【现货速发】单片机控制技术与应用（第2版）

前言

本教材版是全国机械职业教育教学指导委员会新能源装备技术专业指导委员会组织的《新能源系列教材》之一,是2011年全国职业院校技能大赛光伏发电系统安装与调试项目和2012年全国职业院校技能大赛风光互补发电系统安装与调试项目的理论课程配套教材,在国内相关专业产生了较大影响。教材出版后已使用了若干轮,教师和学生提出了一些问题,根据“十二五”职业教育国家规划教材选题修订建议书的要求,保持与行业单片机控制技术同步发展,现对《单片机控制技术与应用》教材进行修订,主要在内容上加入了单片机逆变技术内容,体现单片机控制与新能源技术结合的特性,控制系统的boost电路单片机控制是目前应用比较广的控制方案,修订过程中加入了软件、硬件内容。

“单片机控制技术”是新能源相关专业、机电一体化专业、电气自动化专业的专业基础课程,特别是新能源等相关专业的核心课程。本教材从基础的单片机51系列入手,与电工基础、电工电子技术、电力电子技术等前序课程紧密结合,系统介绍了单片机控制系统的知识。本教材遵循以工作任务(项目)为导向的教学方法,每个学习情境都设有若干个具体工作任务,通过这些任务的完成,使学生对单片机有总体的了解,也可增强学生的学习兴趣。希望通过本教材的学习,学生能够对单片机技术的应用建立清晰的认知,掌握其实用技术,具备在实践中进一步应用的能力。

“单片机控制技术”是新能源类专业教育教学资源库18门核心课程之一,是新能源类专业基础课程中应用比较广、涵盖专业知识面比较宽的课程。本教材采用手机APP二维码调用资源库中的视频、微课等内容,充分满足学生、教师、企业人员、社会学习者时时、处处学习的需求。教学课件可从化学工业出版社教学资源网www.cipedu.com.cn免费下载。

本教材借鉴国内外计算机科学与技术学科和计算机基础课程体系的研究成果,努力反映计算机科学技术的成果和发展趋势,强调理论与实践紧密结合,注重能力和综合素质的培养,通过实例讲解原理和方法,引导学生掌握理论方法的实际运用。

《单片机控制技术与应用》编写组的全体成员感谢天津市单片机协会给予的大力支持,为本书编写提供了大量的资料和实例,并感谢化学工业出版社的鼎力支持。

本书可以作为职业院校机电一体化、电气自动化、新能源等相关专业的教材及参考书,并对光电子、电气自动化、机电等相关领域有一定的参考价值。

本教材由天津轻工职业技术学院刘靖、李云梅任主编,刘靖负责全书规划及统稿等工作,李娜、刘靖完成学习情境一、二的编写,周树青、刘靖完成学习情境三、四的编写,翟永珺、李云梅完成学习情境五、六的编写,张润华、李云梅完成学习情境七的编写,刘靖、李云梅完成学习情境八、十的编写,刘晓英、李云梅完成学习情境九的编写,王春媚完成学习情境十一的编写并制作了全书的二维码。李云梅、孟秩颖完成部分审校和修改工作。

虽经过修订,但是限于编者水平所限,书中定有不少疏漏,恳请广大读者不吝赐教。

《单片机控制技术与应用》编写组

2017年4月

版前言

“单片机控制技术”是机电一体化、电气自动化、新能源等相关专业的专业基础课程。本书从基础的单片机51系列入手,与电工基础、电工电子技术、电力电子技术等前序课程紧密结合,系统地介绍了单片机控制系统的知识。本书遵循以工作任务(项目)为导向的教学方法,每个学习情境都设有若干个具体工作任务,通过这些任务的完成,使学生对单片机知识有总体的了解,也使学生增强了学习兴趣。通过本教材的学习,能够对单片机技术的应用建立清晰的认知,掌握其实用技术,具备在实践中进一步应用的能力。

本书借鉴国内外计算机科学与技术学科和计算机基础课程体系的研究成果,努力反映计算机科学技术的成果和发展趋势,强调理论与实践紧密结合,注重能力和综合素质的培养,通过实例讲解原理和方法,引导学生掌握理论方法的实际运用。

《单片机控制技术与应用》编写组的全体成员感谢天津市单片机协会给予的大力支持,为本书编写提供了大量的资料和实例,并感谢化学工业出版社的鼎力支持。

本书可以作为高职高专院校机电一体化、电气自动化、新能源等相关专业的教材及参考书,也可作为中职学校机电一体化、电气自动化、新能源等相关专业的教材及参考书,并对光电子、电气自动化、机电等相关领域的工程技术人员有一定的参考价值。

本书由刘靖、李云梅任主编,刘靖负责全书规划及统稿等工作,李娜完成情境一、二的编写,周树青、刘靖完成情境三、四的编写,翟永珺完成情境五、六的编写,张润华完成情境七的编写,刘靖完成情境八、十的编写,刘晓英完成情境九的编写,李云梅、孟秩颖完成部分审校和修改工作。

由于编者水平所限,书中定有不少疏漏和不当,恳请广大读者不吝赐教。

《单片机控制技术与应用》编写组

2012年6月

学习情境一  单片机的发展和应用领域 1

1.1 初识单片机 1

1.1.1 什么是单片机 1

1.1.2 单片机发展历史与高速SOC单片机C8051F 2

1.1.3 Cygnal C8051F系列单片机特点 2

1.1.4 有关C8051系列CPU 3

1.2 单片机介绍 4

1.2.1 MCS-51单片机基本功能介绍 5

1.2.2 CIP-51单片机基本功能介绍 5

1.3 单片机学习相关知识 7

1.3.1 数制和编码 7

1.3.2 逻辑运算 9

1.3.3 真值与机器数 9

1.3.4 原码、反码、补码 9

1.3.5 BCD码 10

1.3.6 常用逻辑元件及功率输出元件 11

思考题 15

学习情境二  单片机内部结构 16

2.1 MCS-51单片机基本组成及引脚功能 16

2.1.1 单片机的基本组成 16

2.1.2 单片机的引脚及其功能 17

2.1.3 MCS-51单片机的存储器 19

2.2 CIP-51单片机基本功能介绍 26

2.3 单片机复位 27

2.3.1 通电复位 28

2.3.2 断电复位 28

2.3.3 外部复位 29

2.3.4 软件强制复位 29

2.3.5 时钟丢失检测器复位 29

2.3.6 比较器0复位 29

2.3.7 外部CNVSTR引脚复位 30

2.3.8 看门狗定时器复位 30

思考题 31

学习情境三  单片机指令系统 32

3.1 指令 32

3.2 程序设计语言 32

3.3 Cygnal(80C51)单片机指令 33

3.4 汇编语言的特点 37

3.5 汇编指令的格式 37

3.6 指令系统符号的意义 38

3.7 寻址方式 38

3.8 Cygnal系列单片机指令 39

3.8.1 数据传送和交换类指令 39

3.8.2 算术操作类指令(24) 42

3.8.3 逻辑运算指令 45

3.8.4 控制转移类指令 46

3.8.5 位操作指令 48

思考题 49

学习情境四  实现交通灯自动控制 53

4.1 汇编语言程序设计概述 53

4.2 伪指令 54

4.3 单片机汇编语言程序的基本结构形式 54

4.4 Cygnal单片机汇编语言程序设计举例 60

思考题 67

学习情境五  在电机控制中应用中断 68

5.1 中断系统的概述 68

5.1.1 中断原理介绍 68

5.1.2 使用中断的好处 69

5.2 单片机中断系统结构 70

5.2.1 中断源 70

5.2.2 中断控制系统中的特殊功能寄存器(SFR) 71

5.3 中断响应 74

5.3.1 中断响应条件 74

5.3.2 中断响应过程 74

5.3.3 中断响应时间 74

5.4 外部中断方式的选择 75

5.4.1 电平触发方式 75

5.4.2 脉冲触发方式 75

5.5 中断程序设计 75

5.5.1 中断初始化程序 75

5.5.2 中断服务程序 76

思考题 77

学习情境六  电机转速控制与定时器/计数器 79

6.1 定时器/计数器工作原理及结构 79

6.1.1 定时器/计数器结构 80

6.1.2 定时器/计数器控制寄存器 81

6.2 定时器/计数器工作方式 82

6.2.1 方式0:13位定时器/计数器 82

6.2.2 方式1:16位定时器/计数器 83

6.2.3 方式2:8位自动重装载的定时器/计数器 83

6.2.4 方式3:两个8位定时器/计数器(仅定时器0) 84

6.2.5 定时器/计数器的定时/计数范围 85

6.3 单片机定时器/计数器的应用 85

6.3.1 定时器/计数器的编程和使用方法 85

6.3.2 定时器/计数器的应用实例 86

6.4 门控位的应用 90

思考题 92

学习情境七  模拟量输入与实时控制输出 94

7.1 模拟量与数字量概述 94

7.2 A/D转换原理 95

7.3 A/D转换器及参数指标 96

7.4 典型A/D转换器芯片ADC0809 99

7.4.1 ADC0809的内部结构及工作原理 99

7.4.2 ADC0809典型应用 101

7.4.3 应用举例 103

7.5 D/A 转换接口电路 106

7.5.1 D/A 转换器的技术性能指标 106

7.5.2 典型D/A 转换器芯片DAC0832 107

学习情境八  PWM波输出 109

8.1 PWM波的产生原理 110

8.2 PWM波变频控制原理 111

8.2.1 PWM脉宽调制基本知识 111

8.2.2 软件产生PWM波的调速原理 112

8.2.3 实现任务的软件方式之一 112

8.3 Cygnal可编程计数器阵列 115

8.4 Cygnal的PCA计数器/定时器 115

8.5 Cygnal的捕捉/比较模块 117

8.5.1 边沿触发的捕捉方式 118

8.5.2 软件定时器(比较)方式 118

8.5.3 高速输出方式 119

8.5.4 频率输出方式 120

8.5.5 8位脉宽调制器方式 121

8.5.6 16位脉宽调制器方式 121

8.6 PCA0寄存器说明 122

思考题 125

学习情境九  串行外设通信SPI0与UART 126

9.1 串行通信基础知识 126

9.2 MCS-51单片机串行口结构及工作方式 128

9.3 串行口的应用 132

9.4 串行外设接口总线(SPI0) 138

9.4.1 信号说明 138

9.4.2 SPI0操作 139

9.4.3 串行时钟时序 141

9.4.4 SPI特殊功能寄存器 141

9.5 UART0 144

9.5.1 UART0工作方式 144

9.5.2 多机通信 148

9.5.3 帧错误和传输错误检测 149

9.5.4 UART0特殊功能寄存器 150

思考题 151

学习情境十  集成开发环境 153

10.1 系列单片机下载使用 153

10.1.1 ByteBlaster下载线电路 153

10.1.2 AT89S系列的ISP方法 153

10.2 AVR系列的ISP方法 155

10.3 工具箱 156

10.4 硬件连接 156

10.5 软件安装 156

10.6 Silabs集成开发环境 157

10.6.1 系统要求 157

10.6.2 汇编程序和连接程序 157

10.6.3 评估版C51C编译器 157

10.6.4 在SilabsIDE上使用Keil8051软件工具 157

10.6.5 源程序实例 158

10.6.6 寄存器定义文件(头文件) 158

10.7 目标板 158

10.7.1 系统时钟源 158

10.7.2 按键和发光二极管 159

10.7.3 串口J5 159

10.7.4 模拟输入输出口J11和J20 159

10.7.5 外扩I/O连接器(J24) 160

10.7.6 电源检测器禁止跳线器J23 161

10.7.7 目标板JTAG接口J4 161

10.7.8 I/O 接口连接器(J12～J19) 161

10.7.9 VREF连接器(J22) 162

10.8 串行适配器 162

10.9 U-EC5操作指南 162

10.9.1 U-EC5调试适配器操作说明 163

10.9.2 应用专用软件(U-EC5中文编程软件)快速烧录C8051FMCU操作说明 167

10.10 在5V系统中应用3.3V Cygnal单片机解决方案 171

10.10.1 电源选择 171

10.10.2 用5V输出驱动3V输入 172

10.10.3 用3V输出驱动5V输入 172

学习情境十一  单片机知识扩展 174

11.1 嵌入式系统 174

11.2 ARM 开发基础知识 174

11.2.1 ARM简介 174

11.2.2 ARM微处理器特点 175

11.2.3 ARM应用领域 175

11.2.4 ARM内核 175

11.2.5 开发工具 176

11.2.6 开发流程 178

11.3 DSP基础知识 179

11.3.1 DSP芯片 179

11.3.2 DSP系统的运算量 180

11.3.3 DSP系统的特点 181

11.3.4 DSP芯片的应用 181

参考文献 182