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《电子工程师自学宝典

嵌入设计篇》介绍了单片机入门实战、数制与C51语言基础、51单片机编程软件的使用、LED的单片机驱动电路与编程、LED数码管的单片机驱动电路与编程、中断功能的使用与编程、定时器/计数器使用与编程、按键电路与编程、双色LED点阵的使用与编程、液晶显示屏的使用与编程、步进电动机的使用与编程、串行通信与编程、I 2 C总线通信与编程、A/D与D/A转换电路与编程、51单片机的硬件系统、电路绘图软件基础、电路原理图和图形的绘制、新元件及其封装的绘制与使用、手工设计印制电路板、自动设计印制电路板等内容。本书具有基础起点低、内容由浅入深、语言通俗易懂、结构安排符合学习认知规律的特点。

目 录

前言

第1章 单片机入门实战

1 1.1 单片机简介 1

1.1.1 什么是单片机 1

1.1.2 单片机应用系统的组成及实例说明 2

1.1.3 单片机的分类 3

1.2 单片机应用系统开发实战 4

1.2.1 选择单片机的型号 4

1.2.2 设计单片机电路原理图 4

1.2.3 制作单片机电路 5

1.2.4 用编程软件编写单片机控制程序 6

1.2.5 计算机、下载器和单片机的连接 9

1.2.6 用烧录软件将程序写入单片机 11

1.2.7 单片机电路的通电与测试 13

第2章 数制与C51语言基础 15

2.1 数制与数制的转换 15

2.1.1 十进制数 15

2.1.2 二进制数 15

2.1.3 十六进制数 16

2.1.4 二进制数与十进制数的转换 17

2.1.5 二进制数与十六进制数的转换 17

2.1.6 单片机中数的表示及运算 18

2.2 C51语言基础 19

2.2.1 常量 19

2.2.2 变量 20

2.2.3 运算符 21

2.2.4 关键字 23

2.2.5 数组 24

2.2.6 循环语句 26

2.2.7 选择语句 27

第3章 51单片机编程软件的使用 29

3.1 KeilC51软件的版本及获取 29

3.2 程序的编写与编译 29

3.2.1 启动KeilC51软件并新建工程文件 29

3.2.2 新建源程序文件并与工程进行关联 31

3.2.3 编写程序 32

3.2.4 编译程序 34

第4章 LED的单片机驱动电路与编程 36

4.1 LED介绍 36

4.1.1 外形与符号 36

4.1.2 性质 36

4.1.3 检测 37

4.1.4 限流电阻的计算 37

4.2 单片机点亮单个LED的电路与程序详解 38

4.2.1 单片机点亮单个LED的电路 38

4.2.2 采用位操作方式编程点亮单个LED的程序与说明 38 4.2.3 采用字节操作方式编程点亮单个LED的程序与说明 39 4.2.4 单个LED以固定频率闪烁发光的程序与说明 40 4.2.5 单个LED以不同频率闪烁发光的程序与说明 41

4.3 单片机点亮多个LED的电路与程序详解 42

4.3.1 单片机点亮多个LED的电路 42

4.3.2 采用位操作方式编程点亮多个LED的程序与说明 42 4.3.3 采用字节操作方式编程点亮多个LED的程序与说明 42 4.3.4 多个LED以不同频率闪烁发光的程序与说明 42 4.3.5 多个LED左移和右移的程序与说明 44

4.3.6 LED循环左移和右移的程序与说明 45

4.3.7 LED移动并闪烁发光的程序与说明 46

4.3.8 用查表方式控制LED多种形式发光的程序与说明 46 4.3.9 LED花样发光的程序与说明 47

4.4 采用PWM方式调节LED亮度的原理与程序详解 48

4.4.1 采用PWM方式调节LED亮度的原理 48

4.4.2 采用PWM方式调节LED亮度的程序与说明 49

第5章 LED数码管的单片机驱动电路与编程 50

5.1 单片机驱动一位LED数码管的电路与程序详解 50 5.1.1 一位LED数码管的外形、结构与检测 50

5.1.2 单片机连接一位LED数码管的电路 52

5.1.3 单个数码管静态显示一个字符的程序与说明 52 5.1.4 单个数码管动态显示多个字符的程序与说明 53 5.1.5 单个数码管环形转圈显示的程序与说明 53

5.1.6 单个数码管显示逻辑电平的程序与说明 53

5.2 单片机驱动8位LED数码管的电路与程序详解 54

5.2.1 多位LED数码管外形、结构与检测 54

5.2.2 单片机连接8位共阴极数码管的电路 55

5.2.3 8位数码管显示1个字符的程序与说明 57

5.2.4 8位数码管逐位显示8个字符的程序与说明 57 5.2.5 8位数码管同时显示8个字符的程序与说明 58 5.2.6 8位数码管动态显示8个以上字符的程序与说明 59

第6章 中断功能的使用与编程 60

6.1 中断的基本概念与处理过程 60

6.1.1 什么是中断 60

6.1.2 中断的基本概念 60

6.1.3 中断的处理过程 60

6.2 8051单片机的中断系统结构与控制寄存器 61

6.2.1 中断系统的结构 61

6.2.2 中断源寄存器 62

6.2.3 中断允许寄存器 63

6.2.4 中断优先级控制寄存器 64

6.3 中断编程举例 65

6.3.1 中断编程的电路例图 65

6.3.2 用外部中断0以低电平方式触发中断的程序与说明 65 6.3.3 用外部中断1以下降沿方式触发中断的程序与说明 66 第7章 定时器计数器的使用与编程 68

7.1 定时器计数器的定时与计数功能 68

7.1.1 定时功能 68

7.1.2 计数功能 69

7.2 定时器计数器的结构原理 69

7.2.1 定时器计数器的结构 69

7.2.2 定时器计数器的工作原理 69

7.3 定时器计数器的控制寄存器与四种工作方式 71 7.3.1 定时器计数器控制寄存器 71

7.3.2 工作方式控制寄存器TMOD 71

7.3.3 定时器计数器的工作方式 72

7.4 定时器计数器的应用与编程 76

7.4.1 产生1kHz方波信号的程序与说明 76

7.4.2 产生50kHz方波信号的程序与说明 77

7.4.3 产生周期为1s方波信号的程序与长延时的方法 78

第8章 按键电路与编程 79

8.1 独立按键输入电路与程序详解 79

8.1.1 开关输入产生的抖动及软、硬件解决方法 79 8.1.2 单片机连接8个独立按键和8个LED的电路 80

8.1.3 一个按键点动控制一个LED亮灭的程序与说明 81 8.1.4 一个按键锁定控制一个LED亮灭的程序与说明 81 8.1.5 四路抢答器的程序与说明 82

8.1.6 独立按键控制LED和LED数码管的单片电路 82 8.1.7 两个按键控制一位数字增、减并用8位数码管显示的程序与说明 82

8.1.8 两个按键控制多位数字增、减并用8位数码管显示的程序与说明 84

8.1.9 按键长按与短按产生不同控制效果的程序与说明 86 8.2 矩阵键盘输入电路与程序详解 88

8.2.1 单片机连接16键矩阵键盘和8位数码管的电路 88 8.2.2 矩阵键盘行列扫描方式输入及显示的程序与说明 88 第9章 双色LED点阵的使用与编程 92

9.1 双色LED点阵的结构原理与检测 92

9.1.1 共阳型和共阴型点阵的电路结构 93

9.1.2 点阵的混色规律 93

9.1.3 点阵的静态字符或图形显示原理 93

9.1.4 点阵的动态字符或图形显示原理 96

9.1.5 双色点阵的识别与检测 97

9.2 单片机驱动双色点阵的电路与编程 98

9.2.1 74HC595芯片介绍 98

9.2.2 单片机配合74HC595芯片驱动双色LED点阵的电路 99 9.2.3 双色点阵显示一种颜色字符的程序与说明 99 9.2.4 双色点阵交替显示两种颜色字符的程序与说明 102 9.2.5 字符移入和移出点阵的程序与说明 103

0章 液晶显示屏的使用与编程 107

10.1 1602字符型液晶显示屏的硬、软件介绍 107

10.1.1 外形与引脚说明 107

10.1.2 内部字库及代码 108

10.1.3 LCD屏各显示位与DDRAM的地址关系 109

10.1.4 1602显示屏的指令集 109

10.2 单片机驱动1602液晶显示屏的电路与编程 113 10.2.1 单片机驱动1602液晶显示屏的电路 113

10.2.2 1602液晶显示屏静态显示字符的程序与说明 113 10.2.3 1602液晶显示屏逐个显现字符的程序与说明 115 10.2.4 1602液晶显示屏字符滚动显示的程序与说明 116 10.2.5 矩阵键盘输入与1602液晶显示屏显示的电路与程序详解 117

1章 步进电动机的使用与编程 121

11.1 步进电动机与驱动芯片介绍 121

11.1.1 步进电动机的结构与工作原理 121

11.1.2 驱动芯片ULN2003 124

11.1.3 五线四相步进电动机 125

11.2 单片机驱动步进电动机的电路与编程 126

11.2.1 由按键、单片机、驱动芯片和数码管构成的步进电动机驱动电路 126

11.2.2 用单4拍方式驱动步进电动机正转的程序与说明 126 11.2.3 用双4拍方式驱动步进电动机自动正、反转的程序与说明 126

11.2.4 外部中断控制步进电动机正、反转的程序与说明 129 11.2.5 用按键控制步进电动机起动、加速、减速、停止的程序与说明 130

2章 串行通信与编程 133

12.1 概述 133

12.1.1 并行通信和串行通信 133

12.1.2 串行通信的两种方式 133

12.1.3 串行通信的数据传送方向 135

12.2 串行通信接口的结构与原理 135

12.2.1 串行通信接口的结构 136

12.2.2 串行通信接口的工作原理 136

12.3 串行通信接口的控制寄存器 137

12.3.1 串行控制寄存器 137

12.3.2 电源控制寄存器 138

12.4 四种工作方式与波特率的设置 138

12.4.1 方式0 138

12.4.2 方式1 139

12.4.3 方式2 140

12.4.4 方式3 140

12.4.5 波特率的设置 140

12.5 串行通信的应用编程 142

12.5.1 利用串行通信的方式0实现计数显示的电路与编程 142

12.5.2 利用串行通信的方式1实现双机通信的电路与编程 143

3章 I 2 C总线通信与编程 146

13.1 I 2 C总线介绍 146

13.1.1 概述 146

13.1.2 I 2 C总线通信协议 147

13.1.3 I 2 C总线的数据传送格式 147

13.2 I 2 C总线存储器24C02 148

13.2.1 外形与引脚功能说明 148

13.2.2 器件地址的设置 149

13.2.3 读写操作 149

13.3 单片机与24C02的I 2 C总线通信电路与编程 151 13.3.1 模拟I 2 C总线通信的程序及详解 151

13.3.2 利用I 2 C总线从24C02读写一个数据并用LED显示的电路与程序详解 154

13.3.3 利用I 2 C总线从24C02读写多个数据的电路与程序详解 156

13.3.4 利用24C02存储按键操作信息的电路与程序详解 156 4章 AD与DA转换电路与编程 160

14.1 AD与DA转换原理 160

14.1.1 AD转换 160

14.1.2 DA转换 162

14.2 AD与DA转换芯片PCF8591 162

14.2.1 外形与引脚功能说明 162

14.2.2 器件地址和功能设置 162

14.3 由PCF8591构成的AD和DA转换电路与编程 164 14.3.1 单片机、PCF8591与8位数码管构成的AD和DA转换与显示电路 164

14.3.2 1路AD转换并显示转换值的程序与说明 164 14.3.3 4路电压测量显示的程序与说明 167

14.3.4 DA转换输出显示的程序与说明 169

5章 51单片机的硬件系统 171

15.1 8051单片机的引脚功能与内部结构 171

15.1.1 引脚功能说明 171

15.1.2 单片机和片外存储器的连接与控制 173

15.1.3 内部结构说明 175

15.2 8051单片机IO接口的结构与工作原理 177

15.2.1 P0端口 177

15.2.2 P1端口 179

15.2.3 P2端口 179

15.2.4 P3端口 180

15.3 8051单片机的存储器 181

15.3.1 存储器的存储单位与编址 181

15.3.2 片内外程序存储器的使用与编址 182

15.3.3 片内外数据存储器的使用与编址 182

15.3.4 数据存储器的分区 183

15.3.5 特殊功能寄存器 185

15.4 STC89C5x系列单片机介绍 189

15.4.1 STC89C5x单片机的版本、封装形式和引脚 189 15.4.2 STC89C5x系列单片机的型号命名规则 192

15.4.3 STC89C5x系列单片机的常用型号的主要参数 193 15.4.4 STC89C5x系列单片机的IO接口 194

15.4.5 STC89C5x系列单片机的程序存储器与数据存储器 197 15.4.6 STC89C5x系列单片机的特殊功能寄存器 198

6章 电路绘图软件基础 201

16.1 概述 201

16.2 Protel99SE的组成与设计流程 202

16.2.1 Protel99SE的组成 202

16.2.2 使用Protel99SE电路设计的流程 202

16.3 设计文件的建立与管理 202

16.3.1 设计数据库文件的建立、关闭与打开 202

16.3.2 Protel99SE设计界面的介绍 204

16.3.3 文件管理 205

16.3.4 系统参数的设置 207

7章 电路原理图和图形的绘制 209

17.1 电路原理图编辑器 209

17.1.1 电路原理图编辑器界面介绍 209

17.1.2 图纸大小的设置 212

17.1.3 图纸的方向、标题栏、边框和颜色的设置 214 17.1.4 图纸网格的设置 215

17.1.5 图纸文件信息的设置 215

17.1.6 光标与网格形状的设置 216

17.1.7 系统字体的设置 217

17.2 电路原理图的设计 217

17.2.1 装载元件库 218

17.2.2 查找元件 219

17.2.3 放置元件 219

17.2.4 元件的编辑 222

17.2.5 绘制导线和结点 230

17.2.6 电源符号的放置 234

17.2.7 输入输出端口的放置 235

17.2.8 元件标号的查找、替换与重排 237

17.3 图形的绘制和文本、图片的编辑 239

17.3.1 直线的绘制 239

17.3.2 矩形的绘制 239

17.3.3 多边形的绘制 240

17.3.4 椭圆弧线的绘制 241

17.3.5 椭圆的绘制 242

17.3.6 扇形的绘制 243

17.3.7 曲线的绘制 244

17.3.8 文本的插入与设置 245

17.3.9 图片的插入与设置 246

17.4 层次原理图的设计 247

17.4.1 主电路与子电路 247

17.4.2 由上向下设计层次原理图 251

17.4.3 由下向上设计层次原理图 254

8章 新元件及其封装的绘制与使用 255

18.1 元件库编辑器 255

18.1.1 元件库编辑器的启动 255

18.1.2 元件库编辑器介绍 256

18.2 新元件的制作与使用 257

18.2.1 绘制新元件 257

18.2.2 修改已有的元件 260

18.2.3 绘制复合元件 263

18.2.4 新元件的使用 265

18.3 元件报表的生成与元件库的管理 266

18.3.1 元件报表的生成 266

18.3.2 元件库的管理 267

18.4 元件封装库编辑器 270

18.4.1 元件封装库编辑器的启动 270

18.4.2 元件封装库编辑器介绍 270

18.5 制作新元件封装 271

18.5.1 手工制作新元件封装 271

18.5.2利用向导制作元件封装 273

18.6 元件封装的管理 275

18.6.1 查找元件封装 275

18.6.2 改元件封装名称 276

18.6.3 放置元件封装 276

18.6.4 删除元件封装 276

18.6.5 编辑元件封装引脚焊盘 276

9章 手工设计印制电路板 278

19.1 印制电路板设计基础 278

19.1.1 印制电路板的基础知识 278

19.1.2 PCB的设计过程 281

19.1.3 PCB设计编辑器 281

19.1.4 PCB设计前的设置 283

19.1.5 PCB设计编辑器参数设置 287

19.2 手工设计印制电路板步骤 293

19.2.1 放置对象 293

19.2.2 手工布局 305

19.2.3 手工布线 311

第20章 自动设计印制电路板 314

20.1 基础知识 314

20.1.1 印制电路板的自动设计流程 314

20.1.2 利用原理图生成网络表 314

20.2 自动设计印制电路板步骤 315

20.2.1 自动规划印制电路板 315

20.2.2 装载元件封装和网络表 320

20.2.3 自动布局元件 324

20.2.4 手工调整布局 326

20.2.5 自动布线 326

20.2.6 手工调整布线 331

20.3 PCB的显示 337

20.3.1 单层显示模式 337

20.3.2 三维显示模式 338

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