【现货速发】单片机技术及应用

单片机技术是电子电气、物联网、5G及人工智能等领域的一门主流技术。随着现代工业智能化、信息化程度越来越高，单片机早已融入人们的生活，几乎所有家电内部都有单片机的身影，很多自动化及智能公共设施的背后也有单片机的支撑。本书是针对单片机技术编写的，具有以下特点。
1．以书证融通为出发点，对接行业发展
本书结合“职业教育综合改革方案”等国家战略，落实“1 X”证书制度，参考国家专业教学标准，围绕书证融通模块化课程体系，对接行业发展的新知识、新技术、新工艺、新方法，聚焦传感网应用开发的岗位需求，将职业等级证书中的工作领域、工作任务、职业能力融入教学内容，改革传统教学课程。
2．以职业能力为本位，对接岗位需求
本书强调以能力作为教学的基础，将所从事行业应具备的职业能力作为教材内容的小组织单元，培养岗位群所需职业能力。
3．以行动导向为主线，对接工作过程
本书精选传感器技术在行业中的典型应用场景，分析职业院校学生学情及学习规律，实现“教、学、做”一体化，强化学生实践能力，使学生在实践中掌握职业技能、习得专业知识。
4．以典型项目为主体，驱动课程教学实施
本书采用项目制，将典型工作任务与实际应用场景相结合，使学生在学习的过程中掌握岗位群所需的典型技能。
5．以立体化资源为辅助，驱动教学效果提升
本书配有丰富的微课视频、PPT、教案、工具包等资源，可满足职业院校学生多样化的学习需求，提升教学效果。
6．以校企合作为原则，驱动应用型人才培养
本书由武汉仪表电子学校、南宁职业技术学院等院校与北京新大陆时代教育科技有限公司联合开发，充分利用企业对于岗位需求的认知及培训评价组织对于专业技能的把控，结合职业院校教材开发与教学实施经验，使本书具有较强的适应性、可操作性、实用性。
本书选用STC15W单片机，由浅入深地构建了10个项目，分别是声控台灯、电子门铃、简易计时器、数显式电子表、电子密码锁、电子日历、电子秤、电梯安全检测装置、智能廊灯、智能家居环境监测系统。本书参考学时为108学时，可根据实际情况增减。
本书由北京新大陆时代教育科技有限公司提供真实项目案例，全书由周忠强统稿，鲍毅编写项目一、项目二、项目三、项目九、项目十，饶静编写项目四、项目五，蒋雯编写项目六，李川编写项目七，罗贤编写项目八，李光荣、姚湘、林建瑞、王庆伟、马旭、汪涛等负责信息化资源的制作，覃琳、李志纯、吴民、贾春霞、彭坤容、蔡敏、韦颖颖参与了本书的编写及信息化资源的制作。
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免有不妥之处，恳请读者批评指正。
编者

本书为传感网应用开发职业技能等级证书的书证融通教材，聚焦技能型紧缺人才培养目标，以职业岗位的典型工作过程为导向，将教学内容与职业能力相对接、单元项目与工作任务相对接，选用STC15W单片机，通过声控台灯、电子门铃、简易计时器、数显式电子表、电子密码锁、电子日历、电子秤、电梯安全检测装置、智能廊灯、智能家居环境监测系统10个项目驱动学生“做中学”，习得岗位职业能力，快速提升学生单片机专业技能。本书内容丰富，文字通俗易懂，讲解深入浅出，适合作为中等职业院校电子信息类专业单片机应用课程教材，也可作为相关领域的科技工作者和工程技术人员的参考书。

本书为传感网应用开发职业技能等级证书的书证融通教材，聚焦技能型紧缺人才培养目标，以职业岗位的典型工作过程为导向，将教学内容与职业能力相对接、单元项目与工作任务相对接，选用STC15W单片机，通过声控台灯、电子门铃、简易计时器、数显式电子表、电子密码锁、电子日历、电子秤、电梯安全检测装置、智能廊灯、智能家居环境监测系统10个项目驱动学生“做中学”，习得岗位职业能力，快速提升学生单片机专业技能。本书内容丰富，文字通俗易懂，讲解深入浅出，适合作为中等职业院校电子信息类专业单片机应用课程教材，也可作为相关领域的科技工作者和工程技术人员的参考书。

周忠强，高级讲师，任教于武汉市仪表电子学校，负责物联网专业方向、实训室建设，负责物联网、C语言、传感网等课程的授课任务，承担了全国职业院校技能大赛智能家居、物联网等赛项的选手培训工作。

项目一 声控台灯 1 
引导案例 1 
1.1 任务1 搭建开发环境 2 
职业能力目标 2 
任务描述与要求 2 
任务分析与计划 2 
知识储备 3 
1．单片机简介 3 
2．Keil C51开发环境简介 4 
3．Keil软件界面 4 
4．工具栏 5 
任务实施 6 
任务检查与评价 12 
任务小结 12 
任务拓展 13 
1.2 任务2 控制灯泡亮灭 13 
职业能力目标 13 
任务描述与要求 13 
任务分析与计划 13 
知识储备 14 
1．STC单片机简介 14 
2．STC单片机I/O端口简介 17 
3．电路图分析 18 
4．编程基础 18 
5．继电器 20 
任务实施 21 
任务检查与评价 23 
任务小结 23 
任务拓展 23 
1.3 任务3 实现声控台灯功能 23 
职业能力目标 23 
任务描述与要求 23 
任务分析与计划 23 
知识储备 24 
1．声音传感器简介 24 
2．电路图分析 25 
3．程序流程图（图1-3-5） 26 
4．STC-ISP简介 26 
5．延时函数 27 
6．NEWLab声音传感模块简介 28 
任务实施 29 
任务检查与评价 31 
任务小结 31 
任务拓展 31 
项目二 电子门铃 32 
引导案例 32 
2.1 任务1 按键轮询控制蜂鸣器发声 32 
职业能力目标 32 
任务描述与要求 33 
任务分析与计划 33 
知识储备 33 
1．蜂鸣器 33 
2．按键 34 
3．按键电路原理图 36 
4．程序流程图 36 
5．主要代码分析 37 
任务实施 38 
任务检查与评价 40 
任务小结 40 
任务拓展 40 
2.2 任务2 按键中断控制蜂鸣器发声 40 
职业能力目标 40 
任务描述与要求 41 
任务分析与计划 41 
知识储备 41 
1．中断 41 
2．中断函数初始化流程 43 
3．按键中断检测程序流程图（图2-2-3） 43 
任务实施 44 
任务检查与评价 46 
任务小结 46 
任务拓展 46 
3.3 任务3 通过压电传感器实现电子门铃功能 46 
职业能力目标 46 
任务描述与要求 47 
任务分析与计划 47 
知识储备 47 
1．压电传感器简介 47 
2．压电传感器的工作原理 47 
3．LDT0-028K 49 
4．NEWLab压电传感模块 49 
任务实施 51 
任务检查与评价 52 
任务小结 52 
任务拓展 52 
项目三 简易计时器 53 
引导案例 53 
3.1 任务1 定时器控制LED闪烁 53 
职业能力目标 53 
任务描述与要求 54 
任务分析与计划 54 
知识储备 54 
1．LED简介 54 
2．定时器和计数器的概念 55 
3．定时器和计数器的内部结构 56 
4．定时/计数器的工作方式 56 
5．定时器中断的相关寄存器 58 
6．定时器赋初值的方法 60 
7．定时/计数器流程图 60 
8．程序流程图 60 
9．主要程序分析 60 
任务实施 62 
任务检查与评价 64 
任务小结 64 
任务拓展 64 
3.2 任务2 实现简易计时器功能 64 
职业能力目标 64 
任务描述与要求 64 
任务分析与计划 64 
知识储备 65 
1．数码管的显示原理 65 
2．数码管的静态显示驱动电路 66 
3．数组的基本概念 67 
4．数码管类型的检测 67 
5．LED段码数据生成器 67 
任务实施 68 
任务检查与评价 70 
任务小结 71 
任务拓展 71 
项目四 数显式电子表 72 
引导案例 72 
4.1 任务1 定时器控制数码管显示 73 
职业能力目标 73 
任务描述与要求 73 
任务分析与计划 73 
知识储备 74 
1．数码管的动态显示驱动电路 74 
2．程序流程图 74 
3．STC-ISP中定时器的使用 75 
4．关键程序讲解 75 
任务实施 76 
任务检查与评价 78 
任务小结 78 
任务拓展 79 
4.2 任务2 实现数显式电子表功能 79 
职业能力目标 79 
任务描述与要求 79 
任务分析与计划 79 
知识储备 80 
1．液晶显示概述 80 
2．液晶显示模块12864 80 
3．12864指令简介 81 
4．12864引脚说明 82 
5．12864与单片机及PC的通信协议 83 
6．12864驱动电路 84 
7．软件流程图 84 
8．取模软件的使用 84 
任务实施 86 
任务检查与评价 88 
任务小结 88 
任务拓展 88 
项目五 电子密码锁 89 
引导案例 89 
5.1 任务1 矩阵键盘操作 89 
职业能力目标 89 
任务描述与要求 90 
任务分析与计划 90 
知识储备 90 
1．矩阵键盘概述 90 
2．矩阵键盘的内部结构 91 
3．矩阵键盘的识别方法 92 
4．矩阵键盘识别程序 92 
5．主要程序讲解 92 
任务实施 96 
任务检查与评价 99 
任务小结 99 
任务拓展 99 
5.2 任务2 实现电子密码锁功能 99 
职业能力目标 99 
任务描述与要求 99 
任务分析与计划 100 
知识储备 100 
1．加密算法简介 100 
2．74HC595 101 
3．主程序流程图（图5-2-4） 103 
4．关键程序分析 104 
任务实施 106 
任务检查与评价 110 
任务小结 110 
任务拓展 110 
项目六 电子日历 111 
引导案例 111 
6.1 任务1 单片机串口发送数据 112 
职业能力目标 112 
任务描述与要求 112 
任务分析与计划 112 
知识储备 113 
1．并行通信和串行通信 113 
2．异步串行通信和同步串行通信 113 
3．串行通信标准接口 114 
4．单片机串口的内部结构 115 
5．单片机串口的控制 116 
6．波特率的计算 118 
7．定时器的初值和重装值 118 
8．串口助手的使用 119 
9．主要程序讲解 119 
10．主程序流程图（图6-1-10） 120 
任务实施 121 
任务检查与评价 122 
任务小结 122 
任务拓展 123 
6.2 任务2 单片机串口接收数据 123 
职业能力目标 123 
任务描述与要求 123 
任务分析与计划 123 
知识储备 124 
1．程序讲解 124 
2．程序流程图（图6-2-1） 125 
任务实施 125 
任务检查与评价 128 
任务小结 129 
任务拓展 129 
6.3 任务3 通过RTC实现电子日历功能 129 
职业能力目标 129 
任务描述与要求 129 
任务分析与计划 129 
知识储备 130 
1．RTC简介 130 
2．PCF8563简介 130 
3．PCF8563引脚说明 130 
4．PCF8563功能描述 131 
5．PCF8563的寄存器 131 
6．PCF8563的硬件电路 134 
7．I2C总线介绍 134 
8．I2C总线硬件结构 135 
9．I2C总线规程 135 
10．RTC与计算机的通信 137 
11．程序流程图 137 
12．主要程序讲解 137 
任务实施 139 
任务检查与评价 140 
任务小结 141 
任务拓展 141 
项目七 简易电子秤 142 
引导案例 142 
7.1 任务1 通过单片机实现A/D采集功能 143 
职业能力目标 143 
任务描述与要求 143 
任务分析与计划 143 
知识储备 144 
1．电阻应变片 144 
2．电阻应变式传感器 144 
3．电阻应变式传感器的测量电路 145 
4．模拟量与数字量 145 
5．A/D转换原理 145 
6．A/D转换器的主要性能指标 146 
7．PCF8591 146 
8．PCF8591的寄存器 147 
9．PCF8591的总线协议 148 
10．PCF8591的硬件电路 148 
11．PCF8591与计算机的通信 149 
12．称重传感模块 150 
13．主要代码讲解 151 
任务实施 154 
任务检查与评价 158 
任务小结 158 
任务拓展 158 
7.2 任务2 实现简易电子秤功能 158 
职业能力目标 158 
任务描述与要求 159 
任务分析与计划 159 
知识储备 159 
1．简易电子秤系统设计框图 159 
2．简易电子秤功能简介 160 
3．流程图 160 
4．代码讲解 161 
任务实施 163 
任务检查与评价 167 
任务小结 167 
任务拓展 167 
项目八 电梯安全检测装置 168 
引导案例 168 
8.1 任务1 实现红外、位移传感器的采集功能 169 
职业能力目标 169 
任务描述与要求 169 
任务分析与计划 170 
知识储备 170 
1．红外传感器 170 
2．位移传感器 170 
3．红外传感模块 171 
4．位移传感模块 171 
5．主函数流程图 172 
6．程序讲解 172 
任务实施 174 
任务检查与评价 176 
任务小结 176 
任务拓展 176 
8.2 任务2 实现电梯安全检测功能 176 
职业能力目标 176 
任务描述与要求 176 
任务分析与计划 177 
知识储备 177 
1．电梯安全检测所用传感器 177 
2．主函数流程图（图8-2-2） 178 
3．程序讲解 179 
任务实施 179 
任务检查与评价 181 
任务小结 181 
任务拓展 181 
项目九 智能廊灯 182 
引导案例 182 
9.1 任务1 A/D和D/A转换的数据采集 183 
职业能力目标 183 
任务描述与要求 183 
任务分析与计划 183 
知识储备 184 
1．D/A转换 184 
2．PCF8591 184 
3．D/A转换的主要指标 185 
4．主函数流程图（图9-1-4） 185 
5．程序讲解 186 
任务实施 186 
任务检查与评价 188 
任务小结 188 
任务拓展 188 
9.2 任务2 实现智能廊灯功能 188 
职业能力目标 188 
任务描述与要求 188 
任务分析与计划 188 
知识储备 189 
1．单片机应用系统的开发流程 189 
2．智能廊灯系统框图 191 
3．主函数流程图 191 
任务实施 192 
任务检查与评价 192 
任务小结 193 
任务拓展 193 
项目十 智能家居环境监测系统 194 
引导案例 194 
10.1 任务1 温度、气体传感器数据采集 195 
职业能力目标 195 
任务描述与要求 195 
任务分析与计划 196 
知识储备 196 
1．热电传感技术简介 196 
2．MF52型热敏电阻 196 
3．温度传感器 197 
4．气体传感器 197 
5．温度/光照传感模块 197 
6．系统组成 198 
7．主要程序 199 
8．流程图 199 
任务实施 200 
任务检查与评价 201 
任务小结 201 
任务拓展

本书为传感网应用开发职业技能等级证书的书证融通教材，聚焦技能型紧缺人才培养目标，以职业岗位的典型工作过程为导向，将教学内容与职业能力相对接、单元项目与工作任务相对接，选用STC15W单片机，通过声控台灯、电子门铃、简易计时器、数显式电子表、电子密码锁、电子日历、电子秤、电梯安全检测装置、智能廊灯、智能家居环境监测系统10个项目驱动学生“做中学”，习得岗位职业能力，快速提升学生单片机专业技能。本书内容丰富，文字通俗易懂，讲解深入浅出，适合作为中等职业院校电子信息类专业单片机应用课程教材，也可作为相关领域的科技工作者和工程技术人员的参考书。

周忠强，高级讲师，任教于武汉市仪表电子学校，负责物联网专业方向、实训室建设，负责物联网、C语言、传感网等课程的授课任务，承担了全国职业院校技能大赛智能家居、物联网等赛项的选手培训工作。