电子工程师自学速成设计篇(第2版)

第 1章　单片机快速入门 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　2
1．1．3　单片机的分类　3
1．1．4　单片机的应用领域　4
1．2　一个按键控制一只LED亮灭的单片机应用
系统开发全过程　4
1．2．1　明确控制要求并选择合适型号的单片机　4
1．2．2　设计单片机电路原理图　5
1．2．3　制作单片机电路　6
1．2．4　用Keil 软件编写单片机控制程序　7
1．2．5　计算机、下载（烧录）器和单片机的
连接　10
1．2．6　用烧录软件将程序写入单片机　12
1．2．7　单片机电路的供电与测试　14
第　2章 数制与C51语言基础　16
2．1　数制与数制的转换　16
2．1．1　十进制数　16
2．1．2　二进制数　16
2．1．3　十六进制数　18
2．1．4　二进制数与十进制数的转换　18
2．1．5　二进制数与十六进制数的转换　19
2．1．6　单片机的数的表示及运算　19
2．2　C51语言入门　21
2．2．1　常量　21
2．2．2　变量　22
2．2．3　运算符　23
2．2．4　关键字　25
2．2．5　数组　26
2．2．6　循环语句（while、do while、
for语句）　27
2．2．7　选择语句（if、switch…case语句）　28
第3章　51单片机的硬件系统　30
3．1　8051单片机的引脚功能与内部结构　30
3．1．1　引脚功能说明　30
3．1．2　单片机与片外存储器的连接与控制　32
3．1．3　内部结构说明　34
3．2　8051单片机I/O端口的结构与工作原理　36
3．2．1　P0端口　36
3．2．2　P1端口　38
3．2．3　P2端口　38
3．2．4　P3端口　39
3．3　8051单片机的存储器　40
3．3．1　存储器的存储单位与编址　40
3．3．2　片内外程序存储器的使用与编址　41
3．3．3　片内外数据存储器的使用与编址　42
3．3．4　数据存储器的分区　42
3．3．5　特殊功能寄存器（SFR）　44
第4章　51单片机编程软件的使用　48
4．1　Keil C51软件的安装　48
4．1．1　Keil C51软件的版本及获取　48
4．1．2　Keil C51软件的安装　48
4．2　程序的编写与编译　50
4．2．1　启动Keil C51软件并新建工程文件　50
4．2．2　新建源程序文件并与工程关联起来　52
4．2．3　编写程序　54
4．2．4　编译程序　55
4．3　程序的仿真与调试　58
4．3．1　编写或打开程序　58
4．3．2　仿真设置　58
4．3．3　编译程序　59
4．3．4　仿真调试程序　60
第5章　单片机驱动发光二极管的
电路及编程　63
5．1　LED（发光二极管）介绍　63
5．1．1　外形与符号　63
5．1．2　性质　63
5．1．3　检测　64
5．1．4　限流电阻的阻值计算　64
5．2　单片机点亮单个LED的电路与程序详解　65
5．2．1　单片机点亮单个LED的电路　65
5．2．2　采用位操作方式编写点亮单个LED的
程序及详解　65
5．2．3　采用字节操作方式编写点亮单个LED的
程序及详解　67
5．2．4　单个LED以固定频率闪烁发光的
程序及详解　67
5．2．5　单个LED以不同频率闪烁发光的
程序及详解　68
5．3　单片机点亮多个LED的电路与程序详解　70
5．3．1　单片机点亮多个LED的电路　70
5．3．2　采用位操作方式点亮多个LED的
程序及详解　70
5．3．3　采用字节操作方式点亮多个LED的
程序及详解　71
5．3．4　多个LED以不同频率闪烁发光的
程序及详解　72
5．3．5　多个LED左移和右移的程序及详解　73
5．3．6　LED循环左移和右移的程序及详解　74
5．3．7　LED移动并闪烁发光的程序及详解　76
5．3．8　用查表方式控制LED多样形式发光的
程序及详解　77
5．3．9　LED花样发光的程序及详解　78
5．4　采用PWM（脉宽调制）方式调节LED
亮度的原理与程序详解　79
5．4．1　采用PWM方式调节LED亮度的原理　79
5．4．2　采用PWM方式调节LED亮度的程序及
详解　80
第6章　单片机驱动LED数码管的
电路及编程　82
6．1　单片机驱动一位LED数码管的电路与程序
详解　82
6．1．1　一位LED数码管的外形、结构与
检测　82
6．1．2　单片机连接一位LED数码管的电路　84
6．1．3　单个数码管静态显示一个字符的
程序及详解　84
6．1．4　单个数码管动态显示多个字符的
程序及详解　85
6．1．5　单个数码管环形转圈显示的程序及
详解　86
6．1．6　单个数码管显示逻辑电平的程序及
详解　87
6．2　单片机驱动8位LED数码管的电路与程序
详解　87
6．2．1　多位LED数码管外形、结构与检测　87
6．2．2　单片机连接8位共阴型数码管的电路　89
6．2．3　8位数码管显示1个字符的程序及
详解　90
6．2．4　8位数码管逐位显示8个字符的程序及
详解　91
6．2．5　8位数码管同时显示8个字符的程序及
详解　92
6．2．6　8位数码管动态显示8个以上字符的
程序及详解　93
第7章　中断功能的使用与编程　95
7．1　中断的基本概念与处理过程　95
7．1．1　什么是中断　95
7．1．2　中断的基本概念　95
7．1．3　中断的处理过程　96
7．2　8051单片机的中断系统结构与控制
寄存器　96
7．2．1　中断系统的结构　96
7．2．2　中断源寄存器　97
7．2．3　中断允许寄存器IE　98
7．2．4　中断优先级控制寄存器IP　99
7．3　中断编程举例　100
7．3．1　中断编程使用的电路例图　100
7．3．2　外部中断0以低电平方式触发中断的
程序及详解　100
7．3．3　外部中断1以下降沿方式触发中断的
程序及详解　101
第8章　定时器/计数器的使用及编程　104
8．1　定时器/计数器的定时与计数功能　104
8．1．1　定时功能　104
8．1．2　计数功能　105
8．2　定时器/计数器的结构原理　105
8．2．1　定时器/计数器的结构　105
8．2．2　定时器/计数器的工作原理　106
8．3　定时器/计数器的控制寄存器与四种
工作方式　107
8．3．1　定时器/计数器控制寄存器
（TCON）　107
8．3．2　工作方式控制寄存器（TMOD）　108
8．3．3　定时器/计数器的工作方式　108
8．4　定时器/计数器的应用及编程　112

8．4．1　产生1kHz方波信号的程序及详解　112
8．4．2　产生50kHz方波信号的程序及
详解　113
8．4．3　产生周期为1s方波信号的程序与
长延时的方法　114
第9章　按键电路及编程　116
9．1　独立按键输入电路与程序详解　116
9．1．1　开关输入产生的抖动及软、硬件
解决方法　116
9．1．2　单片机连接8个独立按键和8个LED的
电路　117
9．1．3　一个按键点动控制一个LED亮灭的
程序及详解　118
9．1．4　一个按键锁定控制一个LED亮灭的
程序及详解　118
9．1．5　四路抢答器的程序及详解　120
9．1．6　独立按键控制LED和LED数码管的
电路　120
9．1．7　两个按键控制一位数字增、减并用
8位数码管显示的程序及详解　121
9．1．8　两个按键控制多位数字增、减并用
8位数码管显示的程序及详解　124
9．1．9　按键长按与短按产生不同控制效果的
程序及详解　126
9．1．10　8个独立按键控制LED和LED数码管
显示的程序及详解　129
9．2　矩阵键盘输入电路与程序详解　132
9．2．1　单片机连接16键矩阵键盘和8位
数码管的电路　132
9．2．2　矩阵键盘行列扫描方式输入及显示的
程序及详解　134
9．2．3　中断触发键盘行列扫描的矩阵键盘
输入及显示电路与程序详解　138
9．2．4　矩阵键盘密码锁的程序及详解　144
第　10章 LED点阵和液晶显示屏的
使用及编程　149
10．1　双色LED点阵的使用及编程　149
10．1．1　双色LED点阵的外形、结构原理与
检测　149
10．1．2　单片机配合74HC595芯片驱动
双色LED点阵的电路　156
10．1．3　双色点阵显示一种颜色字符的
程序及详解　157
10．1．4　双色点阵交替显示两种颜色字符的
程序及详解　160
10．1．5　字符移入和移出点阵的程序及详解　163
10．2　1602字符型液晶显示屏的使用及编程　167
10．2．1　1602字符型液晶显示屏的硬、软件
资源　167
10．2．2　单片机驱动1602液晶显示屏的
电路　173
10．2．3　1602液晶显示屏静态显示字符的
程序及详解　174
10．2．4　1602液晶显示屏逐个显现字符的
程序及详解　177
10．2．5　1602液晶显示屏字符滚动显示的
程序及详解　178
10．2．6　矩阵键盘输入与1602液晶显示屏
显示的电路及程序详解　180
第　11章 步进电机的使用及编程　184
11．1　步进电机与驱动芯片介绍　184
11．1．1　步进电机的结构与工作原理　184
11．1．2　驱动芯片ULN2003　187
11．1．3　五线四相步进电机　188
11．2　单片机驱动步进电机的电路及编程　189
11．2．1　由按键、单片机、驱动芯片和数码管
构成的步进电机驱动电路　189
11．2．2　用单4拍方式驱动步进电机正转的
程序及详解　190
11．2．3　用双4拍方式驱动步进电机自动
正反转的程序及详解　191
11．2．4　外部中断控制步进电机正反转的
程序及详解　193
11．2．5　用按键控制步进电机启动、加速、
减速、停止的程序及详解　195
第　12章 串行通信的使用及编程　200
12．1　概述　200
12．1．1　并行通信和串行通信　200
12．1．2　串行通信的两种方式　200
12．1．3　串行通信的数据传送方向　202
12．2　串行通信口的结构与原理　203
12．2．1　串行通信口的结构　203
12．2．2　串行通信口的工作原理　203
12．3　串行通信口的控制寄存器　204
12．3．1　串行控制寄存器（SCON）　204
12．3．2　电源控制寄存器（PCON）　205
12．4　四种工作方式与波特率的设置　205
12．4．1　方式0　205
12．4．2　方式1　207
12．4．3　方式2　207
12．4．4　方式3　208
12．4．5　波特率的设置　208
12．5　串行通信的应用编程　209
12．5．1　利用串行通信的方式0实现产品
计数显示的电路及编程　209
12．5．2　利用串行通信的方式1实现双机
通信的电路及编程　212
第　13章 I2C总线通信的使用及编程　216
13．1　I2C总线介绍　216
13．1．1　概述　216
13．1．2　I2C总线通信协议　217
13．1．3　I2C总线的数据传送格式　217
13．2　I2C总线存储器24C02（E2PROM）　218
13．2．1　外形与引脚功能说明　218
13．2．2　器件地址的设置　219
13．2．3　读/写操作　219
13．3　单片机与24C02的I2C总线通信电路及
编程　221
13．3．1　模拟I2C总线通信的程序及详解　221
13．3．2　利用I2C总线从24C02读/写一个
数据并用LED显示的电路及
程序详解　226
13．3．3　利用I2C总线从24C02读/写多个
数据的电路及程序详解　228
13．3．4　利用24C02存储按键的操作信息的
电路及程序详解　229
第　14章 A/D与D/A电路及编程　234
14．1　A/D（模/数）与D/A（数/模）转换　234
14．1．1　A/D转换　234
14．1．2　D/A转换　236
14．2　A/D与D/A转换芯片PCF8591　236
14．2．1　外形与引脚功能说明　236
14．2．2　器件地址和功能设置　237
14．3　由PCF8591芯片构成的A/D和D/A
转换电路及编程　238
14．3．1　单片机、PCF8591芯片与8位数码管
构成的A/D和D/A转换及显示电路　238
14．3．2　1路A/D转换并显示转换值的程序及
详解　239
14．3．3　4路电压测量显示的程序及详解　242
14．3．4　D/A转换输出显示的程序及详解　246
第　15章 STC89C5x系列单片机介绍　249
15．1　概述　249
15．1．1　两种版本与封装形式　249
15．1．2　引脚功能说明　251
15．1．3　STC89C5x系列单片机的型号
命名规则　252
15．1．4　STC89C5x系列单片机的常用型号的
主要参数　253
15．2　STC89C5x系列单片机的I/O端口　254
15．2．1　I/O端口上电复位状态与灌电流、
拉电流　254
15．2．2　P4端口的使用　255
15．2．3　I/O端口与外部电路的连接　256
15．3　STC89C5x系列单片机的存储器　257
15．3．1　程序存储器　257
15．3．2　数据存储器　257
15．3．3　STC89C5x系列单片机的特殊功能
寄存器　258
第　16章 电路绘图设计软件基础　261
16．1　Protel 99 SE的组成与设计流程　261
16．1．1　Protel 99 SE的运行环境　261
16．1．2　Protel 99 SE的组成　262
16．1．3　Protel 99 SE设计电路的流程　262
16．2　Protel 99 SE的文件管理与系统
参数设置　263
16．2．1　设计数据库文件的建立、关闭与
打开　263
16．2．2　Protel 99 SE设计界面的介绍　265
16．2．3　文件管理　265
16．2．4　系统参数的设置　270
第　17章 设计电路原理图　272
17．1　电路原理图编辑器　272
17．1．1　电路原理图编辑器界面介绍　272
17．1．2　图纸大小的设置　276
17．1．3　图纸方向、标题栏、边框和颜色的
设置　277
17．1．4　图纸网格的设置　278
17．1．5　图纸文件信息的设置　279
17．1．6　光标与网格形状和颜色的设置　279
17．1．7　系统字体的设置　280
17．2　电路原理图的设计　280
17．2．1　装载元件库　281
17．2．2　查找元件　282
17．2．3　放置元件　283
17．2．4　元件的编辑　285
17．2．5　绘制导线和节点　293
17．2．6　电源和接地符号的放置　298
17．2．7　输入/输出端口的放置　299
17．2．8　元件标号的查找、替换与重排　301
17．3　图形的绘制和文本、图片的编辑　304
17．3．1　直线的绘制　304
17．3．2　矩形的绘制　305
17．3．3　多边形的绘制　305
17．3．4　椭圆弧线的绘制　306
17．3．5　椭圆的绘制　307
17．3．6　扇形的绘制　308
17．3．7　曲线的绘制　309
17．3．8　文本的插入与设置　311
17．3．9　图片的插入与设置　312
17．4　层次原理图的设计　313
17．4．1　主电路与子电路　313
17．4．2　由上向下设计层次原理图　316
17．4．3　由下向上设计层次原理图　320
17．5　原理图报表的生成　321
17．5．1　ERC报表的生成　321
17．5．2　网络表的生成　322
17．5．3　元件清单表的生成　324
17．5．4　交叉参考元件表的生成　325
17．5．5　层次项目组织表的生成　326
17．5．6　原理图的打印输出　326
第　18章 制作新元件　328
18．1　元件库编辑器　328
18．1．1　元件库编辑器的启动　328
18．1．2　元件库编辑器介绍　329
18．2　新元件的制作与使用　330
18．2．1　绘制新元件　330
18．2．2　修改已有的元件　333
18．2．3　绘制复合元件　335
18．2．4　新元件的使用　337
18．3　元件报表的生成与元件库的管理　338
18．3．1　元件报表的生成　338
18．3．2　元件库的管理　340
第　19章 手工设计PCB电路　342
19．1　PCB设计基础　342
19．1．1　PCB的基础知识　342
19．1．2　PCB的设计过程　345
19．1．3　PCB编辑器　346
19．1．4　PCB设计前的设置　347
19．1．5　PCB编辑器参数设置　351
19．2　手工设计PCB的具体方法　356
19．2．1　放置对象　356
19．2．2　手工布局　369
19．2．3　手工布线　375
第　20章 自动设计PCB电路　378
20．1　基础知识　378
20．1．1　PCB的自动设计流程　378
20．1．2　利用原理图生成网络表　378
20．2　自动设计PCB的具体方法　379
20．2．1　自动规划PCB　379
20．2．2　装载元件封装和网络表　384
20．2．3　自动布局元件　388
20．2．4　手工调整布局　390
20．2．5　自动布线　390
20．2．6　手工调整布线　395
20．3　PCB的显示　400
20．3．1　单层显示模式　400
20．3．2　三维显示模式　400
20．4　PCB报表的生成及PCB的打印　401
20．4．1　引脚报表的生成　402
20．4．2　电路板信息报表的生成　402
20．4．3　网络状态报表的生成　403
20．4．4　设计层次报表的生成　403
20．4．5　NC钻孔报表的生成　403
20．4．6　元件报表的生成　405
20．4．7　电路特性报表的生成　407
20．4．8　元件位置报表的生成　407
20．4．9　PCB的打印　408
第　21章 制作新元件封装　411
21．1　元件封装库编辑器　411
21．1．1　元件封装库编辑器的启动　411
21．1．2　元件封装库编辑器介绍　412
21．2　制作新元件封装的方法　412
21．2．1　手工制作新元件封装　413
21．2．2　利用向导制作新元件封装　415
21．3　元件封装的管理　417
21．3．1　查找元件封装　417
21．3．2　更改元件封装名称　418
21．3．3　放置元件封装　418
21．3．4　删除元件封装　418
21．3．5　编辑元件封装引脚焊盘　418