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单片机应用技术/基于C51和Proteus的项目设计与仿真

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丛书名：高等院校电子信息应用型规划教材

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    本书以Proteus ISIS现代电子系统仿真技术为平台, 通过构建系统原型实现硬件与软件的协同仿真。全书共15章, 系统地介绍MCS-51系列单片机的硬件结构、Keil uVision 4、Proteus仿真软件、C51语言基础与程序设计、定时与中断系统、显示、键盘、转换器、串行通信、电机等接口技术。

单片机(又称为微控制器)是一种面向控制的大规模集成电路芯片。目前，单片机技术的应用已经渗透到现代国防、工业自动化、电子电气、通信及物联网等各个领域。在控制应用领域，51系列单片机形成了规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群，国内目前众多院校也大量以51单片机作为单片机应用技术课程的基本内容。随着嵌入式系统、片上系统等产品的开发，51单片机不断地以IP核的形式在以FPGA为基础的片上系统中被充分利用。由此可见，以单片机为核心设计的各种智能仪器仪表、工业检测控制、通信设备、信息处理、家用电器、汽车电子、机电一体化等方面得到了广泛应用并取得了巨大的成果。与此同时，单片机技术也是学习ZigBee技术开发、STM32和ARM嵌入式系统等高一层技术的基础。

1. 本书特色

(1) 强化基础、由浅入深

本书采用Keil软件和Proteus软件仿真平台，一是在Keil开发环境中，学习C51语言基本知识、编程语法；二是利用Proteus仿真平台，由浅入深地介绍C51程序结构、C51语言基本语句和C51程序设计等基础内容。通过这两个平台学习C51语言与全面掌握单片机的基础知识。

(2) 软硬结合、协同仿真

本书以MCS-51系列单片机为基础、Proteus ISIS仿真技术为学习平台，介绍单片机C51语言对单片机的硬件资源和外部设备进行控制，把书中的知识点、电路原理及应用内容转化为生动活泼、形象逼真的仿真映像，使抽象的原理变得形象化与可视化。硬件与软件相结合及协同仿真，能够更好地论述单片机系统电路设计原理和程序设计方法，避免传统教学中先理论后实践的脱节现象。

(3) 突出项目、工程理念

本书力求单片机系统规范化与项目化相结合，系统论述单片机工作原理的同时，突出了项目化的学习过程，强调具有开放性、实践性、职业性、仿真化和灵活应用的学习模式。全书提供了48个可仿真与执行、具有工程实际意义的应用项目，根据应用项目举一反三，快速掌握单片机相关的知识点，并且在整个单片机应用系统实际中，适应不同层次人员的需求。

(4) 内容丰富、涵盖专业

本书涵盖单片机应用技术的多个领域，内容较为丰富，对每项内容都详细介绍相关的背景知识、硬件知识、电路设计和C51程序设计思路。同时利用广东省精品资源共享课“单片机应用技术”教学网站http://202.192.72.40:8089和http://61.152.93.162:8024提供丰富的教学资源与自主学习平台，逐步帮助读者提高单片机应用技术的学习效率。另外，书中内容还包括了单片机各方面的教学模块，满足电子信息类、电气工程类、计算机应用技术类等工科专业以及从事该技术领域的用书需求。

2. 本书内容

第1章主要介绍微型计算机的基本概念、51系列单片机发展和单片机的应用领域。

第2章主要介绍MCS-51系列单片机的内部结构、存储器及I/O电路。

第3章主要介绍Keil Vision 4集成开发环境、Keil Vision 4的C51开发流程、C51的数据类型、C51的运算符、C51的表达式等。

第4章主要介绍Proteus ISIS仿真软件、Proteus电路设计基础、基于Proteus的设计实例等。

第5章主要介绍C51语言程序的基本结构、C51语言基本语句、C51的数组、C51的函数等。

第6章介绍单片机的定时器/计数器、基于Proteus的定时器/计数器项目设计与仿真。

第7章介绍单片机的中断系统、外部中断源的C51程序设计、定时中断源的C51程序设计、串行中断源的C51程序设计、外部中断源的扩展、基于Proteus中断系统项目设计与仿真。

第8章介绍LED显示器与接口技术、基于Proteus的LED显示器项目设计与仿真。

第9章介绍点阵LED结构及原理、基于Proteus的大屏幕显示器项目设计与仿真。

第10章介绍1602LCD液晶显示模块、基于Proteus的LCD显示器项目设计与仿真、128×64 LCD图形显示器接口技术、基于Proteus的12864LCD显示器项目设计与仿真。

第11章介绍独立式键盘接口技术、基于Proteus的独立式键盘项目设计与仿真、矩阵式键盘接口技术、基于Proteus的矩阵式键盘项目设计与仿真。

第12章介绍8位并行A/D转换器接口技术、8位串行A/D转换器接口技术、基于Proteus的A/D转换器项目设计与仿真。

第13章介绍D/A转换原理、DAC0832与单片机接口技术、基于Proteus的DAC0832电路项目设计与仿真。

第14章介绍通信的一般概念、MCS-51单片机串行通信接口、MCS-51单片机串行口的扩展应用、MCS-51单片机双机串行通信的应用、基于Proteus的单片机双机串行通信项目设计与仿真、MCS-51单片机多机串行通信的应用。

第15章介绍直流电动机控制技术、基于Proteus的直流电动机控制项目设计与仿真、步进电动机控制技术、基于Proteus的步进电动机控制项目设计与仿真。

本书结构紧凑，内容涉及较为全面，项目案例丰富，仿真结果准确可靠，但与实际应用电路或许存在一定的差异，特别是PC的运行速度与硬件运行速度有一定的差异，因此，在实际应用中还要进行适当的调试。由于编者的水平有限，书中难免有不足之处，恳请广大读者和同行提出宝贵意见，以使日后进一步改进。

3. 读者对象

（1）大学、高职高专及*、省级骨干教师等相关专业的培训班学员。

（2）单片机及电子设计大赛爱好者。

（3）电子工程技术及应用系统开发人员。

本书获得了广州市风标电子技术有限公司匡载华总经理在Proteus技术方面的大力支持与帮助，在此表示衷心的感谢。

编者

2017年2月

CHAPTER 1

第1章

单片机技术概述

单片机又称为微控制器(Micro Controller Unit，MCU)，是面对测控对象的嵌入式应用计算机系统。它的出现使计算机技术从通用型计算领域进入智能化的控制领域，并且在嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展与应用。本章首先介绍微型计算机的基本概念、组成及分类，然后介绍单片机技术的特点及常用的MCS51系列单片机类型，*后介绍单片机应用系统的设计方法和步骤。

1.1计算机系统分类简介

世界上*台计算机于1946年问世。半个多世纪以来，计算机技术取得了突飞猛进的发

展。计算机按照体系结构、性能、体积、应用领域等，分为大型计算机、中型计算机、小型计算机和微型计算机。计算机在数值计算、逻辑运算与推理、信息处理以及实际控制方面朝着高速海量运算的通用计算机系统发展，表现出非凡的能力，其典型产品为PC；而广泛渗透到制造工业、过程控制、通信、仪器仪表、交通、航空航天、军事装备、家电产品等领域的正是嵌入式计算机系统。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，主要表现在直接面向控制对象；嵌入到具体的应用系统中；现场可靠地运行；体积小，应用灵活；突出时序控制功能；以隐藏的形式嵌入在各种装置、产品和系统中。因此，将计算机技术分为通用计算机系统和嵌入式计算机系统（以下简称嵌入式系统）。

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术以及各个行业的具体应用

相结合的产物，也是不断创新的知识集成系统。嵌入式系统的核心部件有嵌入式微处理器(Embedded MicroProcessor Unit，EMPU)、嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP)、微控制器(MicroController Unit，MCU，通常称单片机)。顾名思义，单片机就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。它以某一种微处理器为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时器/计数器、看门狗、并行I/O接口、串行I/O接口、脉宽调制输出、A/D、D/A。微控制器的*大特点是单片化、体积大幅度减小，从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统工业的主流，以MCU为核心的嵌入式系统约占市场份额的70％。

本书以市场占有率较高的MCS51单片机(或称8051、51系列、8xx51单片机)为核心，介绍嵌入式系统设计的基本技术。

1.2微型计算机的基本概念

微型计算机(Micro Computer)简称微机，是计算机的一个重要分类。微型计算机不但具有计算快速、精确、程序控制等特点，而且还具有体积小、重量轻、功耗低、价格便宜等优点。个人计算机简称PC(Personal Computer)，是微型计算机中应用*为广泛的一种，也是近年来计算机领域中发展*快的一个分支。PC在性能和价格方面适合个人用户购买和使用，目前，它已经像普通家电一样深入到家庭和社会生活的各个方面。

1.2.1微型计算机系统的基本结构

微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。如果把运算器与控制器集成在一个芯片上，则该芯片称为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，是微机的核心部件。CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出(Input/Output，I/O)接口电路以及外部设备即构成微机的硬件系统。

软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称。软件部分包括系统软件(如操作系统)和应用软件(如字处理软件)，人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的微机系统，典型微型计算机系统的组成如图11所示。

……

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