51单片机应用开发典型范例:基于Proteus仿真.pdf

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书籍描述

编辑推荐
本书特色:
1、功能模块众多:涵盖单片机使用的各个应用场合,每个功能模块中详细讲解了该模块的应用场合、工作原理、实现该模块的主要元器件,并且给出了该模块的原理图和完整程序代码。
2、实例讲解翔实:选用常见的实例作为讲解对象,每个实例中分析了常见设计思路的优劣,介绍了主要元器件的使用方法,给出了完整的硬件和软件设计,只要稍作修改就可应用于实际项目中。
3、设计得到仿真验证:本书绝大多数功能模块和实例都进行了Proteus仿真验证,并将仿真过程穿插于内容讲解中,既提高了设计的正确性,也为读者设计实际系统提供了验证设计思路的方法。
4、配书光盘内容丰富:包含本书技术和案例的多媒体教学文件,以及所有章节案例的源文件和素材文件,便于读者学习。

作者简介
刘波:男,中南大学自动化研究生毕业,硬件工程师,具备丰富的单片机开发经验及培训指导经验,写作风格翔实、细致,指导性强。

目录
第1章51单片机开发基础(1)
1.151单片机的硬件基础(1)
1.1.151单片机概述(1)
1.1.2引脚说明(2)
1.1.3CPU(4)
1.1.4存储器结构(6)
1.1.5I/O端口(9)
1.1.6定时器/计数器(10)
1.1.7串行口(14)
1.1.8中断系统(15)
1.251单片机指令系统(18)
1.2.1指令寻址方式(19)
1.2.2指令分类介绍(21)
第2章单片机开发相关软件使用(26)
2.1KeilC51软件使用(26)
2.1.1KeilC51开发系统基础知识(26)
2.1.2Keil工作环境介绍(31)
2.1.3KeilC51使用方法(32)
2.2Protel软件使用(38)
2.2.1Protel绘制电路图步骤(38)
2.2.2Protel绘制电路原理图(39)
2.2.3PCB图的绘制(54)
2.3Proteus软件使用(62)
2.3.1Proteus基本操作(63)
2.3.2Proteus仿真(67)
第3章单片机实现LED灯显示(69)
3.1实例功能说明(69)
3.2设计思路分析(69)
3.2.1LED灯工作原理(69)
3.2.2单片机如何驱动LED灯(70)
3.2.3单片机最小系统(72)
3.3硬件电路设计(73)
3.3.1主要元器件(73)
3.3.2电路原理图及说明(73)
3.3.3Proteus仿真模型建立(73)
3.4程序设计(75)
3.4.1实例3.1(75)
3.4.2实例3.2(76)
3.5本章小结(81)
第4章单片机实现七段数码管显示(82)
4.1实例说明(82)
4.2设计思路分析(82)
4.2.1数码管显示原理(82)
4.2.2如何驱动七段数码管(84)
4.3硬件电路设计(85)
4.3.1主要器件(85)
4.3.2电路原理图及说明(85)
4.3.3Proteus仿真模型建立(87)
4.4程序设计(88)
4.4.1数码管的静态显示(88)
4.4.2数码管的动态显示(89)
4.5本章小结(94)
第5章单片机实现LCD液晶显示(95)
5.1实例说明(95)
5.2设计思路分析(95)
5.2.1液晶显示模块(95)
5.2.2液晶显示工作原理(97)
5.3硬件电路设计(102)
5.3.1主要器件(102)
5.3.2电路原理图及说明(103)
5.4软件设计(103)
5.4.1液晶驱动控制器指令集(103)
5.4.2程序说明(105)
5.5本章小结(108)
第6章基于LCD液晶的图标菜单设计(109)
6.1实例说明(109)
6.2设计思路分析(109)
6.2.1基于KS0108控制器的12864液晶屏使用(109)
6.2.2图标菜单显示原理(118)
6.3硬件设计(118)
6.3.1主要器件(118)
6.3.2原理图及说明(119)
6.3.3图标菜单Proteus仿真模型建立(119)
6.4软件设计(120)
6.4.1程序流程(120)
6.4.2程序说明(124)
6.5本章小结(134)
第7章单片机实现TFT彩屏图片显示(135)
7.1实例说明(135)
7.2设计思路分析(135)
7.2.1彩屏知识简介(135)
7.2.2TFT彩屏使用方法(136)
7.3硬件设计(143)
7.3.1主要器件(143)
7.3.2电路原理图及说明(143)
7.4软件设计(144)
7.4.1程序流程(144)
7.4.2程序说明(145)
7.5本章小结(147)
第8章单片机实现独立按键输入(148)
8.1实例说明(148)
8.2设计思路分析(148)
8.3硬件电路设计(149)
8.3.1主要器件(150)
8.3.2电路原理图及说明(150)
8.3.3Proteus仿真模型建立(150)
8.4软件设计(152)
8.4.1软件流程(152)
8.4.2程序说明(153)
8.5本章小结(156)
第9章单片机实现矩阵键盘输入(157)
9.1实例说明(157)
9.2设计思路分析(157)
9.3硬件电路设计(158)
9.3.1主要器件(158)
9.3.2电路原理图及说明(158)
9.3.3Proteus仿真模型建立(158)
9.4软件设计(161)
9.4.1程序流程(161)
9.4.2程序说明(162)
9.5本章小结(168)
第10章基于DS18B20的温度采集存储系统(169)
10.1实例说明(169)
10.2设计思路分析(169)
10.2.1系统的总体设计方案(169)
10.2.2DS18B20温度传感器使用介绍(170)
10.3硬件设计(176)
10.3.1主要器件(176)
10.3.2电路原理图及说明(176)
10.3.3温度采集存储系统的Proteus仿真模型(176)
10.4软件设计(179)
10.4.1软件流程图(179)
10.4.2程序说明(180)
10.5本章小结(187)
第11章单片机实现串口数据传输(188)
11.1实例说明(188)
11.2设计思路分析(188)
11.2.1串行通信(189)
11.2.2接口电平转换(191)
11.2.3单片机串行通信编程步骤(193)
11.3单片机和PC串口通信(194)
11.3.1硬件电路设计(194)
11.3.2单片机和PC串口通信Proteus仿真模型建立(194)
11.3.3软件设计(197)
11.4单片机的多机通信(199)
11.4.1硬件电路设计(200)
11.4.2多机通信仿真模型建立(201)
11.4.3软件设计(202)
11.5本章小结(207)
第12章单片机实现E2PROM读/写(209)
12.1实例说明(209)
12.2设计思路分析(209)
12.2.1ROM介绍(210)
12.2.2I2C总线介绍(211)
12.2.3AT24C02介绍(214)
12.3硬件设计(216)
12.3.1主要器件(216)
12.3.2电路原理图及说明(217)
12.3.3单片机实现E2PROM读/写的Proteus仿真模型(217)
12.4软件设计(218)
12.4.1程序流程(219)
12.4.2程序说明(220)
12.5本章小结(226)
第13章单片机实现继电器控制(227)
13.1实例说明(227)
13.2设计思路分析(227)
13.2.1继电器工作原理和选择(227)
13.2.2继电器的控制(229)
13.3硬件设计(231)
13.3.1主要元器件(231)
13.3.2硬件电路设计(231)
13.3.3继电器控制直流电动机仿真模型建立(232)
13.4软件设计(233)
13.4.1软件流程(233)
13.4.2程序说明(234)
13.5本章小结(236)
第14章基于ADC0809的模数转换(237)
14.1实例说明(237)
14.2设计思路分析(237)
14.2.1A/D转换原理(237)
14.2.2如何选择A/D转换器(243)
14.2.3A/D转换对电源电路的要求(244)
14.3硬件设计(244)
14.3.1主要器件(244)
14.3.2电路原理图及说明(248)
14.3.3ADC0809的Proteus仿真模型(248)
14.4软件设计(250)
14.4.1ADC0809的查询工作方式的实现(251)
14.4.2ADC0809中断方式的实现(254)
14.5本章小结(257)
第15章基于DAC0832的简易波形发生器(258)
15.1实例说明(258)
15.2设计思路分析(258)
15.2.1数模转换原理(258)
15.2.2如何选择DAC(262)
15.2.3D/A转换对电源电路的要求(262)
15.2.4DAC0832使用方法(263)
15.3硬件电路设计(266)
15.3.1主要器件(266)
15.3.2电路原理图及说明(267)
15.3.3DAC0832的Proteus仿真模型(268)
15.4软件设计(268)
15.4.1程序流程(268)
15.4.2程序说明(271)
15.5本章小结(277)
第16章步进电动机开环控制系统(278)
16.1实例说明(278)
16.2设计思路分析(278)
16.2.1步进电动机工作原理(278)
16.2.2步进电动机的控制(281)
16.2.3脉冲分配与驱动芯片的选择(282)
16.3硬件电路设计(287)
16.3.1主要器件(287)
16.3.2电路原理图及说明(287)
16.3.3步进电动机控制系统的Proteus仿真模型(287)
16.4软件设计(289)
16.4.1程序流程(289)
16.4.2程序说明(291)
16.5本章小结(295)
第17章直流伺服电动机控制系统(297)
17.1实例说明(297)
17.2设计思路分析(297)
17.2.1直流伺服电动机(297)
17.2.2舵机的控制(299)
17.2.3舵机驱动芯片的选择(299)
17.3硬件电路设计(299)
17.3.1主要器件(299)
17.3.2电路原理图及说明(299)
17.3.3直流伺服电动机Proteus仿真原理图(300)
17.4软件设计(301)
17.4.1软件流程(301)
17.4.2程序说明(302)
17.5本章小结(305)
第18章万年历设计(306)
18.1实例说明(306)
18.2设计思路分析(306)
18.2.1万年历的总体设计方案(307)
18.2.2LCM1602液晶显示模块使用方法(307)
18.2.3DS1302使用方法(311)
18.3硬件设计(316)
18.3.1主要器件(316)
18.3.2电路原理图及说明(317)
18.3.3万年历的Proteus仿真模型(317)
18.4软件设计(319)
18.4.1程序流程(319)
18.4.2程序说明(321)
18.5本章小结(332)
第19章基于NRF905的无线温度采集系统(333)
19.1实例说明(333)
19.2设计思路分析(333)
19.2.1短距离无线通信常用解决方案(334)
19.2.2NRF905使用方法(335)
19.3硬件电路设计(344)
19.3.1主要器件(344)
19.3.2电路原理图及说明(344)
19.4软件设计(346)
19.4.1软件流程(346)
19.4.2程序说明(348)
19.5本章小结(357)
第20章简易语音录放系统(358)
20.1实例说明(358)
20.2设计思路(358)
20.2.1简易语音录放系统总体设计方案(359)
20.2.2ISD4004语音芯片功能(360)
20.3硬件设计(363)
20.3.1主要器件(363)
20.3.2电路原理图及说明(364)
20.4软件设计(366)
20.4.1程序流程(366)
20.4.2程序说明(367)
20.5本章小结(373)
第21章基于数字电位器的数控电压源设计(374)
21.1实例说明(374)
21.2设计思路分析(374)
21.2.1数字电位器的工作原理(374)
21.2.2数字电位器的选取和控制(375)
21.2.3X9241应用方法介绍(377)
21.3硬件设计(380)
21.3.1主要器件(380)
21.3.2电路原理图及说明(381)
21.4软件设计(383)
21.4.1程序流程(383)
21.4.2程序说明(384)
21.5本章小结(389)
第22章交通灯设计(390)
22.1实例说明(390)
22.2设计思路分析(390)
22.2.1交通灯基本工作原理(390)
22.2.2单片机交通灯总体设计方案(393)
22.3硬件电路设计(393)
22.3.1主要器件(394)
22.3.2电路原理图及说明(394)
22.3.3交通灯Proteus仿真模型建立(395)
22.4软件设计(398)
22.4.1软件流程(398)
22.4.2程序说明(399)
22.5本章小结(406)
第23章抢答器设计(408)
23.1实例说明(408)
23.2设计思路分析(408)
23.2.1抢答器基本工作原理(409)
23.2.2抢答器总体设计方案(409)
23.3硬件电路设计(412)
23.3.1主要部件(412)
23.3.2电路原理图及说明(412)
23.4软件设计(416)
23.4.1软件流程(417)
23.4.2程序说明(418)
23.5本章小结(423)

序言
前 言
学习单片机的最终目的是将其应用于实际系统设计中。
鉴于目前大多数单片机书籍都是介绍理论知识较多,而实际开发项目的讲解较少,本书以实用为宗旨,以单片机的功能模块为起点,以每个模块的硬件、软件设计为主线,通过大量实例的介绍来达到理论联系实际的目的,让读者能迅速开发出实际的应用系统。
本书共23章,各章内容分述如下。
第1章讲解51系列单片机的硬件基础知识,包括单片机各个I/O口的介绍、寄存器的讲解及汇编指令介绍。
第2章讲解C51编程和常用单片机开发软件的使用方法,重点讲解Keil、Protel 99se、Proteus的应用。
第3章讲解单片机实现LED灯显示,介绍了LED灯的工作原理、驱动方法,并且结合具体的实例介绍了Keil中程序调试的方法。
第4章讲解单片机实现数码管的显示,介绍了七段数码管的工作原理,单片机的驱动方法,并且利用定时器中断设计了简单秒钟。
第5章讲解单片机实现LCD液晶显示,介绍了自带中文字库的12864液晶的使用方法,并且设计了在12864液晶中显示汉字诗歌的实例。
第6章讲解单片机设计图标菜单,介绍了不带中文字库的12864液晶的使用方法,并且给出了液晶显示点阵数据的获取方法,详细讲解了菜单的软件设计原理。
第7章讲解单片机实现TFT彩屏的使用,重点介绍了TFT彩屏的图片显示方法。
第8章和第9章分别讲解独立键盘和矩阵键盘的使用。
第10章讲解基于DS18B20的温度采集系统的设计,重点讲解DS18B20的使用方法,给出了温度采集系统的硬件和软件设计。
第11章讲解单片机的串口通信,重点讲解了串口通信的原理、单片机串口通信的电平转换、单片机和PC通信的实现,以及单片机多机通信的实现。
第12章讲解单片机实现E2PROM的读/写,重点讲解I2C总线的使用方法和AT24C02的使用方法。
第13章讲解单片机实现继电器的控制,重点讲解继电器的工作原理、单片机驱动继电器的方法、驱动三极管的选择,最后设计了继电器控制直流电动机系统。
第14章讲解A/D转换,重点讲解A/D转换的原理,以及常用的A/D转换芯片ADC0809的使用,介绍了ADC0809查询方法和中断读取转换结果的方法。
第15章讲解D/A转换,重点讲解D/A转换原理,DAC0832的使用,并且设计了基于DAC0832的简易波形发生器,给出了完善的硬件和软件设计。
第16章讲解步进电动机开环控制系统的设计,重点讲解了单片机如何控制步进电动机,包括脉冲的产生,脉冲的分配及驱动电路的设计。
第17章讲解单片机实现直流伺服电动机的控制,重点讲解了直流伺服电动机的重要种类——舵机的工作原理和控制方法。
第18章讲解万年历的设计,利用DS1302时钟芯片设计了参数可调节的万年历。
第19章讲解基于NRF905的无线温度采集系统设计,重点讲解了NRF905的使用方法、无线温度采集系统的硬件和软件设计。
第20章讲解基于ISD4004的简易语音录放系统设计,比较了常见语音录放设计思路的优劣,介绍了ISD4004的使用方法,给出了语音录音系统完整的硬件和软件设计过程。
第21章讲解基于数字电位器的数控电压源的设计,重点讲解数字电位器X9241的使用方法。
第22章讲解交通灯的设计,通过讲解交通灯设计中容易忽视的各种细节问题,让读者理会实际设计系统时全面考虑问题的重要性。
第23章讲解抢答器的设计,通过比较常见抢答器的设计方案优劣,提醒读者设计产品时应该有质疑精神和创新精神。
和其他类似书籍相比,本书具有以下几个特点。
(1)功能模块众多:本书讲解的功能模块涵盖单片机使用的各个应用场合,在每个功能模块中,详细讲解了该其应用场合、工作原理、实现该功能的主要元器件,并且给出了原理图和完整程序代码。
(2)实例讲解翔实:选用常见的实例作为讲解对象,在每个实例中,分析了常见设计思路的优劣,介绍了主要元器件的使用方法及完整的硬件、软件设计,读者只要稍作修改就可以应用于实际项目中。
(3)设计得到仿真验证:本书对绝大多数功能模块和实例都进行了Proteus仿真验证,并且将仿真过程穿插于内容讲解中,这样既提高了设计的正确性,也为读者设计实际系统提供了验证设计思路的方法,
本书讲解深入浅出,实例内容翔实,绝大多数模块、实例都有Proteus仿真验证,所有的模块和实例都有详细的硬件和软件设计。力求既能让单片机初学者快速入门,又能让中高级开发人员的基础得到进一步提升,非常适合各类高校自动控制、电气工程、自动化、机械电子专业的学生使用,同时也可供从事单片机系统开发的广大技术人员参考阅读。
本书主要由刘波编写,在编写过程中得到了父母、同事及朋友们的支持和鼓励,在此表示衷心的感谢!参与本书编写的还有张玉兰、李龙、魏勇、王华、李辉、刘峰、徐浩、李建国、马建军、唐爱华、苏小平、朱丽云、马淑娟、周毅等。
由于时间仓促,加之作者水平有限,虽多次修改,但书中纰漏之处在所难免,望读者批评指正,在此一并表示感谢。


编著者

文摘
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小贴士:取样、保持电路
当模拟信号变化较快时,其取样值Vs在脉冲变化期间会有明显的变化,如图14—3(c)所示,vs的顶部不平,这样就不能得到一个固定的取祥值进行量化,因此要利用图14—4所示的取样一保持电路对vi进行采样、保持。
在s(t)=1的取样时间内,使场效应管导通,电容C被迅速充电,由于电容C的充电时间常数远远小于取样时间,因此电容c的电压在取样时间内能跟随输入信号vi变化,因此vo=vi,而在s(t)=0的保持时间内,场效应管关断,由于电压跟随其输入阻抗很高,存储在C中的电荷很雄泄漏,因此在保持时间内,电容C上的电压vo保特为取样时间结束时的vi瞬时值,如图14—3(d)所示的波形。波形中的几个幅值不等的“平台”即是在每次取样时间结束时,电容C保持的在该次取样结束时vi的瞬时值,这几个“平台”对应的瞬时值才是后面要转换为数字量的职样值。
LF198就是常见的集成化取样一保持电路,其内部结构和典型接线如图14—5所示。
在14—5(a)中,S为模拟电子开关,L是开关的驱动电路,A1,A2为运算放大器,为提高运算放大器A2的输入阻抗,在其输入级使用了场效应管。
当取样脉冲输入端s(t)=1时,s接通,A1、A2组成电压跟随器,vo=vi,s(t)=0时,S断开,由于A2接成输入跟随器,并且输入级又有场效应管,输入阻抗极高,使得C上的电压保持不变,输出电压也保持不变。

内容简介
本书首先介绍了51系列单片机的硬件基础知识和相关开发软件的使用方法,然后以模块化的思想,从实际应用出发,详细讲解了51系列单片机常用功能模块的应用,主要包括LED灯显示、独立和矩阵键盘、数码管显示、LCD液晶显示、TFT彩屏显示、I2C总线芯片、语音、实时时钟,步进电动机、直流伺服电动机、串口通信等。在讲解中,穿插分享了作者多年学习使用单片机的心得,最后给出了一系列典型的单片机应用实例,包括万年历设计、交通灯设计、抢答器设计等。

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