单片机应用技术案例教程（C语言版）

本书主要包括15个项目：项目1和项目2介绍单片机开发系统及单片机的硬件结构；项目3简单介绍单片机C语言及应用C语言进行编程的注意事项；项目4～项目7介绍单片机的I/O口、定时器、中断及串行口等资源；项目8和项目9介绍机械按键的识别；项目10和项目11介绍液晶屏显示技术，主要介绍 LCD1602和LCD12864；项目12介绍 A/D和D/A转换技术的实现；项目13介绍温度传感器DS18B20；项目14 介绍时钟芯片DS1302；项目15 为综合设计，设计一个可调电子钟。本书可作为高职高专院校和应用型本科学校工科类专业学生的教材，也可以作为工程技术人员和单片机开发爱好者的参考用书。

欧启标，广东机电职业技术学院教师，副教授，长期担任学校单片机课程的主讲教师，以及带学生参加各级技能大赛，并取得奖项。

项目1　单片机及其开发系统 （1）
任务1-1　控制1颗LED发光二极管闪烁 （1）
1.1　51单片机的引脚排列及其功能 （14）
1.2　单片机小应用系统 （15）
1.2.1　时钟电路 （15）
1.2.2　复位电路 （17）
习题1 （18）
项目2　单片机的内部结构及其存储系统 （19）
任务2-1　流水灯效果的实现 （19）
2.1　51单片机的内部结构 （21）
2.2　单片机的存储系统 （23）
2.2.1　数据存储器 （23）
2.2.2 程序存储器 （26）
习题2 （27）
项目3　认识单片机C语言 （30）
任务3-1　呼吸灯效果的实现 （30）
3.1　C51的数据类型及数据的存储 （32）
3.1.1　C51支持的数据类型 （32）
3.1.2 C51的存储类型及其与单片机存储空间的对应关系 （35）
3.1.3 C51的存储模式 （36）
3.1.4　C51的关键字 （38）
3.2 单片机C51基础 （38）
3.2.1 用#define和typedef定义类型别名 （38）
3.2.2　一些常见的运算符问题 （39）
3.2.3　文件包含 （40）
3.2.4　模块化编程基础 （40）
3.2.5　关于注释 （41）
3.2.6　C51中的延时函数及对应的延时时间 （42）
习题3 （43）
项目4　单片机的I/O口及其应用 （45）
任务4-1　数码管的显示控制实现 （45）
4.1　单片机I/O接口的内部结构及其功能 （47）
4.1.1　P0口 （47）
4.1.2　P1口 （49）
4.1.3　P2口 （50）
4.1.4　P3口 （50）
4.2　I/O口应用电路接口设计 （51）
4.2.1　驱动小功率发光二极管 （51）
4.2.2　驱动蜂鸣器发声 （52）
任务4-2　蜂鸣器发声控制 （52）
4.2.3　驱动继电器 （53）
4.2.4　控制数码管显示 （55）
任务4-3　应用单片机的I/O口控制4位数码管动态显示 （57）
习题4 （59）
项目5　认识单片机的定时器 （61）
任务5-1 数码管的显示控制实现 （61）
5.1　单片机定时/计数器的内部结构 （62）
5.2　单片机定时/计数器的工作方式 （65）
5.3　单片机定时/计数器的应用 （66）
任务5-2　利用单片机的定时器延时实现呼吸灯效果 （67）
习题5 （68）
项目6　认识单片机的中断 （71）
任务6-1　使用单片机的外部中断 71）
6.1　单片机中断的概念 （73）
6.2　单片机中断系统的结构 （74）
6.3　单片机中断的响应过程 （77）
6.4 中断函数的格式 （79）
6.5　中断的嵌套 （80）
6.6　中断的优点 （81）
任务6-2　学习使用单片机定时器中断 （81）
习题6 （82）
项目7　认识单片机的串行口 （85）
任务7-1 使用单片机的串行口进行数据的传输 （85）
7.1 串口通信基础知识 （90）
7.1.1 串行通信和并行通信 （90）
7.1.2 串行通信的分类及特点 （90）
7.2 单片机的串行口 （92）
7.3 单片机串行口的工作方式及波特率的约定 （94）
7.3.1 工作方式0 （94）
任务7-2 单片机串行口工作于方式0时的使用方式 （95）
7.3.2 工作方式1 （96）
任务7-3 单片机串行口工作于方式1时的使用方式 （97）
7.3.3 工作方式2和工作方式3 （99）
7.4 单片机串行口的应用编程 （101）
习题7 （101）
项目8 键盘接口技术基础 （103）
任务8-1 使用单片机的I/O口控制发光二极管的闪烁 （103）
8.1 独立式按键 （105）
8.2 矩阵式键盘 （106）
8.2.1 逐行扫描法 （106）
任务8-2 学习使用扫描法识别矩阵键盘的键值 （107）
8.2.2 线反转法 （112）
任务8-3 使用反转法识别键值并送数码管显示 （113）
习题8 （114）
项目9 基于状态机思想的按键识别 （115）
任务9-1 使用状态机实现对机械按键被按下的识别 （115）
9.1 状态机基础 （123）
9.2 应用状态机思想实现按键识别 （123）
9.3 应用状态机思想判断组合键 （124）
9.4 应用状态机实现按键长按及连发 （127）
习题9 （127）
项目10 LCD1602液晶屏显示技术 （128）
任务10-1 使用液晶屏LCD1602显示字符串 （128）
10.1 LCD1602液晶显示屏基础知识 （131）
10.1.1 LCD1602液晶显示屏的引脚结构 （131）
10.1.2 LCD1602的存储器结构 （132）
10.1.3 LCD1602的指令集 （133）
10.2 LCD1602与单片机的接口技术及其应用 （134）
习题10 （135）
项目11 LCD12864液晶屏显示技术 （136）
任务11-1 使用单片机控制LCD12864显示字符 （136）
11.1 LCD12864液晶显示屏基础知识 （139）
11.2 QC12864B的指令系统、读写时序及初始化流程 （141）
11.2.1 QC12864B的指令系统 （141）
11.2.2 QC12864B的读/写时序 （142）
11.2.3 对QC12864B的初始化 （143）
11.3 QC12864B的存储器结构 （143）
11.4 DDRAM、GDRAM与屏幕的映射关系 （145）
11.4.1 DDRAM与屏幕的映射关系 （145）
任务11-2 应用DDRAM在屏幕上显示汉字 （146）
11.4.2 GDRAM与屏幕的映射关系 （148）
任务11-3 熟悉GDRAM与屏幕的映射关系 （149）
11.5 QC12864B的其他应用 （152）
11.5.1 CGRAM及其应用 （152）
任务11-4 使用QC12864B的CGRAM显示汉字 （153）
11.5.2 全屏卷动（卷屏）的实现 （157）
任务11-5 使用QC12864B实现字幕滚动 （157）
11.5.3 反白效果的实现 （161）
任务11-6 QC12864B反白效果的实现 （161）
习题11 （164）
项目12 A/D和D/A转换技术的实现 （166）
任务12-1　使用ADC0809将模拟信号转换为数字信号 （166）
12.1 A/D转换 （169）
12.1.1 A/D转换概述 （169）
12.1.2 A/D转换芯片ADC0809 （170）
任务12-2 设计简易数字电压表 （172）
12.2 D/A转换 （180）
任务12-3 认识D/A转换 （180）
12.2.1 D/A转换概述 （181）
12.2.2 DAC0832的引脚结构及内部组成 （182）
12.2.3 DAC0832的输入数字量与输出电流的关系 （183）
12.2.4 DAC0832的主要技术参数 （184）
12.2.5 单片机与DAC0832的接口技术及其简单应用 （184）
任务12-4 设计锯齿波信号发生器 （185）
任务12-5 采用DAC0832实现两路信号的输出 （187）
习题12 （190）
项目13 温度传感器DS18B20 （191）
任务13-1 使用温度传感器DS18B20进行温度的测量 （191）
13.1 DS18B20基础知识 （197）
13.1.1 DS18B20的引脚结构 （198）
13.1.2 DS18B20的存储器结构 （198）
13.2 DS18B20与单片机系统的接口技术 （201）
13.2.1 单个DS18B20与单片机系统的连接 （201）
13.2.2 单片机读DS18B20所测得的温度 （201）
13.2.3 单片机读写DS18B20的时序 （202）
习题13 （205）
项目14 时钟芯片DS1302 （206）
任务14-1 使用时钟芯片DS1302记录时间 （206）
14.1 DS1302的基础知识 （211）
14.1.1 DS1302引脚结构 （212）
14.1.2 DS1302内部的存储单元 （212）
14.1.3 DS1302命令字 （212）
14.2 DS1302与单片机系统的接口技术 （213）
14.2.1 DS1302与单片机系统连接的硬件电路 （213）
14.2.2 DS1302读写时序及相关操作 （214）
习题14 （215）
项目15 设计可调电子钟 （216）
任务15-1 应用单片机的资源及外围设备进行综合设计 （216）
习题15 （235）
附录A Proteus仿真元件清单 （236）
参考文献 （237）

现代科学技术发展迅速，通用计算机的使用越来越普遍，但在很多设备的按键处理，一些简单的仪表控制、智能玩具和各种LED灯带中，还可以看到在大量应用的单片机。而且，物美价廉的单片机也一直朝着更低功耗、更快速度的方向进步。更为重要的是，作为一款入门级的处理器，通过对单片机的学习，学习者可以知道处理器是如何与外部电路互动的，这对学习更高级的处理器无疑有很大的帮助。所以，开设单片机的课程具有重要的意义。

本书从内容与方法、教与学等方面全方位体现了嵌入式应用的特点，这些特点主要包含以下几个方面。

1．完全从应用和职业岗位出发对全书内容进行组织和编排

目前的单片机在以下几个方面应用广泛：（1）按键的识别；（2）PWM调制；（3）中断；（4）控制LCD12864显示；（5）简单的仪表设计。在按键的识别方面，使用状态机方法比扫描法和反转法具有更高的效率，且组合键、连击、长按等有大量应用，为此，本书专门安排了2个案例对这些应用进行介绍。在PWM调制方面，目前市面所见的很多LED灯带使用单片机的PWM功能进行调制，为此，书中也安排了2个案例对PWM进行了学习。在中断的应用方面，书中对外部中断和定时器中断进行了重点介绍。在显示屏方面，LCD12864比LCD1602应用范围更广，基于此，我们安排了6个案例对LCD12864进行了全面的介绍和学习，这6个案例涵盖了LCD12864的绝大部分应用。在简单仪表设计方面，书中精心设计了1个可调电子钟案例来进行这方面的学习和介绍，读者可以通过这个案例和LCD12864中介绍的反白效果，开发出简单实用的嵌入式菜单。除了以上所列内容，针对常见的A/D和D/A转换、单总线、SPI总线的学习都做了专门介绍并有实例相对应。这些设计技术使单片机教学与职业岗位的要求一致。

2．从易学性和应用性出发，全书采用C语言进行教学，并引入模块化编程思想

应用C语言编写的程序直观易读、可移植性强，编程风格也更加人性化，有利于学生掌握和学习。同时，在实际的项目开发中，一个项目往往涉及多个模块的组合应用，为此，书中引入了模块化编程的思想。采用这种思想编程，程序的可读性和可移植性更好。为方便读者学习和理解，书中安排了4个案例来引导读者学习和掌握这种思想。

3．编写形式直观生动，内容连贯，可读性强

每个项目都有项目介绍，用于说明每个项目学习的是什么、需要使用什么工具以及该如何学习。另外，书中重要的源代码都配有详细的注释，方便读者阅读。

4．综合性和实用性更强

单片机的学习是对前面学习的模电、数电、C语言知识的综合运用，是嵌入式学习中软硬结合的步。尤其是C语言，可谓单片机学习的“命门”。本书针对C语言在单片机中的应用，专门列举了常见的应用问题，并给出了注释的规范。所以通过本书的学习，可以进一步巩固C语言知识，并提高综合应用这些知识解决实际问题的能力。另外，在所有的有菜单的项目的开发中不可避免要涉及菜单项的选择，这里面包含着按键移动的处理、反白效果的实现等功能，通过本书的后一个综合设计的学习，读者可以轻松掌握这方面的知识。

5．丰富的案例涵盖了单片机的大部分应用

本书针对各个知识点共安排了32个案例，这些案例涵盖了单片机学习的绝大部分应用。后，为了后续嵌入式学习的考虑，在书中亦安排了字模提取软件的内容。

本书由校企联合编写，参考学时数为80学时，在使用时可根据具体教学情况酌情增减。参与本书编写的人员主要有欧启标、邓云、刘建圻、赵振廷等。其中欧启标对本书的编写思路与大纲进行了总体策划，编写了本书的大部分内容并进行了统稿。邓云编写了项目5，刘建圻编写了项目8，赵振廷编写了项目10，欧启标编写了其余项目。学生郭林杰、黄存营、周善高、梁程、黄灏辉等对书中的程序进行了反复测试以确保其正确性，同时李建波、张永亮、黄练、熊冬青、赵金洪等老师也给予了大力支持和帮助，在此表示感谢。广东祥新光电科技有限公司的工程师吴良年为串口通信、状态机、DS18B20以及后的综合设计提供了大量的企业参考案例，在此一并表示感谢。

为了方便教学，本书配有免费的电子教学课件和习题答案、C语言源程序等资料，请有需要的读者登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费注册后下载，如果需要其他教学资源，可以联系作者（邮箱：[email protected]）索取。另外，书中部分项目使用了Proteus仿真元件，相关信息可以参考附录A。

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，热忱欢迎各位读者对本书提出批评与建议。

 

编  者