電子工程師自學速成設計篇 第2版

蔡杏山

电工电子领域专家。曾做过十多年的教师，先后在不同的大中专院校任教，所授课程有电子技术基础、收录机、电视机、录像机、VCD影碟机、摄录像机、电子线路、电子测量仪器、电工技术、PLC技术、变频技术等。2008年后蔡老师将工作重心放在了图书写作上，编著的各类电工电子类图书超过100本，开卷数据统计，蔡老师编著的电工电子类图书全国销量总码洋常年排在前三列，开创单本销量10万册以上的好成绩。

第 1章　單片機快速入門 1

1.1　單片機簡介　1

1.1.1　什麽是單片機　1

1.1.2　單片機應用系統的組成　2

1.1.3　單片機的分類　3

1.1.4　單片機的應用領域　4

1.2　一個按鍵控制一隻LED亮滅的單片機應用

　系統開發全過程　4

1.2.1　明確控制要求並選擇合適型號的單片機　4

1.2.2　設計單片機電路原理圖　5

1.2.3　製作單片機電路　6

1.2.4　用Keil 軟件編寫單片機控製程序　7

1.2.5　電腦、下載（燒錄）器和單片機的

　連接　10

1.2.6　用燒錄軟件將程序寫入單片機　12

1.2.7　單片機電路的供電與測試　14

第　2章 數制與C51語言基礎　16

2.1　數制與數制的轉換　16

2.1.1　十進制數　16

2.1.2　二進制數　16

2.1.3　十六進制數　18

2.1.4　二進制數與十進制數的轉換　18

2.1.5　二進制數與十六進制數的轉換　19

2.1.6　單片機的數的表示及運算　19

2.2　C51語言入門　21

2.2.1　常量　21

2.2.2　變量　22

2.2.3　運算符　23

2.2.4　關鍵字　25

2.2.5　數組　26

2.2.6　循環語句（while、do while、

　for語句）　27

2.2.7　選擇語句（if、switch…case語句）　28

第3章　51單片機的硬件系統　30

3.1　8051單片機的引腳功能與內部結構　30

3.1.1　引腳功能說明　30

3.1.2　單片機與片外存儲器的連接與控制　32

3.1.3　內部結構說明　34

3.2　8051單片機I/O埠的結構與工作原理　36

3.2.1　P0埠　36

3.2.2　P1埠　38

3.2.3　P2埠　38

3.2.4　P3埠　39

3.3　8051單片機的存儲器　40

3.3.1　存儲器的存儲單位與編址　40

3.3.2　片內外程序存儲器的使用與編址　41

3.3.3　片內外數據存儲器的使用與編址　42

3.3.4　數據存儲器的分區　42

3.3.5　特殊功能寄存器（SFR）　44

第4章　51單片機編程軟件的使用　48

4.1　Keil C51軟件的安裝　48

4.1.1　Keil C51軟件的版本及獲取　48

4.1.2　Keil C51軟件的安裝　48

4.2　程序的編寫與編譯　50

4.2.1　啟動Keil C51軟件並新建工程文件　50

4.2.2　新建源程序文件並與工程關聯起來　52

4.2.3　編寫程序　54

4.2.4　編譯程序　55

4.3　程序的模擬與調試　58

4.3.1　編寫或打開程序　58

4.3.2　模擬設置　58

4.3.3　編譯程序　59

4.3.4　模擬調試程序　60

第5章　單片機驅動發光二極管的

電路及編程　63

5.1　LED（發光二極管）介紹　63

5.1.1　外形與符號　63

5.1.2　性質　63

5.1.3　檢測　64

5.1.4　限流電阻的阻值計算　64

5.2　單片機點亮單個LED的電路與程序詳解　65

5.2.1　單片機點亮單個LED的電路　65

5.2.2　採用位操作方式編寫點亮單個LED的

　程序及詳解　65

5.2.3　採用字節操作方式編寫點亮單個LED的

　程序及詳解　67

5.2.4　單個LED以固定頻率閃爍發光的

　程序及詳解　67

5.2.5　單個LED以不同頻率閃爍發光的

　程序及詳解　68

5.3　單片機點亮多個LED的電路與程序詳解　70

5.3.1　單片機點亮多個LED的電路　70

5.3.2　採用位操作方式點亮多個LED的

　程序及詳解　70

5.3.3　採用字節操作方式點亮多個LED的

　程序及詳解　71

5.3.4　多個LED以不同頻率閃爍發光的

　程序及詳解　72

5.3.5　多個LED左移和右移的程序及詳解　73

5.3.6　LED循環左移和右移的程序及詳解　74

5.3.7　LED移動並閃爍發光的程序及詳解　76

5.3.8　用查表方式控制LED多樣形式發光的

　程序及詳解　77

5.3.9　LED花樣發光的程序及詳解　78

5.4　採用PWM（脈寬調制）方式調節LED

　亮度的原理與程序詳解　79

5.4.1　採用PWM方式調節LED亮度的原理　79

5.4.2　採用PWM方式調節LED亮度的程序及

　詳解　80

第6章　單片機驅動LED數碼管的

電路及編程　82

6.1　單片機驅動一位LED數碼管的電路與程序

　詳解　82

6.1.1　一位LED數碼管的外形、結構與

檢測　82

6.1.2　單片機連接一位LED數碼管的電路　84

6.1.3　單個數碼管靜態顯示一個字符的

　程序及詳解　84

6.1.4　單個數碼管動態顯示多個字符的

　程序及詳解　85

6.1.5　單個數碼管環形轉圈顯示的程序及

　詳解　86

6.1.6　單個數碼管顯示邏輯電平的程序及

　詳解　87

6.2　單片機驅動8位LED數碼管的電路與程序

詳解　87

6.2.1　多位LED數碼管外形、結構與檢測　87

6.2.2　單片機連接8位共陰型數碼管的電路　89

6.2.3　8位數碼管顯示1個字符的程序及

　詳解　90

6.2.4　8位數碼管逐位顯示8個字符的程序及

　詳解　91

6.2.5　8位數碼管同時顯示8個字符的程序及

　詳解　92

6.2.6　8位數碼管動態顯示8個以上字符的

　程序及詳解　93

第7章　中斷功能的使用與編程　95

7.1　中斷的基本概念與處理過程　95

7.1.1　什麽是中斷　95

7.1.2　中斷的基本概念　95

7.1.3　中斷的處理過程　96

7.2　8051單片機的中斷系統結構與控制

寄存器　96

7.2.1　中斷系統的結構　96

7.2.2　中斷源寄存器　97

7.2.3　中斷允許寄存器IE　98

7.2.4　中斷優先級控制寄存器IP　99

7.3　中斷編程舉例　100

7.3.1　中斷編程使用的電路例圖　100

7.3.2　外部中斷0以低電平方式觸發中斷的

　程序及詳解　100

7.3.3　外部中斷1以下降沿方式觸發中斷的

　程序及詳解　101

第8章　定時器/計數器的使用及編程　104

8.1　定時器/計數器的定時與計數功能　104

8.1.1　定時功能　104

8.1.2　計數功能　105

8.2　定時器/計數器的結構原理　105

8.2.1　定時器/計數器的結構　105

8.2.2　定時器/計數器的工作原理　106

8.3　定時器/計數器的控制寄存器與四種

工作方式　107

8.3.1　定時器/計數器控制寄存器

（TCON）　107

8.3.2　工作方式控制寄存器（TMOD）　108

8.3.3　定時器/計數器的工作方式　108

8.4　定時器/計數器的應用及編程　112

 

8.4.1　產生1kHz方波信號的程序及詳解　112

8.4.2　產生50kHz方波信號的程序及

　詳解　113

8.4.3　產生周期為1s方波信號的程序與

長延時的方法　114

第9章　按鍵電路及編程　116

9.1　獨立按鍵輸入電路與程序詳解　116

9.1.1　開關輸入產生的抖動及軟、硬件

　解決方法　116

9.1.2　單片機連接8個獨立按鍵和8個LED的

　電路　117

9.1.3　一個按鍵點動控制一個LED亮滅的

程序及詳解　118

9.1.4　一個按鍵鎖定控制一個LED亮滅的

程序及詳解　118

9.1.5　四路搶答器的程序及詳解　120

9.1.6　獨立按鍵控制LED和LED數碼管的

　電路　120

9.1.7　兩個按鍵控制一位數字增、減並用

　8位數碼管顯示的程序及詳解　121

9.1.8　兩個按鍵控制多位數字增、減並用

　8位數碼管顯示的程序及詳解　124

9.1.9　按鍵長按與短按產生不同控制效果的

　程序及詳解　126

9.1.10　8個獨立按鍵控制LED和LED數碼管

　顯示的程序及詳解　129

9.2　矩陣鍵盤輸入電路與程序詳解　132

9.2.1　單片機連接16鍵矩陣鍵盤和8位

　數碼管的電路　132

9.2.2　矩陣鍵盤行列掃描方式輸入及顯示的

　程序及詳解　134

9.2.3　中斷觸發鍵盤行列掃描的矩陣鍵盤

　輸入及顯示電路與程序詳解　138

9.2.4　矩陣鍵盤密碼鎖的程序及詳解　144

第　10章 LED點陣和液晶顯示屏的

　使用及編程　149

10.1　雙色LED點陣的使用及編程　149

10.1.1　雙色LED點陣的外形、結構原理與

　檢測　149

10.1.2　單片機配合74HC595芯片驅動

　雙色LED點陣的電路　156

10.1.3　雙色點陣顯示一種顏色字符的

　程序及詳解　157

10.1.4　雙色點陣交替顯示兩種顏色字符的

　程序及詳解　160

10.1.5　字符移入和移出點陣的程序及詳解　163

10.2　1602字符型液晶顯示屏的使用及編程　167

10.2.1　1602字符型液晶顯示屏的硬、軟件

資源　167

10.2.2　單片機驅動1602液晶顯示屏的

　電路　173

10.2.3　1602液晶顯示屏靜態顯示字符的

程序及詳解　174

10.2.4　1602液晶顯示屏逐個顯現字符的

程序及詳解　177

10.2.5　1602液晶顯示屏字符滾動顯示的

程序及詳解　178

10.2.6　矩陣鍵盤輸入與1602液晶顯示屏

　顯示的電路及程序詳解　180

第　11章 步進電機的使用及編程　184

11.1　步進電機與驅動芯片介紹　184

11.1.1　步進電機的結構與工作原理　184

11.1.2　驅動芯片ULN2003　187

11.1.3　五線四相步進電機　188

11.2　單片機驅動步進電機的電路及編程　189

11.2.1　由按鍵、單片機、驅動芯片和數碼管

　構成的步進電機驅動電路　189

11.2.2　用單4拍方式驅動步進電機正轉的

　程序及詳解　190

11.2.3　用雙4拍方式驅動步進電機自動

　正反轉的程序及詳解　191

11.2.4　外部中斷控制步進電機正反轉的

　程序及詳解　193

11.2.5　用按鍵控制步進電機啟動、加速、

　減速、停止的程序及詳解　195

第　12章 串行通信的使用及編程　200

12.1　概述　200

12.1.1　並行通信和串行通信　200

12.1.2　串行通信的兩種方式　200

12.1.3　串行通信的數據傳送方向　202

12.2　串行通信口的結構與原理　203

12.2.1　串行通信口的結構　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　電源控制寄存器（PCON）　205

12.4　四種工作方式與波特率的設置　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　波特率的設置　208

12.5　串行通信的應用編程　209

12.5.1　利用串行通信的方式0實現產品

　計數顯示的電路及編程　209

12.5.2　利用串行通信的方式1實現雙機

　通信的電路及編程　212

第　13章 I2C總線通信的使用及編程　216

13.1　I2C總線介紹　216

13.1.1　概述　216

13.1.2　I2C總線通信協議　217

13.1.3　I2C總線的數據傳送格式　217

13.2　I2C總線存儲器24C02（E2PROM）　218

13.2.1　外形與引腳功能說明　218

13.2.2　器件地址的設置　219

13.2.3　讀/寫操作　219

13.3　單片機與24C02的I2C總線通信電路及

編程　221

13.3.1　模擬I2C總線通信的程序及詳解　221

13.3.2　利用I2C總線從24C02讀/寫一個

　數據並用LED顯示的電路及

　程序詳解　226

13.3.3　利用I2C總線從24C02讀/寫多個

　數據的電路及程序詳解　228

13.3.4　利用24C02存儲按鍵的操作信息的

　電路及程序詳解　229

第　14章 A/D與D/A電路及編程　234

14.1　A/D（模/數）與D/A（數/模）轉換　234

14.1.1　A/D轉換　234

14.1.2　D/A轉換　236

14.2　A/D與D/A轉換芯片PCF8591　236

14.2.1　外形與引腳功能說明　236

14.2.2　器件地址和功能設置　237

14.3　由PCF8591芯片構成的A/D和D/A

轉換電路及編程　238

14.3.1　單片機、PCF8591芯片與8位數碼管

　構成的A/D和D/A轉換及顯示電路　238

14.3.2　1路A/D轉換並顯示轉換值的程序及

詳解　239

14.3.3　4路電壓測量顯示的程序及詳解　242

14.3.4　D/A轉換輸出顯示的程序及詳解　246

第　15章 STC89C5x系列單片機介紹　249

15.1　概述　249

15.1.1　兩種版本與封裝形式　249

15.1.2　引腳功能說明　251

15.1.3　STC89C5x系列單片機的型號

　命名規則　252

15.1.4　STC89C5x系列單片機的常用型號的

　主要參數　253

15.2　STC89C5x系列單片機的I/O埠　254

15.2.1　I/O埠上電復位狀態與灌電流、

　拉電流　254

15.2.2　P4埠的使用　255

15.2.3　I/O埠與外部電路的連接　256

15.3　STC89C5x系列單片機的存儲器　257

15.3.1　程序存儲器　257

15.3.2　數據存儲器　257

15.3.3　STC89C5x系列單片機的特殊功能

　寄存器　258

第　16章 電路繪圖設計軟件基礎　261

16.1　Protel 99 SE的組成與設計流程　261

16.1.1　Protel 99 SE的運行環境　261

16.1.2　Protel 99 SE的組成　262

16.1.3　Protel 99 SE設計電路的流程　262

16.2　Protel 99 SE的文件管理與系統

參數設置　263

16.2.1　設計數據庫文件的建立、關閉與

　打開　263

16.2.2　Protel 99 SE設計界面的介紹　265

16.2.3　文件管理　265

16.2.4　系統參數的設置　270

第　17章 設計電路原理圖　272

17.1　電路原理圖編輯器　272

17.1.1　電路原理圖編輯器界面介紹　272

17.1.2　圖紙大小的設置　276

17.1.3　圖紙方向、標題欄、邊框和顏色的

　設置　277

17.1.4　圖紙網格的設置　278

17.1.5　圖紙文件信息的設置　279

17.1.6　光標與網格形狀和顏色的設置　279

17.1.7　系統字體的設置　280

17.2　電路原理圖的設計　280

17.2.1　裝載元件庫　281

17.2.2　查找元件　282

17.2.3　放置元件　283

17.2.4　元件的編輯　285

17.2.5　繪制導線和節點　293

17.2.6　電源和接地符號的放置　298

17.2.7　輸入/輸出埠的放置　299

17.2.8　元件標號的查找、替換與重排　301

17.3　圖形的繪制和文本、圖片的編輯　304

17.3.1　直線的繪制　304

17.3.2　矩形的繪制　305

17.3.3　多邊形的繪制　305

17.3.4　橢圓弧線的繪制　306

17.3.5　橢圓的繪制　307

17.3.6　扇形的繪制　308

17.3.7　曲線的繪制　309

17.3.8　文本的插入與設置　311

17.3.9　圖片的插入與設置　312

17.4　層次原理圖的設計　313

17.4.1　主電路與子電路　313

17.4.2　由上向下設計層次原理圖　316

17.4.3　由下向上設計層次原理圖　320

17.5　原理圖報表的生成　321

17.5.1　ERC報表的生成　321

17.5.2　網絡表的生成　322

17.5.3　元件清單表的生成　324

17.5.4　交叉參考元件表的生成　325

17.5.5　層次項目組織表的生成　326

17.5.6　原理圖的打印輸出　326

第　18章 製作新元件　328

18.1　元件庫編輯器　328

18.1.1　元件庫編輯器的啟動　328

18.1.2　元件庫編輯器介紹　329

18.2　新元件的製作與使用　330

18.2.1　繪制新元件　330

18.2.2　修改已有的元件　333

18.2.3　繪制復合元件　335

18.2.4　新元件的使用　337

18.3　元件報表的生成與元件庫的管理　338

18.3.1　元件報表的生成　338

18.3.2　元件庫的管理　340

第　19章 手工設計PCB電路　342

19.1　PCB設計基礎　342

19.1.1　PCB的基礎知識　342

19.1.2　PCB的設計過程　345

19.1.3　PCB編輯器　346

19.1.4　PCB設計前的設置　347

19.1.5　PCB編輯器參數設置　351

19.2　手工設計PCB的具體方法　356

19.2.1　放置對象　356

19.2.2　手工佈局　369

19.2.3　手工布線　375

第　20章 自動設計PCB電路　378

20.1　基礎知識　378

20.1.1　PCB的自動設計流程　378

20.1.2　利用原理圖生成網絡表　378

20.2　自動設計PCB的具體方法　379

20.2.1　自動規劃PCB　379

20.2.2　裝載元件封裝和網絡表　384

20.2.3　自動佈局元件　388

20.2.4　手工調整佈局　390

20.2.5　自動布線　390

20.2.6　手工調整布線　395

20.3　PCB的顯示　400

20.3.1　單層顯示模式　400

20.3.2　三維顯示模式　400

20.4　PCB報表的生成及PCB的打印　401

20.4.1　引腳報表的生成　402

20.4.2　電路板信息報表的生成　402

20.4.3　網絡狀態報表的生成　403

20.4.4　設計層次報表的生成　403

20.4.5　NC鑽孔報表的生成　403

20.4.6　元件報表的生成　405

20.4.7　電路特性報表的生成　407

20.4.8　元件位置報表的生成　407

20.4.9　PCB的打印　408

第　21章 製作新元件封裝　411

21.1　元件封裝庫編輯器　411

21.1.1　元件封裝庫編輯器的啟動　411

21.1.2　元件封裝庫編輯器介紹　412

21.2　製作新元件封裝的方法　412

21.2.1　手工製作新元件封裝　413

21.2.2　利用向導製作新元件封裝　415

21.3　元件封裝的管理　417

21.3.1　查找元件封裝　417

21.3.2　更改元件封裝名稱　418

21.3.3　放置元件封裝　418

21.3.4　刪除元件封裝　418

21.3.5　編輯元件封裝引腳焊盤　418