单片机原理与接口技术

朱向庆、鄢磊、林厚健、张强志、黄杰贤、杨冬涛、陈志雄

目录

  • 1 概述
    • 1.1 课程简介
    • 1.2 单片机的结构组成、特点和指标
    • 1.3 单片机的发展历史和产品类型
    • 1.4 计算机进制数、有符号二进制数、二进制编码
    • 1.5 在线测验
  • 2 MCS-51单片机硬件结构和原理
    • 2.1 MCS-51单片机的分类
    • 2.2 单片机硬件结构
    • 2.3 中央处理器(CPU)
    • 2.4 存储器
    • 2.5 并行I/O接口
    • 2.6 时钟电路和时序
    • 2.7 单片机的工作方式
    • 2.8 在线测验
    • 2.9 在线测验(物理师范)
  • 3 MCS-51指令系统及汇编程序设计
    • 3.1 指令系统简介
    • 3.2 指令系统
    • 3.3 汇编语言程序设计
    • 3.4 在线测验
  • 4 MCS-51的C程序设计
    • 4.1 C51概述
    • 4.2 C51语法基础
    • 4.3 C51对MCS-51单片机的访问
    • 4.4 C51程序设计实例
    • 4.5 在线测验
    • 4.6 在线测验(物理师范)
  • 5 MCS-51中断、定时计数器及串行接口
    • 5.1 中断系统
    • 5.2 定时/计数器
    • 5.3 串行口
    • 5.4 在线测验
    • 5.5 在线测验(物理师范)
  • 6 单片机系统基本并行扩展技术
    • 6.1 外部总线、存储器和并行口的扩展
    • 6.2 显示器的扩展
      • 6.2.1 LED数码管
      • 6.2.2 LED点阵
      • 6.2.3 LCD液晶
      • 6.2.4 OLED有机发光二极管
      • 6.2.5 USART HMI串口触摸屏
      • 6.2.6 电子纸
    • 6.3 键盘的扩展
    • 6.4 A/D转换器扩展
    • 6.5 D/A转换器扩展
    • 6.6 在线测验
  • 7 单片机系统开发工具
    • 7.1 Keil C51开发工具及仿真调试
    • 7.2 Proteus仿真软件及调试方法
    • 7.3 51单片机仿真器、编程器及EEPROM擦除器
    • 7.4 图形化开发工具及思路
    • 7.5 国产软件工具
    • 7.6 在线测验
    • 7.7 在线测验(物理师范)
  • 8 STM32单片机
    • 8.1 电子课件
    • 8.2 电子图书
    • 8.3 文档资料
    • 8.4 教学视频
    • 8.5 软件安装
  • 9 实验教学
    • 9.1 多功能微控制器实验箱简介
      • 9.1.1 实验箱布局
      • 9.1.2 各功能模块连接关系
      • 9.1.3 可以完成的实验项目
      • 9.1.4 单片机核心板
      • 9.1.5 仿真实验
      • 9.1.6 下载实验
    • 9.2 实验一 Proteus与Keil的使用
    • 9.3 实验二 LED流水灯与自锁开关
    • 9.4 实验三 定时器实现的循环彩灯
    • 9.5 实验四 单片机与计算机串行通信
    • 9.6 实验五 数码管显示的电子钟
    • 9.7 实验六 1×4独立按键与8×8点阵
    • 9.8 实验七 ICL7109、ADC0809模数转换
    • 9.9 实验八 基于STM32单片机的LED灯控制系统
    • 9.10 单片机与CPLD实验系统
    • 9.11 存在问题的实验报告
  • 10 STC单片机口袋实验板
    • 10.1 预备知识
      • 10.1.1 焊接注意事项
      • 10.1.2 综合测试程序的功能
      • 10.1.3 整体布局与各功能模块
      • 10.1.4 整机电路介绍
    • 10.2 单片机最小系统及实验板的使用
    • 10.3 LED流水灯
    • 10.4 三色LED灯
    • 10.5 数码管
    • 10.6 串行通信
    • 10.7 独立按键
    • 10.8 模数转换(含光照度检测)
    • 10.9 DAC5571数模转换
    • 10.10 PWM-DAC
    • 10.11 DS18B20温度检测
    • 10.12 DS1302实时时钟
    • 10.13 EEPROM存储器
    • 10.14 看门狗
    • 10.15 低功耗运行方式
  • 11 学生参加竞赛获奖作品
    • 11.1 一等奖
    • 11.2 二等奖
    • 11.3 三等奖
    • 11.4 成功参赛奖
    • 11.5 赛前练习作品
二等奖

   一、智能送药小车(计算机浏览器观看视频效果更佳)

  2021年全国大学生电子设计竞赛广东省二等奖,参赛学生:2019级梁锐轩、蔡子颖、覃新晖。

 摘要:本设计主要体现送药小车的智能模式,设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。整个小车平台主要以STM32F401CCU6单片机为控制核心,通过8路灰度传感器识别红线返回电平给主控板实现寻迹行驶;通过K210实现小车在前进的过程中识别房间号并且完成送药功能。通过调试检测各模块,得到正确的信号输出,实现其应有的功能。最后将各个调试成功的模块结合到小车的车体上,结合程序,通过STM32F401CCU6控制,将各模块有效整合在一起,达到所预期的目标,完成最终设计与制作,能使小车在一定的环境中智能化运转

关键词:送药小车;颜色识别;数字识别;巡线


二、一体化快递分类系统

  2022年第九届广东省大学生电子设计竞赛一等奖,参赛学生:2020级刘嘉超、梁二豪、张新雨

 摘要:如今快递行业发展迅速,但快递分拣仍须经过“卸货—>搬货—>拣货”的过程;且受疫情影响,大大增加快递分拣的难度,因此提出实施一体化快递分类的想法。本作品主要由STC12C5A60S2单片机、OpenMV摄像头、MG995舵机、蓝牙模块、称重模块、语音播报模块和消毒模块等组成。通过OpenMV快速识别快递上的二维码,控制舵机的运转角度和直流电机的运转速度进行分拣。本作品主要用于快递分拣,后续也可用于工厂半成品的存储分拣,电商物流等物品的分拣



三、智能教学管理手环

  2014年第五届广东省大学生电子设计竞赛二等奖,参赛学生:2012级林泽鑫、刘俊贤、刘贵林。

 摘要:本系统包含四大部分:学生手环,教师手环,手机控制软件,固定在校园教室、操场或者宿舍的位置节点读写器。其中,学生手环由单片机控制器、摔倒报警系统、溺水报警系统、答题系统构成;教师手环由单片机控制器、液晶显示器和蓝牙模块构成;位置节点由单片机控制器和GSM通信模块构成;手机控制端为自主开发设计的名为“智能手环”软件。各个部分通过nRF24L01通信模块进行通信,教师手环通过蓝牙模块与手机通信。在课堂上,每位学生可通学生手环将自己的选择题答案传送给老师,在教师手环上则会显示每个选项的选择人数,以此帮助教师了解学生对该道题目的掌握情况。在学生发生摔倒或者溺水事件时,系统会发送报警短信到老师或者家长的手机。在学生进入或者离开学校时,系统也会发送短信到家长手机。系统还实现了校园内外定位的功能,可以在手机控制软件上查看各个学生当前的位置和历史行程记录。手环功能众多,使用简单方便。

 关键词:智能手环;答题系统;摔倒报警;溺水报警;校园定位

 林泽鑫同学2016年毕业时考研成功,到华南农业大学攻读硕士学位。刘贵林同学2016年毕业后,进入广州周立功公司就职。


四、无线智能路灯控制系统

  2012年第四届广东省大学生电子设计竞赛二等奖,参赛学生:2009级苏超益、丘祖国,2010级廖桂明。

 摘要:本系统包含计算机控制软件、单片机控制器、光强检测模块、GSM通信模块、nRF24L01通信模块和电源模块六个部分。系统有两种工作方式:智能模式和控制模式。在智能模式下,能够实现按路灯周围环境光照情况自动亮灭灯;在控制模式下,通过计算机软件能够实现单灯控制、整体控制、定时控制、路灯照明亮度调节和路灯照明亮度数据采集等功能。系统还具备路灯故障自动检测功能,确保故障路灯得到及时修复,并且电源可在市电和太阳能蓄电池供电两种方式间自动切换以节约电能。

 关键词:智能路灯;光强度检测;GSM通信;无线通信;计算机监控


五、多功能医疗健康手表

  2016年第六届广东省大学生电子设计竞赛二等奖,参赛学生:2014级林桂源、范泽灏、黄鸿。

 摘要:本作品设计了一种可以同时检测心率和体温,并可以实现计步功能的手表,该装置包括单片机控制器、MLX90614红外测温模块、MMA7455计步模块、系统实时时钟、Pulse Sensor心率模块、OLED12864显示模块、nRF24L01无线通信模块和电源八部分。利用MLX90614红外测温模块及Pulse Sensor心率模块采集到人的实时体温和心率数据,通过nRF24L01无线通信模块将采集到的数据发送到单片机控制器,经过STC89LE5A60S2微控制器进行数据处理,再将数据传到OLED12864显示。同时本作品还可以将计步模块的数据通过STC89LE5A60S2单片机送到OLED12864显示,实现计步功能。该作品可当作一个便携式家用医疗小系统,实时监测体温和心率,并可实现户外运动的计步功能,达到方便、快捷、可自由移动的目的。

 关键词:心率;红外测温;计步;无线通信


六、多网融合的远程分布式家庭无线网络

 2011年第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛二等奖,参赛学生:2007级梁杰,2008级陈宏华、钟耀骏、黄锦鹏

 摘要:提出一种融合WPANsGPRS/GSMPSTNInternet的远程分布式家庭无线网络设计方案。家电网络的网关由LPC2148嵌入式芯片设计,STC12C5A60S2单片机作为家电子节点控制核心。网关和移动触摸屏遥控器通过nRF24L01无线模块监控家电子节点,实现电器智能化、家居环境监测和安全防护。网关还通过GPRS/GSM模块和嵌入式Modem连接GPRS/GSM网络、InternetPSTN,操作者可通过手机或计算机终端远程监控家庭网络。系统具有安全可靠,简单实用,经济便宜,节能低耗,软硬件扩展性强,适用性广,人机交互界面友好的特点,值得推广使用。

 关键词:家庭无线网络;远程监控;无线个域网(WPANs);GPRS/GSM网络;公共电话交换网络(PSTN);Internet


七、基于ZigBee、PSTN和GSM网络的远程分布式温湿度监控系统

  2009年第十届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛二等奖,参赛学生:2006级黄慧敏、吴照栋、李秀辉、钟运良

 摘要:AT89S52STC89C52单片机为核心,利用GSM模块TC35i和嵌入式Modem,将ZigBee无线传感器网络监测到的温湿度数据通过GSM网络和PSTN网络传输给用户手机或远程计算机终端;当温湿度状况超标时,反馈回路可对现场状况进行干预和控制。系统具有硬件成本低廉,软硬件扩展性强,适用性广,人机交互界面友好,管理操作简单,使用方便等优点,具有一定的实用价值。

 关键词:远程监控;无线传感器网络;ZigBee协议 ;GSM模块;嵌入式Modem


八、基于增强现实和人工智能的手语交互翻译器

 2021年第十六届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛二等奖,参赛学生:2018级谢宋汕、李伟鑫、黄金泰、宋世杰、吴晓敏、罗峻峰、李晓烽、刘俊林

 摘要:本项目通过AR增强现实,实现聋哑人和健听者更加直接地交流;通过AI实现手语的识别和翻译;通过在聋哑人和健听者终端来快速双向翻译实现无阻隔地交流。其中的手势识别部分采用AI芯片--K210和深度学习算法来实现,在此基础上,转换成对应的含义通过语音播报模块告知健听者并且显示在健听者的AR眼镜上;而健听者表述的内容将通过语音识别模块识别,与SD卡中的视频数据进行匹配,以视频的方式显示在聋哑人的AR眼镜上。系统划分为:K210进行手势识别、AR眼镜的显示、语音播报及其识别、无线通讯和电源电路的设计。系统采用PythonTensorflowC语言进行编程。采用Yolo3算法进行模型的训练,采用K210进行识别,采用STM32F1F4分别作为聋哑人和健听者主控芯片。

 关键词:手语翻译;深度学习;K210AR眼镜;语音识别


九、基于STM32单片机的老人防跌倒报警腰带

  2022年第九届广东省大学生电子设计竞赛一等奖,参赛学生:2020级曾志豪、李杰信、张泽尧

 摘要:随着老龄化趋势益增,老年人出行安全备受关注,老人跌倒无人扶,不敢扶等现象时有发生。为了保障老年人出行安全,设计本智能腰带。本腰带使用STM32单片机作为主控制器,包含MPU6050姿态检测模块DS18B20测温模块、GPS定位模块、GSM模块、按键及OLED屏、光敏电阻传感器、HC-SR04超声波模块、DS1302时钟模块、ISD1820语音模块LED灯、蜂鸣器模块等。具有老人跌倒报警,短信及拨打电话通知家属,发送跌倒位置等功能,适用于老人出行跌倒的场景