“十二五”期间,教育部、财政部启动了“职业院校教师素质提高计划本科专业职教师资培养资源开发项目”,其指导思想为:以推动教师专业化为引领,以高素质“双师型”师资培养为目标,完善职教师资本科培养标准及课程体系。
本教材是“职教师资本科电气工程及其自动化专业培养标准、培养方案、核心课程和特色教材开发项目”的成果之一,是根据电气工程及其自动化专业以及中等职业学校教师岗位的职业性和师范性特点,在现代教育理念指导下,经过广泛的国内外调研,吸取国内外近年来的研究与改革成果,充分考虑我国职业教育教师培养的现实条件、教师基本素养和专业教学能力,以职教师资人才成长规律与教育教学规律为主线,以中等职业学校“双师型”
教师职业生涯可持续发展的实际需求为培养目标,按照开发项目中“嵌入式应用技术”课程大纲,经过反复讨论编写而成的。
全书共分12个项目,包括:
项目1单片机控制LED项目2单片机控制数码管显示系统设计项目3基于定时器的精确定时应用项目4多功能数字钟的设计项目5蜂鸣器的发声控制项目6基于RS?232的串口通信接口设计项目7数据采集系统设计项目8点阵显示系统设计项目9基于单片机的数字马表设计项目10单点温度测量显示控制系统项目11基于MSP430单片机的交通灯控制系统设计项目12基于STM32单片机的交通灯控制系统设计本教材结合理论与实践一体化的开发思路,以工作过程系统化创新课程设计理念为导向,对教学内容进行知识的解构与重构,实现技能与知识的整合。在教学方法上,通过对不同任务中具体工作过程的系统化设计,对具体任务的重复性、递进性进行讨论,在重复中强化,在递进中学习,解决了工作中变与不变的问题,实现了行动与思维的跃迁。
参与本书编写工作的有:谭博学,负责策划、制定编写大纲,参与项目1和项目8的编写;万隆,负责教材中项目和任务的选题和制定,电路的设计、软件代码的编写以及项目2~项目4、项目9、项目12的编写,参与制定编写大纲;巴奉丽,负责查阅参考文献和文字·Ⅴ·整理工作,参与项目5、项目6的编写以及软件代码的编写与调试;李义明,负责软件代码的编写与调试工作,参与项目7、项目10的编写和任务制定;王勃,负责电路原理图的绘制工作,参与项目11的编写和任务制定;陈利平,参与部分项目和任务制定、软件代码的编写与调试工作;刘超,参与部分项目和任务制定、提供了相关素材以及文字整理工作;刘旭东,参与部分项目和任务制定、提供了相关素材以及文字整理工作。在项目评审过程中,专家指导委员会刘来泉(中国职业教育技术协会)、姜大源(教育部职业技术教育中心研究所)、沈希(浙江农林大学)、吴全全(教育部职业技术教育中心研究所教师资源研究室)、张元利(青岛科技大学)、韩亚兰(佛山市顺德区梁琚职业技术学校)、王继平(同济大学职业技术教育学院)对本教材的编写提出了最宝贵意见,在此表示最诚挚的敬意和感谢!
另外,教材编写过程中参考了相关资料和教材,在此向这些文献的原作者表示衷心感谢!
限于编写组理论水平和实践经验,书中不妥之处敬请广大读者批评指正。
编者
出版说明
前言
绪论 1
项目1 单片机控制LED 2
任务1 1 点亮一个LED 小灯 2
1. 1. 1 51 系列单片机的引脚及功能 4
1. 1. 2 时钟电路与时序 5
1. 1. 3 复位电路 6
1. 1. 4 工程建立和编译的基本步骤 7
1. 1. 5 P0 口的位电路结构及特点 11
1. 1. 6 控制端口的名称依据 12
1. 1. 7 端口的输出控制方式 16
1. 1. 8 关键的while (1) 17
任务1. 2 控制小灯的亮灭 17
1. 2. 1 软件延时之delay( ) 18
1. 2. 2 Keil 软件的调试方法及技巧 19
任务1. 3 经典的流水灯控制 25
任务1. 4 独立按键控制LED 的亮灭 28
1. 4. 1 端口的数据输入 29
1. 4. 2 按键的去抖动 30
任务1. 5 实战练习 30
项目2 单片机控制数码管显示系统
设计 31
任务2. 1 让数码显示0 31
2. 1. 1 数码管结构及显示原理 34
2. 1. 2 移位寄存器74HC595 35
2. 1. 3 段选和位选 36
任务2. 2 从0 ~ F 依次循环显示 36
任务2. 3 单个数码管依次轮流
显示0 ~7 39
任务2. 4 00 ~99 计数显示 41
任务2. 5 实战练习 44
项目3 基于定时器的精确定时应用 45
任务3. 1 10ms 定时 45
3. 1. 1 定时器/ 计数器的基本结构与
工作原理 46
3. 1. 2 与定时器/ 计数器配置相关的
TMOD、TCON 47
3. 1. 3 定时器/计数器的工作方式 48
3. 1. 4 确定定时器初值的方法 51
任务3. 2 1s 定时 52
3. 2. 1 实现1s 定时的方法 54
3. 2. 2 蜂鸣器基础知识 54
任务3. 3 实战练习 55
项目4 多功能数字钟的设计 56
任务4. 1 定时器中断方式下实现10ms
定时 56
4. 1. 1 中断执行的过程 57
4. 1. 2 EA、ET0 是什么 58
4. 1. 3 51 单片机的中断源 58
4. 1. 4 中断服务子程序的“声明” 59
任务4. 2 定时器中断方式实现1s 定时 59
任务4. 3 多功能数字钟的实现 61
任务4. 4 实战练习 68
项目5 蜂鸣器的发声控制 69
任务5. 1 蜂鸣器简单发声控制 69
5. 1. 1 什么是外部中断 71
5. 1. 2 外部中断的触发 71
5. 1. 3 什么是中断的嵌套 73
任务5. 2 蜂鸣器的多种频率发声控制 73
5. 2. 1 中断的优先级控制 75
5. 2. 2 中断的处理过程 76
任务5. 3 蜂鸣器的音乐演奏发声控制 77
项目6 基于RS?232 的串口通信接口
设计 81
任务6. 1 单片机将串行数据发送给PC 81
·Ⅶ
6. 1. 1 串行接口的基本结构 83
6. 1. 2 串行接口控制寄存器SCON 83
6. 1. 3 数据缓冲器SBUF 85
6. 1. 4 串行通信工作方式 85
6. 1. 5 波特率 88
任务6. 2 单片机串口接收PC发送的数据 89
任务6. 3 两个单片机之间的串行通信 92
项目7 数据采集系统设计 96
任务7. 1 带显示的数据采集系统设计 96
7. 1. 1 TLC549 的主要特性 100
7. 1. 2 内部结构和引脚 100
7. 1. 3 TLC549 的工作时序 101
任务7. 2 带上位机通信功能的数据采集
系统设计 101
任务7. 3 多功能数据采集系统设计 104
项目8 点阵显示系统设计 108
任务8. 1 点阵显示模块的应用 108
8. 1. 1 点阵的基础知识 112
8. 1. 2 点阵的电气特性及连线方法 113
任务8. 2 矩阵按键的应用 113
8. 2. 1 4 ×4 矩阵按键的扫描原理 117
8. 2. 2 键值识别的不同方法———
翻转法 117
任务8. 3 点阵显示矩阵按键键值 118
项目9 基于单片机的数字马表设计 125
任务9. 1 精确计时的马表设计 125
任务9. 2 带简单可控功能的马表设计 127
任务9. 3 串行EEPROM?AT24C02 的
读写操作 130
9. 3. 1 AT24C02 的基本特性和引脚
说明 134
9. 3. 2 I2C 总线协议简介 135
9. 3. 3 AT24C02 的具体操作 137
任务9. 4 带存储功能的马表设计 137
项目10 单点温度测量显示控制
系统 146
任务10. 1 简易温度测量系统设计 146
10. 1. 1 DS18B20 的引脚及内部结构 151
10. 1. 2 单总线的操作命令 153
10. 1. 3 单总线的通信协议及时序 155
任务10. 2 液晶显示模块 156
10. 2. 1 接口信号说明 160
10. 2. 2 操作时序说明 161
10. 2. 3 液晶模块指令格式和指令功能 162
10. 2. 4 液晶显示模块初始化过程 164
任务10. 3 基于液晶显示的温度测量控制
系统设计 165
项目11 基于MSP430 单片机的交通
灯控制系统设计 173
任务11. 1 简单的交通灯 173
11. 1. 1 MSP430 单片机特点及结构
原理 176
11. 1. 2 MSP430 时钟系统结构与原理 179
11. 1. 3 I/ O 口初始化及相关寄存器 181
任务11. 2 带计时显示的交通灯设计 183
11. 2. 1 MSP430 单片机的定时方式 188
11. 2. 2 MSP430 单片机定时器A 的
结构与原理 189
11. 2. 3 MSP430 单片机定时器A 的
寄存器 191
任务11. 3 实现交通灯的紧急情况处理 195
11. 3. 1 I/ O 口中断 198
11. 3. 2 低功耗模块 199
项目12 基于STM32 单片机的交通灯
控制系统设计 201
任务12. 1 简易红绿灯的设计 201
12. 1. 1 库函数介绍 205
12. 1. 2 和IO 口相关的寄存器 205
12. 1. 3 配置GPIO 寄存器口的输入
输出 210
任务12. 2 设计具有倒计时功能的
红绿灯 211
12. 2. 1 定时器介绍 219
12. 2. 2 通用定时器相关寄存器 220
12. 2. 3 定时器寄存器的配置 226
任务12. 3 设计等待时间可调的红绿灯 226
12. 3. 1 STM32 外部中断介绍 236
12. 3. 2 STM32 中断相关定时器 237
12. 3. 3 配置外部中断 240
附录 241
附录A 行动导向教学法概述 241
附录B 80C51 单片机指令表 246
附录C C 语言优先级及其结合性 248
附录D ASCII 码表 249
附录E 开发板电路图(见书后插页)
参考文献 250