单片机技术与设备检修技能

本书以设备维护维修工作过程为主线，围绕维修过程中经常遇到的微处理器控制设备与检测信号等问题，以情境为模块，以任务为实训目标，从基础出发，注重技能，循序渐进。本书主要讲述了单片机小系统的仿真调试与硬件制作调试、C51并口与报警装置的仿真与硬件制作调试、C51定时器/中断与直流电机装置的仿真与硬件制作调试、单片机控制显示器的仿真调试与硬件调试、键盘接口与步进电机控制的仿真与硬件调试、串行接口与数据传送的技术与技能、A/D与D/A转换接口的仿真与硬件制作调试、单片机串行外设接口技术与技能、单片机扩展应用实例介绍。本书可作为职业技术院校单片机相关课程教学用书，也可作为工程技术人员的自学参考用书。

学习情境1单片机小系统的仿真与硬件制作调试
任务1初识单片机和单片机小系统
1?1单片机概述
1?1?1什么是单片机
1?1?2单片机的特点及应用
1?1?3单片机的分类
1?2MCS-51单片机系列简介
1?2?1Intel 公司MCS-51单片机
1?2?2Atmel公司的AT89系列单片机
1?3初识单片机芯片
1?3?1单片机外形认识
1?3?2AT89S52芯片的内部特性
1?3?3AT89S52芯片引脚功能
1?4单片机小系统电路
1?4?1晶振电路
1?4?2复位电路
1?4?3发光二极管输出电路
1?4?4电源电路
技能训练1-1
任务2单片机小系统检测程序编写与仿真技能训练
1?5单片机开发系统及功能
1?6单片机小系统检测程序编写
1?7Keil μVision 3集成开发软件使用
1?7?1Keil μVision3软件的安装
1?7?2Keil 工程的建立
1?7?3用Keil C51软件模拟仿真
1?8Proteus仿真软件使用
1?8?1模拟仿真ISIS界面简介
1?8?2Proteus软件绘制单片机原理图的方法
技能训练1-2
任务3单片机小系统的软硬件调试技能训练
1?9C51的常量
1?10下载工具的使用
1?10?1SUPERPRO 280U编程器的使用
1?10?2ISP下载线的使用
技能训练1-3
学习情境内容与技能归纳
科学精神的培养
学习情境2C51并口与报警装置的仿真与硬件制作调试
任务1单片机控制报警器的仿真与硬件制作调试
2?1C51单片机的输入/输出接口
2?1?1P0口
2?1?2P1口
2?1?3P2口
2?1?4P3口
2?1?5P0～P3口的负载能力及接口要求
2?2MCS-51单片机的存储器
2?2?1单元与位
2?2?2字、字节和数制
2?2?3程序存储器
2?2?4内部数据存储器
2?2?5特殊功能寄存器
2?3C51语言的数据类型
2?4C51的变量
2?5单片机控制蜂鸣器的原理
2?6单片机控制报警装置程序编写
技能训练2-1
任务2单片机控制报警灯的仿真与硬件制作调试
2?7单片机的时序
2?8单片机控制报警灯程序编写
技能训练2-2
任务3单片机控制信号灯的仿真与硬件制作调试
2?9单片机控制信号灯程序编写
技能训练2-3
任务4单片机控制单体数码管的仿真与硬件制作调试
2?10单体数码管的控制原理
技能训练2-4
学习情境内容与技能归纳
科学精神的培养
学习情境3C51定时器/中断与直流电机装置的仿真与硬件制作调试
任务1单片机定时器产生脉冲控制设备的技能训练
3?1单片机的定时/计数器的应用
3?1?1定时/计数器的控制
3?1?2MCS-51定时/计数器控制与状态寄存器
3?1?3定时/计数器的工作方式
3?2脉冲控制无源蜂鸣器出声音
3?3应用定时器产生脉冲控制无源蜂鸣器出声音
技能训练3-1
任务2单片机计数器记录流水线上工件数的仿真与硬件制作调试
3?4计数器的计数功能
3?5光敏器件的使用
3?6 应用单片机计数器记录流水线上工件数
技能训练3-2
任务3单片机定时中断控制继电器的仿真与硬件制作调试
3?7单片机的定时中断系统
3?7?1中断的概念
3?7?2MCS-51的中断源
3?7?3中断系统的结构
3?7?4中断响应过程
3?7?5C51中断程序设计的完整语法
3?8继电器控制直流电机
3?8?1继电器的选择
3?8?2常用的电机类型
3?8?3继电器控制直流电机的方法
3?9单片机定时控制继电器的应用
技能训练3-3
任务4单片机外部中断用于电机正反转的仿真与硬件制作调试
3?10单片机的外部中断系统
3?10?1定时/计数器运行控制寄存器（TCON）
3?10?2中断允许寄存器（IE）
3?10?3中断优先级控制寄存器（IP）
3?10?4中断请求的撤除
3?11直流电机正反转的控制方法
3?12工作寄存器的使用
3?12?1什么是工作寄存器
3?12?2工作寄存器在单片机中的作用
3?13单片机中断在电机正反转控制中的应用
技能训练3-4
学习情境内容与技能归纳
科学精神的培养
学习情境4单片机控制显示器的仿真与硬件调试
任务1单片机控制数码管显示工件计数值
4?1数码管的动态显示
4?1?1数码管的驱动方式
4?1?2四位数码管介绍
4?1?3四位数码管的驱动电路
4?1?4动态显示驱动
4?1?5扫描驱动常见的问题：亮度和稳定度问题
4?2C51的运算符和表达式
4?2?1赋值运算符
4?2?2算术运算符
4?2?3位左、右移运算符
4?2?4位左、右移函数
4?3数码管动态显示数据方案
4?3?1数码管动态显示数据的方案
4?3?2控制原理图
4?3?3编写例程：4位数码管动态显示四位数控制程序
4?3?4例程
技能训练4-1
任务2单片机控制单个LED点阵显示器显示数字或汉字
4?48×8 LED点阵式显示器简介
4?4?1点阵显示模块的结构
4?4?2点阵显示模块的检测
4?4?3点阵显示器的数据显示方法
4?4?4点阵显示器的字模取模软件及使用
4?4?5点阵显示器驱动电路
4?5单片机控制单个LED点阵显示器驱动方案
技能训练4-2
任务3单片机控制LED大屏幕显示器（扩展）
4?6LED大屏幕点阵显示器的控制原理
4?7单片机控制LED大屏幕显示器方案
4?7?1控制原理图
4?7?2点阵显示汉字的驱动程序
技能训练4-3
任务4单片机控制液晶显示器显示温度的仿真与硬件调试（扩展）
4?8128×64液晶显示器的控制原理
4?8?1液晶显示器种类
4?8?2液晶显示器的原理
4?8?3液晶显示器的介绍
4?8?4液晶显示器的硬件连接
4?8?5液晶显示器的指令和基本操作
4?9单片机控制LCD液晶显示器驱动方案
技能训练4-4
学习情境内容与技能归纳
科学精神的培养
学习情境5键盘接口与步进电机控制的仿真与硬件调试
任务1独立键盘应用与步进电机控制的仿真与硬件调试
5?1键盘接口
5?1?1键盘的组成形式
5?1?2键盘接口的工作过程和工作方式
5?1?3硬件消抖动的独立键盘编程方法
5?1?4软件消抖动的独立键盘编程方法
5?2步进电机简介
5?2?1步进电机工作原理
5?2?2步进电机的控制
5?2?3脉冲分配与驱动芯片的选取
5?2?4PF42-48041步进电机介绍
5?3光电隔离电路
5?3?1光耦的工作原理
5?3?2光耦的种类
5?3?3光电耦合器的选择
5?4单片机控制步进电机方案
5?4?1单片机控制步进电机方案
5?4?2单片机控制步进电机硬件方案
5?4?3例程
技能训练5-1
任务24×4键盘接口的仿真与硬件调试
5?54×4键盘扫描原理
5?5?14×4键盘的工作原理
5?5?2选择单片机对非编码键盘的控制方法
5?64×4键盘测试方案
5?6?14×4键盘硬件电路方案
5?6?24×4键盘程序编写
技能训练5-2
任务3C51定时器与键值移位显示的仿真与硬件调试
5?7区别前后键值的方法
5?8一键多功能的控制方法
5?94×4键盘键值移位方案
5?9?14×4键盘键值移位方案
5?9?24×4键盘键值移位硬件电路
5?9?3例程
技能训练5-3
任务4键盘设定步进电机运转速度与步数的仿真与硬件调试（扩展）
5?10键盘设定步进电机运转速度与步数的控制
5?10?1键盘设定步进电机运转速度与步数的控制方案
5?10?2键盘设定步进电机运转速度与步数控制的硬件电路
5?10?3程例
技能训练5-4
学习情境内容与技能归纳
科学精神的培养
学习情境6串行接口与数据传送的技术与技能
任务1串行接口与I/O扩展的仿真调试
6?1串行通信基本概念
6?1?1串行通信的方式
6?1?2串行通信的方式
6?1?3串行通信的接口电路
6?2串行通信总线标准及其接口
6?2?1MCS-51单片机的串行口结构
6?2?2串行口工作方式
6?2?3波特率设计
6?3串入并出、并入串出芯片介绍
6?3?174HC164芯片
6?3?274165芯片
技能训练6-1
任务2单片机与PC通信的硬件制作与调试
6?4串行口异步方式1应用
6?5RS-232接口简介
6?5?1RS-232的作用
6?5?2RS-232C信息格式标准
6?5?3常用的RS-232C电平转换器
6?5?4MAX232芯片的使用方法
6?6单片机与PC通信方案
6?6?1单片机与PC通信硬件方案
6?6?2单片机与PC通信编程方案
技能训练6-2
学习情境内容与技能归纳
科学精神的培养
学习情境7A/D与D/A转换接口的仿真与硬件制作调试
任务1A/D与D/A转换接口的编程仿真与硬件制作调试
7?1A/D转换基本知识
7?1?1什么是A/D转换
7?1?2A/D转换器的主要参数
7?1?3A/D转换器的工作原理
7?1?4ADC0809模数转换芯片简介
7?2串行A/D转换芯片ADC0832的应用
7?2?1ADC0832具有的特点
7?2?2ADC0832引脚及功能
7?2?3ADC0832与单片机的连接
7?3模拟量数据A/D转换器接口电路方案
技能训练7-1
任务2串行D/A转换接口TLC5615的使用
7?4D/A转换基本知识
7?4?1什么是D/A转换
7?4?2D/A的性能指标
7?4?3D/ A转换器的工作原理
7?5TLC5615芯片的使用
7?5?1TLC5615芯片简介
7?5?2引脚排列及功能说明
7?5?3TLC5615的时序图
7?5?4一般功能
7?5?5TLC5615与单片机的连接
7?6D/A转换电路的选择方案
技能训练7-2
任务3A/D与D/A转换闭环控制系统的调试
7?7闭环控制系统的简介
7?7?1开环控制系统
7?7?2闭环控制系统
7?8闭环控制系统的实例
技能训练7-3
学习情境内容

为适应不断发展的现代制造业的技术和技术人才的要求，以及现阶段高职学校、中职学校的国家示范学校建设、品牌专业建设，更新和改进现有教材显得尤为迫切和必要。江苏省改革发展示范学校的教师，针对职业学校课程改革与教材建设目标，就中等职业教育和高等职业教育课程改革理念、任务、内容，组织职业学校中具有多年教学经验的教师，围绕单片机技术与设备检修技能，总结单片机技术课程的教学改革成果与经验，形成《单片机与设备维修技能》一书。作为江苏省改革发展示范学校建设成果之一，本书从内容与方法、知识与技能、做—教—学一体等方面，多角度、全方位地体现了职业教育转向质量、品牌、终身学习的新内涵，具有一定的创新力。本书的特点包括以下几个方面：
1．以设备维修岗位工作过程为主线，组织教材编者根据多年单片机课程执教体验，以及来自校企合作和毕业生的信息反馈，结合学校现有资源和学生实际接受水平，皆在为机电、自控、数控维护维修、CAD/CAM、电子信息、楼宇等专业，培养懂理论、能动手，且有后续潜力的设备维护维修技术人才，需要提供一本适合高职、中职学校单片机课程的实用教材。本书以设备维护维修工作过程为主线，围绕维修过程中经常遇到的微处理器控制设备与检测信号等问题，以情境为模块，以任务为实训目标，教授知识，注重技能，从基础出发，循环渐进，逐步深入，终达到前沿技术技能。
2．打破学科界限，突出技能为重本书涉及单片机技术、接口技术、传感器技术、电机控制技术、电子技术、C语言、自动控制技术、计算机绘图技术等知识与技能。为设备维修工作打下基础。本书有83个知识点，31个实训项目，其中技能培训有典型技术的硬件制作检测和仿真检测。仿真检测技术技能是为无法开展硬件制作检测的学校和读者，以及扩展学生视野，方便学生继续教学而编写的。
3．任务设计具有针对性、扩展性和系统性，贴近维修技术岗位需求全书共安排了30个工作任务，针对维修过程中出现的故障现像，精心选择训练任务，为不同设备环境、不同水平的读者提供任务。同时，注重技能的训练和学生的扩展学习及继续教学。每个任务既相对独立，又与前后任务之间保持密切联系，具有扩展性，即每一任务不仅在单片机知识上是逐步深入，而且在技能上循环渐进，使训练内容由点到线、由线到面，体现技能训练的综合性和系统性。精心选择的单片机控制电机、单片机检测传感器信号，通过制作、编程、仿真、硬软件调试，所有内容围绕设备维修技能是本书的特色之一。本书根据目前外围器件扩展很少使用并行扩展技术，在书中大量采用串行扩展芯片。结合维修中的接口技术，介绍和使用了常用的I2C总线、SPI总线、单总线等串行总线接口器件，突出了单片机与计算机的通信技能训练。由于MCS-51单片机适合教学，在设备控制检测中越来越少，所以在学习情境9任务2中采用了CC2530微处理器，以实际的例子，从系统分析到系统设计、硬件设计、软件设计完整地介绍单片机应用系统的设计过程，让读者以维修人员和设计辅助人员的角度去了解单片机应用系统的设计过程，了解目前单片机领域中的新技术、新技能。
4．编写形式直观，增强可操作性和可读性在叙述方式上，引入了大量与实践相关的电气原理图、元器件清单、电路板、仿真图等细节内容，一步步引导学生自己动手完成制作、编程、绘图仿真、硬软件调试，具有很强的可操作性。原理性内容采用知识点的形式，便于教师对知识的组合；叙述简洁，并不时插入C语言的小知识，便于学生查阅。任务后，增加任务评价，便于教师在实训过程中检验学生的学习质量，便于提高理实一体化课的教学质量。本书不同于一般理实一体化课教材，其要点在于学时分配中，技能实训约占3/5，知识点教学仅作导引并随技能实训同步进行。目的在于克服学生对理论知识与技能实训的偏离。学习分配建议仅供参考。
学习情境1~3适用中职、学习情境1~7适用高职，学习情境8~9是为学生继续教育而设置的。学习情境 内容 课时（理论） 知识点 技能点
学习形式 1 单片机小系统的仿真与硬件制作调试 18（8） ① 单片机概述。② MCS-51单片机系列简介。③ 初识单片机芯片。④
单片机小系统电路 ① 单片机小系统电路制作。② 单片机开发环境的使用。③ 编程器、下载线的使用。④
单片机小系统电路硬件检测与调试 2 C51并口与报警装置的仿真与硬件制作调试 24（8） ① C51单片机的输入/输出接口。②
MCS-51单片机的存储器。③ C51语言的数据类型。④ C51的变量。⑤ 单片机I/O口控制外设的原理与编程方法。⑥
单片机的时序。⑦ 单数码管的控制原理 ① 单片机控制报警器、报警灯、信号灯的编程仿真与硬件调试。②
if、swtich选择语句的灵活使用。③ for、while、do- while循环语句的灵活使用。④ 数组与函数的灵活使用 3
C51定时器/中断与直流电机装置的仿真与硬件制作调试 30（8） ① 单片机的定时器/计数器的应用。② 计数器的计数功能。③
光敏器件的使用。④ 应用单片机计数器记录流水线上工件数。⑤ 单片机中断系统。⑥ 继电器控制知识。⑦ 直流电机正反转的控制。⑧
工作寄存器的使用 ① 单片机定时器控制无源蜂鸣器的仿真与硬件调试。② 工件计数检测电路的仿真与硬件制作调试技能训练。③
单片机定时控制继电器的仿真与硬件制作调试。④ 单片机控制直流电机正反转仿真与硬件制作调试 4 单片机控制显示器的仿真与硬件调试
12（6） ① 数码管的动态显示。② C51的运算符和表达式。③ 内部函数库文件intrins.h位左移和右移函数。④
单片机控制数码管显示工件计数值的编程方案。⑤ 8×8LED点阵式显示器 ① 数码管显示工件计数值的仿真与硬件调试。②
单片机控制单个LED点阵显示器驱动方案。③ 单片机控制LED大屏幕显示器的仿真与硬件调试。④ 单片机控制液晶显示器的仿真与硬件 5
键盘接口与步进电机控制的仿真与硬件调试 18（6） ① 独立键盘识别、步进电机控制电路、光电隔离电路、4×4键盘键测试。②
区别前后键值的方法、一键多功能的控制方法。③ 键盘设定步进电机运转速度与步数的控制 ① 步进电机控制电路制作编程调试。②
4×4键盘电路的仿真调试与硬件调试③ 4×4键盘键值移位的仿真与硬件调试。④ 键盘设定步进电机运转速度与步数的仿真与硬件调试 6
串行接口与数据传送的技术与技能 12（4）（扩展）（6） ① 串行通信基本概念、串行通信总线标准及其接口、串入并出、并入串出芯片。②
串行口异步方式1、2、3的应用、RS-232接口。③ 单片机与PC通信、双机通信、RS-485接口 ①
串行接口与I/O扩展的编程仿真调试。② 单片机与PC通信电路的硬件制作编程调试。③ 单片机双机通信编程仿真与硬件制作调试 7
A/D与D/A转换接口的仿真与硬件制作调试 12（4）（扩展）（6） ①
A/D转换基本知识、串行A/D转换芯片ADC0832的应用。② D/A转换基本知识、闭环控制系统 ①
模拟量数据A/D转换器接口电路的编程仿真与硬件制作调试。② 串行D/A转换接口TLC5615的制作与仿真调试。③
A/D与D/A转换闭环控制系统的调试 8 单片机串行外设接口技术与技能（扩展） 扩展18 ①
I2C总线接口技术、数据存储器的串行扩展、SPI总线接口技术、单总线接口技术。②
单线总线智能温度传感器DS18B20、单片机检测温度传感器 ① I2C总线的使用——AT24C02的仿真与硬件制作调试。②
SPI总线的使用——多功能芯片X5045的仿真与硬件制作调试。③ 单总线的使用——智能温度传感器DS18B2的硬件制作调试 9
单片机扩展应用实例介绍（扩展） 扩展24 ① 大棚自动温度控制设计。② 计算机远程控制灌溉设备系统设计 ①
串行外设接口综合应用——大棚温控系统硬件制作与调试。② 计算机远程控制设备的方法
刘雪雪根据十多年的单片机教学经验，通过不断教学改革，对本书的编写思路与大纲进行了总体策划，指导全书的编写，对全书统稿，并编写学习情境1、3、6、8。王俊美协助完成统稿工作，周荻编写学习情境4，刘雪雪和王俊美编写学习情境2，刘雪雪和姜玉柱编写学习情境5，刘雪雪和兰国昌编写学习情境7，盛华、赵震奇编写学习情境9。郭昕教师与陈涛、周文琦、陈双、张志鹏等学生参与资料的整理。为方便教师教学，本教材配备了全套技能训练所需的电路板与元器件，使用本教材的学校如果自己准备电路板与元器件有困难时，可与主编联系。由于时间紧迫和编者水平有限，书中的错误和缺点在所难免。敬请提出宝贵意见，不胜感谢！