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“单片机原理及应用”是电气信息类和机电类专业的必修课程，也是一门实践性很强的应用技术课程。本书从实际应用出发，将单片机的基本知识与基本原理、C51程序设计、μVision5集成开发环境、实验板和典型教学实例有机地结合在一起，体系完整，便于教学和自学。本书内容主要包括单片机概述、51系列单片机的内部硬件结构、指令系统与汇编语言程序设计、C51语言程序设计、单片机的中断和定时系统、串行通信、μVision5集成开发环境的使用和上机实验指导等内容。在此基础上，以国产STC8H系列单片机为例，详细介绍了扩展功能与接口技术；结合全国大学生电子设计竞赛、智能汽车竞赛和创新创业活动，介绍了单片机应用系统设计并给出典型实例。本书论述严谨、内容新颖、图文并茂、注重基本原理和基本概念的阐述、强调理论联系实际、突出应用技术和实践。本书可作为高等学校电气信息类和机电类专业本科学生的教材和教学参考书，也可作为从事单片机应用开发的工程技术人员的参考书。
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第1章单片机概述11.1单片机的概念11.2单片机的发展11.2.1单片机的发展趋势21.2.2常用单片机的分类21.3单片机的应用41.3.1单片机的主要特点41.3.2单片机的应用领域41.4单片机应用系统的开发51.4.1单片机应用系统的硬件构成51.4.2单片机应用系统的开发过程61.5单片机应用系统的开发调试模式71.5.1集成开发环境+仿真器+编程器的开发模式71.5.2集成开发环境+ISP/IAP的开发模式81.6本课程的性质和任务9习题9第2章51系列单片机的硬件结构112.1内部总体结构112.2引脚定义与功能142.3存储器配置172.3.1程序存储器172.3.2外部数据存储器192.3.3内部数据存储器192.3.4特殊功能寄存器212.4输入/输出接口222.4.1P0口222.4.2P1口242.4.3P2口242.4.4P3口242.5时钟电路与时序252.5.1时钟电路252.5.2单片机的时序单位262.6复位和复位电路262.7工作方式272.7.1程序执行方式282.7.2掉电保护方式282.7.380C51的低功耗方式28习题30第3章指令系统与汇编语言程序设计323.1指令概述323.1.1指令格式323.1.2指令中用到的标识符333.2寻址方式333.2.1立即寻址333.2.2直接寻址343.2.3寄存器寻址343.2.4寄存器间接寻址353.2.5变址寻址353.2.6相对寻址363.2.7位寻址363.3指令系统363.3.1指令系统概述363.3.2数据传送指令373.3.3算术运算指令403.3.4逻辑操作指令433.3.5控制转移指令443.3.6位操作指令463.4伪指令473.5汇编语言程序设计483.5.1编写汇编语言程序的基本格式493.5.2运算程序503.5.3数据的拼拆和转换513.5.4多分支转移程序523.5.5显示程序53习题55第4章C51语言程序设计584.1C51语言简介584.1.1C51程序结构584.1.2C51程序的编辑和编译604.2C51对C语言的扩展614.2.1特殊功能寄存器的定义614.2.2数据类型63〖1〗目录Ⅶ〖1〗Ⅷ新编单片机原理及应用第2版4.2.3数据存储空间的定义634.2.4地址访问654.2.5函数的使用664.2.6C51指针694.2.7库函数704.2.8关键字714.3C51使用技巧714.3.1C51与汇编程序接口714.3.2C51程序的优化754.4C51程序设计方法764.4.1C51程序设计的基本过程764.4.2问题分析774.4.3方案设计784.4.4编写代码794.4.5代码的调试和测试814.4.6C51程序设计范例81习题83第5章单片机的中断与定时系统855.1中断系统855.1.1中断的基本概念855.1.2中断源及中断请求865.1.3中断系统结构865.1.4中断控制865.1.5中断处理过程895.1.6中断系统的应用915.2定时器/计数器接口935.2.1定时器/计数器的主要特性935.2.2定时器/计数器T0、T1的结构935.2.3定时器/计数器的控制寄存器935.2.4定时器/计数器的工作方式955.2.5定时器/计数器的初始化编程及应用995.2.6定时器/计数器T21005.3中断及定时系统综合应用106习题107第6章单片机的串行接口及串行通信1106.1串行通信基础1106.1.1异步串行通信的字符格式1106.1.2异步串行通信的信号形式1116.1.3串行通信的数据通路形式1116.1.4串行通信的数据传输速率1116.2串行口的结构与工作原理1126.2.1串行口的结构1126.2.2串行口的工作原理1136.3串行口的控制寄存器1146.3.1串行控制寄存器1146.3.2电源控制寄存器1156.3.3中断允许寄存器1156.4单片机串行通信的工作方式1156.4.1串行口工作方式01166.4.2串行口工作方式11176.4.3串行口工作方式2和方式31216.5单片机串行通信接口技术1246.5.1常用的标准串行通信接口1246.5.2单片机串行通信接口1266.5.3单片机与PC通信接口1276.5.4单片机与计算机通信程序设计128习题132第7章STC8H系列单片机硬件结构1347.1总体结构1347.2选型表1377.3引脚定义与功能1377.4功能脚切换1387.4.1功能脚切换相关寄存器1387.4.2寄存器切换引脚功能位的定义1387.5存储器配置1407.5.1程序存储器1407.5.2数据存储器1407.5.3特殊功能寄存器1417.6输入/输出接口1417.6.1I/O口结构图1417.6.2I/O口配置1447.6.3I/O口相关寄存器1447.7时钟、复位与电源管理1457.7.1系统时钟控制1467.7.2内部IRC频率调整1477.7.3系统复位1487.7.4时钟停振/省电模式与系统电源管理1497.8IAP/EEPROM1507.8.1EEPROM相关的SFR1507.8.2EEPROM的大小及地址152习题153第8章STC8H系列的中断与定时系统1558.1中断系统1558.1.1STC8H系列中断列表1568.1.2中断相关寄存器1578.1.3中断允许控制寄存器1578.1.4中断请求寄存器1608.1.5中断优先级寄存器1638.2定时器/计数器接口1648.2.1定时器的相关寄存器1648.2.2定时器0/11648.2.3定时器21668.2.4定时器3/41668.2.5掉电唤醒定时器1678.3综合应用举例1688.3.1跑马灯程序1688.3.2电子钟程序1698.3.3方波信号发生器程序1708.3.4开关次数计数程序170习题171第9章单片机的接口扩展技术1739.1脉冲宽度调制技术1739.1.1脉冲宽度调制技术原理1739.1.2STC8H系列单片机的PWM寄存器1749.1.3PWM时基单元1959.1.4PWM时钟/触发控制器2039.1.5PWM捕获/比较通道2129.1.6PWM中断2269.2模拟量输入接口技术2269.2.1A/D转换原理2279.2.2STC8H系列单片机A/D接口原理2279.3模拟量输出接口技术2319.3.1D/A转换原理2319.3.2STC8H系列单片机PWM实现D/A输出2329.4综合应用举例2359.4.1带死区控制的PWM互补输出2359.4.2利用ADC第15通道测量外部电压或电池电压2359.4.3利用PWM实现16位DAC236习题237第10章单片机串行总线扩展技术23910.1SPI总线接口技术23910.1.1SPI总线原理24010.1.2SPI相关的寄存器24110.1.3SPI接口的数据通信方式24310.1.4SPI模块配置24410.1.5数据模式时序24610.2I2C总线接口技术24710.2.1I2C总线原理24810.2.2I2C协议24910.2.3STC8H系列单片机I2C接口原理25010.3综合应用举例25810.3.1SPI单主单从系统（中断方式）25810.3.2I2C主机模式访问PCF8563259习题259第11章项目一温度控制系统设计实例26111.1单片机应用系统的开发过程26111.2可行性分析的主要内容26111.3系统设计方案26211.3.1系统的主要功能与性能26211.3.2硬件结构设计26511.3.3软件结构设计26611.4系统调试26711.4.1调试工具26711.4.2硬件调试26811.4.3软件调试27011.4.4模拟调试27211.4.5现场调试27211.5温度控制系统设计27411.6本章小结278习题278〖1〗目录Ⅸ〖1〗Ⅹ新编单片机原理及应用第2版第12章项目二基于STC8H8K64的两轮自平衡车设计28012.1两轮自平衡车的基本构造28012.1.1两轮自平衡车的机体结构28012.1.2车模简介28012.1.3测速传感器的安装28112.1.4陀螺仪的安装28212.2两轮自平衡车的控制原理28212.2.1直立控制原理28312.2.2速度控制原理28312.2.3转向控制原理28412.3两轮自平衡车硬件电路设计28412.3.1控制核心板介绍28412.3.2电源单元28512.3.3角度检测单元28612.3.4车速检测单元28712.3.5直流电机驱动单元28812.4两轮自平衡车控制软件设计28912.4.1系统初始化29012.4.2车模角度和角速度的测量29112.4.3控制策略及控制算法29212.5平衡车系统调试29612.5.1硬件调试29612.5.2软件调试29612.5.3整车调试297习题300第13章项目三智能汽车竞赛电磁车实例30113.1电磁车路径检测系统设计30113.1.1磁场检测方法30113.1.2传感器模块设计30213.1.3信号调理电路30313.1.4检测系统设计与调试30313.2电磁车电机控制系统设计30513.2.1机电传动系统30513.2.2电机驱动电路原理30713.2.3电机驱动电路设计30913.2.4电机转速测量方法31513.3智能车控制策略31813.3.1传感器布局设计31813.3.2转向控制策略32013.3.3速度控制策略32113.4寻线行驶算法实现32213.4.1定位算法32213.4.2基于位置式PID的方向控制32313.4.3基于增量式PID的速度控制32413.4.4弯道策略分析32413.4.5转向舵机的PID控制算法32613.4.6驱动电机的PID控制算法32713.5电磁车系统调试327习题330第14章μVision5集成开发环境的使用33114.1μVision5简介33114.1.1μVision5软件的下载33114.1.2μVision5软件的安装33214.1.3μVision5软件工具的界面33514.2使用μVision5创建自己的应用34114.2.1添加STC系列单片机数据库34114.2.2启动μVision5并创建一个项目34314.2.3新建一个源文件34614.2.4为目标设置工具选项34714.2.5编译项目并生成HEX文件34814.3使用μVision5调试应用程序34914.3.1调试模式的设置35014.3.2启动调试模式35114.3.3常用调试窗口35214.3.4片上资源的仿真35414.3.5运行调试图标35614.4调试技巧35614.4.1KeilC51与MDK共存35714.4.2自定义快捷键35714.4.3文本编辑相关设置35714.4.4代码格式化工具358习题360第15章单片机实验指导36115.1STC8H实验板使用说明36115.1.1STC8H实验板外观图36115.1.2STC8H实验板元器件分布图36115.1.3STC8H实验板元器件36115.2实验辅助软件介绍36315.2.1在系统编程软件的使用36315.2.2stc-isp-15xx-v6.87H串口助手的使用36315.3实验指导36515.3.1实验一使用μVision设计、调试汇编语言程序36515.3.2实验二使用μVision设计、调试C51语言程序36715.3.3实验三跑马灯实验36815.3.4实验四单片机定时器/计数器的应用编程与调试36915.3.5实验五七段数码管电子钟显示实验37015.3.6实验六单片机外部中断实验37115.3.7实验七矩阵键盘实验37115.3.8实验八串行通信实验37315.3.9实验九利用ADC第15通道测量外部电压或电池电压37515.3.10实验十PWM模块的应用编程与调试376参考文献377
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单片机具有体积小、价格低、可靠性高和使用灵活方便的特点，其在各行各业中得到了广泛的应用。随着社会经济的发展，用人单位对大学生就业的要求越来越高，如何通过教学过程使学生掌握单项成套应用技术就显得非常重要。编写本书的目的就是期望通过对本课程的学习，学生能够逐步从单片机入门提高到基本能熟练应用，进而掌握单片机应用的成套技术。为实现此目的，作者根据多年从事本科生教学及相关科研工作的实践经验，在征求相关专业教师、高年级学生和单片机应用专业技术人员意见的基础上，结合使用单片机教学实验箱、教学实验板和单片机多功能应用板的应用情况，总结本书第1版使用的经验和不足，确定采用STC公司制作的教学实验盒、基本实验样例，为本书编写做好基本的准备工作。例题从易到难是本书的一大特点。学习过单片机的同学普遍反映能看懂别人编写的程序，但自己编很难，尤其是较大的程序。对于实际应用来说，这也是一大问题。它要求编写教材不仅要例题多，还要精选例题并且要让学生了解编程思路。本书在编写时，对例题求解过程进行了详细的分析和比较，便于学生自学和掌握分析思路；并按照章节的顺序，逐步加大例题的难度，直至接近应用。掌握基本知识和基本原理至关重要。本书第1~3章在简要介绍单片机应用的基础上，重点介绍单片机的工作原理和汇编语言程序设计。单片机实际应用系统软件设计目前大多采用C语言编程，第4章介绍C51语言程序设计，为后续章节学习使用C51语言编写程序提供了基础知识的准备。第5章介绍单片机的中断和定时系统。第6章介绍串行通信接口。单片机教学重在实践，第14章介绍μVision5集成开发环境的应用。第15章介绍上机实验指导。通过这8章的学习，学生应能根据应用系统的不同，掌握单片机的内部资源及其应用，并能完成实验调试。单片机功能强大。初学者从易开始都难学懂，这也是先介绍51系列单片机的原因。第7~10章介绍以51系列单片机为内核的STC8H系列单片机的资源。学生熟悉各接口的功能和应用场景后，掌握其SFR的应用并不难。有效克服了死记硬背和单片机资源过多使人望而生畏的缺点，为学生掌握高端单片机并应用于实际产品开发打下坚实的基础。从工程实践出发，结合实际应用案例是本书的又一大特点。第11~13章结合电子设计竞赛和智能汽车竞赛介绍了3个典型案例，为学生在校开展创新创业等科技活动提供了范例。本书由汪贵平、龚贤武、雷旭、朱进玉和李立共同编写。汪贵平负责第2版的总体框架和组织，并完成第1章的编写工作，龚贤武编写第2、6、12、15章，雷旭编写第4、9、10、13章，朱进玉编写第3、11、14章，李立编写第5、7、8章。STC公司姚永平先生提供了大量的实用资料。在编写过程中，编者得到了作者单位（长安大学）的支持和同事的帮助。在此对他们和参考文献作者一并表示诚挚的感谢。书稿虽经反复讨论和修改，但由于作者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，敬请大家批评指正。意见和建议请发邮件至gpwang@chdeducn 或xwgong@chdeducn。
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