gòu)買和使用，目前，它已經(jīng)像普通家電一樣深入到家庭和社會(huì)生活的各個(gè)方面。

1.2.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)體和裝置，通常由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。如果把運(yùn)算器與控制器集成在一個(gè)芯片上，則該芯片稱為中央處理器(Central Processing Unit，CPU)，是微機(jī)的核心部件。CPU配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、輸入/輸出(Input/Output，I/O)接口電路以及外部設(shè)備即構(gòu)成微機(jī)的硬件系統(tǒng)。

軟件系統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱。軟件部分包括系統(tǒng)軟件(如操作系統(tǒng))和應(yīng)用軟件(如字處理軟件)，人們通過(guò)它對(duì)微機(jī)進(jìn)行控制并與微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，使微機(jī)按照人的意圖完成預(yù)定的任務(wù)。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成完整的微機(jī)系統(tǒng)，典型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成如圖11所示。

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