单片机控制技术项目式教程

前    言
单片机是一种嵌入式微控制器，在智能仪器仪表、工业控制、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理等诸多领域有着广泛的应用。“单片机控制技术”是高等职业院校电子、机电、自动化等专业的一门必修课程，却也是一门令学生感觉较难学习的课程，因为学生不仅要掌握硬件电路的设计方法，还要学会编写相应的控制程序，并且要进行软件、硬件联合调试。鉴于此，编者在多年从事“单片机控制技术”课程教学，积累了丰富经验的基础之上编写了本书，目的就是使学生想学、爱学、易学并且学懂这门课程。
本书以适应当前行业发展的职业教育理念为指导思想，以理论教育为基础，以技能培养为目标，将理论与实践紧密结合，突出实践性教育环节的重要性，注重专业能力的培养，力图做到深入浅出、便于教学，充分体现专业课教学的基础性、实用性、操作性等特点。
本书以电子产品的实用设计项目为载体，采用项目导向、任务驱动的形式，将教学内容分为若干个相对独立的项目，每个项目由若干个任务组成，充分体现了工学结合的教学模式，力图在教学过程中充分发挥学生的主动性、积极性。每个项目都由直观的生活现象引入，使学生在有一定的知识准备后去完成任务。书中的软件设计采用了现在电子行业通用的C语言编程，同时引入了串行数字温度传感器、A/D转换器、D/A转换器、液晶显示等知识，后提高到STC高性能51单片机的应用介绍，并且本书对需要用到的单片机开发软件环境Proteus和Keil C51做了简单的介绍，充分体现了教学内容的先进性与实用性。为了保障本书内容与仿真软件的一致性及可读性，书中有关仿真软件的截图均被保留，其中的电子元器件电路图形符号和单位均维持仿真软件中的原貌。
本书适合在学做一体化的单片机项目式教学中使用，参考学时数为90，使用者可根据实际情况增减学时数。教师在教学中可根据学时及专业，有选择地介绍项目拓展中的内容。本书有配套的单片机实验板，但实验板只应用于项目拓展，正常的教学内容采用单片机开发环境Proteus和Keil C51即可，这使本书的使用不受教学条件的限制。
本书由南京信息职业技术学院的王璇和高玉玲担任主编，魏欣、宋维君和杜军担任副主编，王书旺担任主审。其中王璇编写了项目5、项目7到项目10，高玉玲编写了项目1到项目4，魏欣和王璇共同编写了项目11，宋维君和王璇共同编写了项目6。本书在编写过程中得到中兴通讯（南京）有限责任公司高级工程师杜军的大力帮助，以及王书旺的细心审读，在此向他们表示衷心的感谢。书中部分内容的编写参考了有关文献，谨对书后所有参考文献的作者表示感谢。
本书配套提供微课视频、PPT课件、任务仿真图、源程序文件和习题答案等信息化教学资源。读者可以使用手机等移动设备扫描书中的二维码观看微课视频，以及登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费注册后下载其他资源。
由于单片机技术日新月异，加上编者水平有限，书中难免有疏漏之处，恳请读者批评指正，以便再版修改，在此深表感谢。编者电子邮箱：wangxuan@njcit.cn。

编  者      
2020年3月

本书以适应当前行业发展的职业教育理念为指导思想，以电子产品的实用设计项目为载体，采用基于工作过程的任务驱动的形式由浅入深地介绍了MCS-51系列单片机的控制技术和实用性设计。本书把单片机的相关知识点融入各个项目及其下层任务，完整地展现了电子产品设计、开发的整个过程。硬件的设计从单片机的I/O口、定时/计数器、中断系统和串行口的基本应用，到单片机实用的键盘、显示器、A/D转换器和D/A转换器的应用，再到STC高性能51单片机的应用设计，循序渐进地将知识点融入实际的任务设计。软件的设计采用通用C语言进行编程。项目拓展拓宽了知识的宽度和深度，课后的知识思考与项目训练将课堂与课后的学习有机地结合在一起。为了适应不同的读者，本书正文中的硬件电路采用Proteus软件环境设计，项目拓展中的电路使用配套的实验板，灵活实用。本书语言通俗易懂、简明扼要，内容丰富、层次分明，技术性强、实用性强，以够用、实用为原则，可作为高等职业院校电子、机电、自动化等专业的教材，也可作为相关专业工程技术人员的培训教材，还可作为电子爱好者或单片机设计工作者的参考书。

本书以适应当前行业发展的职业教育理念为指导思想，以电子产品的实用设计项目为载体，采用基于工作过程的任务驱动的形式由浅入深地介绍了MCS-51系列单片机的控制技术和实用性设计。本书把单片机的相关知识点融入各个项目及其下层任务，完整地展现了电子产品设计、开发的整个过程。硬件的设计从单片机的I/O口、定时/计数器、中断系统和串行口的基本应用，到单片机实用的键盘、显示器、A/D转换器和D/A转换器的应用，再到STC高性能51单片机的应用设计，循序渐进地将知识点融入实际的任务设计。软件的设计采用通用C语言进行编程。项目拓展拓宽了知识的宽度和深度，课后的知识思考与项目训练将课堂与课后的学习有机地结合在一起。为了适应不同的读者，本书正文中的硬件电路采用Proteus软件环境设计，项目拓展中的电路使用配套的实验板，灵活实用。本书语言通俗易懂、简明扼要，内容丰富、层次分明，技术性强、实用性强，以够用、实用为原则，可作为高等职业院校电子、机电、自动化等专业的教材，也可作为相关专业工程技术人员的培训教材，还可作为电子爱好者或单片机设计工作者的参考书。

王璇，女，副教授，毕业于电子科技大学无线电技术专业，曾在南京熊猫电子股份有限公司从事电子开发工作十余年，现任职于南京信息职业技术学院。曾先后承担数字卫星/有线电视机顶盒的研发与投产；卫星信标接收机的研发与投产；数字电视实验环境系统设计与开发。出版的图书有《彩色电视机原理及维修技术》(科学出版社2011.8）《彩色电视机维修》（机械工业出版社2010.6.）、《电子信息》（东南大学出版社2011.2）、《电子测量技术》（高等教育出版社2012.8 ）、《单片机控制技术项目式教程（C语言版）》（电子工业出版社2014.1），其中《单片机控制技术项目式教程（C语言版）》获选“十二五”职业教育国家规划教材。

项目1 认识单片机 1 
任务1.1 单片机是什么 2 
1.1.1 单片机在哪里 2 
1.1.2 单片机的样子 2 
1.1.3 单片机的基本概念 3 
任务1.2 单片机的发展 4 
1.2.1 单片机的发展历史 4 
1.2.2 单片机的发展趋势 4 
任务1.3 单片机的分类 6 
任务1.4 单片机的特点及应用领域 9 
1.4.1 单片机的特点 9 
1.4.2 单片机的应用领域 10 
项目小结 11 
知识思考与项目训练 11 
项目2 用单片机集成开发环境进行项目设计 13 
任务2.1 用Keil C51软件进行软件设计 14 
任务2.2 用Proteus软件进行硬件设计 20 
项目小结 24 
知识思考与项目训练 24 
项目3 MCS-51系列单片机小系统的设计 25 
任务3.1 认识MCS-51系列单片机的内部结构 26 
3.1.1 MCS-51系列单片机的基本结构 26 
3.1.2 MCS-51系列单片机的内部存储器 27 
3.1.3 MCS-51系列单片机内部存储器的读写控制 31 
任务3.2 MCS-51系列单片机小系统电路的设计 33 
3.2.1 MCS-51系列单片机芯片介绍 33 
3.2.2 单片机复位电路的设计 35 
3.2.3 单片机时钟电路的设计 36 
3.2.4 单片机小系统电路的设计方法 37 
项目小结 40 
知识思考与项目训练 41 
项目4 单片机控制LED的设计 43 
任务4.1 单片机控制单个LED闪烁的设计 44 
4.1.1 MCS-51系列单片机的I/O口介绍 44 
4.1.2 单片机控制单个LED闪烁的设计方法 47 
任务4.2 单片机控制多个LED循环点亮的设计 53 
项目小结 59 
知识思考与项目训练 59 
项目5 定时器与脉冲计数器的设计 61 
任务5.1 定时器的设计 62 
5.1.1 MCS-51系列单片机内部定时/计数器的原理 62 
5.1.2 用单片机的定时/计数器设计定时器（查询方式） 65 
任务5.2 脉冲计数器的设计 77 
项目小结 81 
知识思考与项目训练 82 
项目6 交通信号灯的设计 84 
任务6.1 LED数码管显示数字的设计 85 
6.1.1 单个LED数码管静态显示数字 85 
6.1.2 8位LED数码管动态显示数字 92 
任务6.2 中断控制流水灯的设计 96 
6.2.1 MCS-51系列单片机的中断系统 96 
6.2.2 中断控制LED的点亮与熄灭 102 
6.2.3 中断控制流水灯的设计方法 104 
任务6.3 中断控制交通信号灯的设计 107 
项目小结 116 
知识思考与项目训练 117 
项目7 模拟电子闹钟的设计 119 
任务7.1 键盘的应用 120 
7.1.1 独立键盘控制LED点亮 120 
7.1.2 矩阵键盘控制LED数码管显示 125 
任务7.2 电子秒表的设计 131 
任务7.3 矩阵键盘控制模拟电子闹钟的设计 134 
项目小结 144 
知识思考与项目训练 145 
项目8 单片机通信系统的设计 147 
任务8.1 MCS-51系列单片机之间的串行通信设计 148 
8.1.1 RS-232C串行通信标准 148 
8.1.2 MCS-51系列单片机串行口的工作原理 153 
8.1.3 单片机之间的双机串行通信的设计方法 163 
任务8.2 单片机与计算机通信系统的设计 169 
8.2.1 STC-ISP（V6.85H）串行口调试助手 169 
8.2.2 单片机与计算机通信系统的设计方法 170 
项目小结 175 
知识思考与项目训练 176 
项目9 信号发生器的设计 178 
任务9.1 灯光亮度调节器的设计 179 
9.1.1 D/A转换器的基本原理 179 
9.1.2 D/A转换器的技术性能指标 181 
9.1.3 DAC0832与单片机的接口电路 182 
9.1.4 灯光亮度调节器的设计方法 190 
任务9.2 多种波形信号发生器的设计 192 
项目小结 204 
知识思考与项目训练 204 
项目10 数字温度采集系统的设计 206 
任务10.1 数字电压表的设计 207 
10.1.1 A/D转换器的基本原理 207 
10.1.2 ADC0809简介 209 
10.1.3 采用ADC0809的数字电压表的设计方法 213 
任务10.2 采用DS18B20的数字温度采集系统的设计 216 
10.2.1 DS18B20的工作原理 216 
10.2.2 采用DS18B20的数字温度采集系统的设计方法 223 
项目小结 235 
知识思考与项目训练 236 
项目11 STC高性能51单片机的应用设计 238 
任务11.1 STC15F2K60S2系列单片机控制流水灯的设计 239 
11.1.1 STC系列51单片机的分类 239 
11.1.2 STC15F2K60S2系列单片机的基本知识 242 
11.1.3 用STC15F2K60S2系列单片机控制流水灯的设计方法 254 
任务11.2 用STC15F2K60S2系列单片机的定时/计数器模拟PWM的设计 256 
11.2.1 STC15F2K60S2系列单片机的中断系统、定时/计数器和串行口 256 
11.2.2 用单片机的定时/计数器模拟PWM的设计方法 264 
任务11.3 单片机电源电压测量系统的设计 268 
11.3.1 STC15F2K60S2系列单片机的A/D转换器和PCA模块 268 
11.3.2 单片机电源电压测量系统的设计方法 275 
项目小结 280 
知识思考与项目训练 281 
附录A STC89C52实验板实物图 283 
附录B STC89C52实验板各模块的电路原理图 284 
附录C STC15F2K60S2实验板实物图 292 
附录D STC15F2K60S2实验板各模块的电路原理图 293 
参考文献 298

本书以适应当前行业发展的职业教育理念为指导思想，以电子产品的实用设计项目为载体，采用基于工作过程的任务驱动的形式由浅入深地介绍了MCS-51系列单片机的控制技术和实用性设计。本书把单片机的相关知识点融入各个项目及其下层任务，完整地展现了电子产品设计、开发的整个过程。硬件的设计从单片机的I/O口、定时/计数器、中断系统和串行口的基本应用，到单片机实用的键盘、显示器、A/D转换器和D/A转换器的应用，再到STC高性能51单片机的应用设计，循序渐进地将知识点融入实际的任务设计。软件的设计采用通用C语言进行编程。项目拓展拓宽了知识的宽度和深度，课后的知识思考与项目训练将课堂与课后的学习有机地结合在一起。为了适应不同的读者，本书正文中的硬件电路采用Proteus软件环境设计，项目拓展中的电路使用配套的实验板，灵活实用。本书语言通俗易懂、简明扼要，内容丰富、层次分明，技术性强、实用性强，以够用、实用为原则，可作为高等职业院校电子、机电、自动化等专业的教材，也可作为相关专业工程技术人员的培训教材，还可作为电子爱好者或单片机设计工作者的参考书。

王璇，女，副教授，毕业于电子科技大学无线电技术专业，曾在南京熊猫电子股份有限公司从事电子开发工作十余年，现任职于南京信息职业技术学院。曾先后承担数字卫星/有线电视机顶盒的研发与投产；卫星信标接收机的研发与投产；数字电视实验环境系统设计与开发。出版的图书有《彩色电视机原理及维修技术》(科学出版社2011.8）《彩色电视机维修》（机械工业出版社2010.6.）、《电子信息》（东南大学出版社2011.2）、《电子测量技术》（高等教育出版社2012.8 ）、《单片机控制技术项目式教程（C语言版）》（电子工业出版社2014.1），其中《单片机控制技术项目式教程（C语言版）》获选“十二五”职业教育国家规划教材。