單片機控制技術與應用（簡體書）

《高職高專"十二五"規劃教材:單片機控制技術與應用》可作為高職高專院校機電一體化、電氣自動化、新能源等相關專業的教材，也可作為中職學校機電一體化、電氣自動化、新能源等相關專業的教材。《高職高專"十二五"規劃教材:單片機控制技術與應用》借鑒國內外計算機科學與技術學科和計算機基礎課程體系的研究成果，努力反映計算機科學技術的最新成果和發展趨勢，強調理論與實踐緊密結合，注重能力和綜合素質的培養，通過實例講解原理和方法，引導學生掌握理論方法的實際運用。

學習情境一 單片機的發展和應用領域
1.1.初識單片機
1.1.1什么是單片機
1.1.2單片機發展歷史與高速SOC單片機C8051F
1.1.3Cygnal C8051F系列單片機特點
1.1.4有關C8051系列CPU
1.2單片機介紹
1.2.1MCS 51單片機基本功能介紹
1.2.2CIP 51單片機基本功能介紹
1.3相關知識
1.3.1數制和編碼
1.3.2邏輯運算
1.3.3真值與機器數
1.3.4原碼、反碼、補碼
1.3.5BCD碼
思考題
學習情境二 單片機內部結構
2.1MCS 51單片機基本組成及引腳功能
2.1.1單片機的基本組成
2.1.2單片機的引腳及其功能
2.1.3MCS 51單片機的存儲器
2.2CIP 51單片機基本功能介紹
2.3單片機復位
2.3.1上電復位
2.3.2掉電復位
2.3.3外部復位
2.3.4軟件強制復位
2.3.5時鐘丟失檢測器復位
2.3.6比較器0復位
2.3.7外部CNVSTR引腳復位
2.3.8看門狗定時器復位
思考題
學習情境三 單片機指令系統
3.1指令
3.2程序設計語言
3.3Cygnal（8.0C51）單片機指令
3.4匯編語言的特點
3.5匯編指令的格式
3.6指令系統符號的意義
3.7尋址方式
3.8Cygnal系列單片機指令
3.8.1數據傳送和交換類指令
3.8.2算術操作類指令（24）
3.8.3邏輯運算指令
3.8.4控制轉移類指令
3.8.5位操作指令
思考題
學習情境四 實現交通燈自動控制
4.1匯編語言程序設計概述
4.2偽指令
4.3單片機匯編語言程序的基本結構形式
4.4Cygnal單片機匯編語言程序設計舉例
思考題
學習情境五 在電機控制中應用中斷
5.1中斷系統的概述
5.1.1中斷原理介紹
5.1.2使用中斷的好處
5.2單片機中斷系統結構
5.2.1中斷源
5.2.2中斷控制系統中的特殊功能寄存器（SFR）
5.3中斷響應
5.3.1中斷響應條件
5.3.2中斷響應過程
5.3.3中斷響應時間
5.4外部中斷方式的選擇
5.4.1電平觸發方式
5.4.2脈沖觸發方式
5.5中斷程序設計
5.5.1中斷初始化程序
5.5.2中斷服務程序
思考題
學習情境六 單片機定時器／計數器
6.1定時器／計數器工作原理及結構
6.1.1定時器／計數器結構
6.1.2定時器／計數器控制寄存器
6.2定時器／計數器工作方式
6.2.1方式013位定時器／計數器
6.2.2方式1：16位定時器／計數器
6.2.3方式2：8位自動重裝載的定時器／計數器
6.2.4方式3：兩個8位定時器／計數器（僅定時器0）
6.2.5定時器／計數器的定時／計數范圍
6.3單片機定時器／計數器的應用
6.3.1定時器／計數器的編程和使用方法
6.3.2定時器／計數器的應用實例
6.4門控位的應用
思考題
學習情境七 模擬量輸入與實時控制輸出
7.1模擬量與數字量概述
7.2A／D轉換原理
7.3A／D轉換器及參數指標
7.4典型A／D轉換器芯片ADC0809
7.4.1ADC0809的內部結構及工作原理
7.4.2ADC0809典型應用
7.4.3應用舉例
7.5D／A轉換接口電路
7.5.1D／A轉換器的技術性能指標
7.5.2典型D／A轉換器芯片DAC0832
學習情境八 PWM波輸出
8.1PWM波的產生原理
8.2PWM波變頻控制原理
8.2.1PWM脈寬調制基本知識
8.2.2軟件產生PWM波的調速原理
8.2.3實現任務的軟件方式之一
8.3Cygnal可編程計數器陣列
8.4Cygnal的PCA計數器／定時器
8.5.Cygnal的捕捉／比較模塊
8.5.1邊沿觸發的捕捉方式
8.5.2軟件定時器（比較）方式
8.5.3高速輸出方式
8.5.4頻率輸出方式
8.5.5.8位脈寬調制器方式
8.5.6.16位脈寬調制器方式
8.6PCA0寄存器說明
思考題
學習情境九 串行外設通信SP10與UART
9.1串行通信基礎知識
9.2MCS 51單片機串行口結構及工作方式
9.3串行口的應用
9.4串行外設接口總線（SPI0）
9.4.1信號說明
9.4.2SPI0操作
9.4.3串行時鐘時序
9.4.4SPI特殊功能寄存器
9.5UART0
9.5.1UART0工作方式
9.5.2多機通信
9.5.3幀錯誤和傳輸錯誤檢測
9.5.4UART0特殊功能寄存器
思考題
學習情境十 集成開發環境
10.1系列單片機下載使用
10.1.1ByteBlaster下載線電路
10.1.2AT89S系列的ISP方法
10.2AVR系列的ISP方法
10.3工具箱
10.4硬件連接
10.5軟件安裝
10.6Silabs集成開發環境
10.6.1系統要求
10.6.2匯編程序和連接程序
10.6.3評估版C51C編譯器
10.6.4在Silabs IDE上使用Keil 8051軟件工具
10.6.5源程序實例
10.6.6寄存器定義文件（頭文件）
10.7目標板
10.7.1系統時鐘源
10.7.2按鍵和發光二極管
10.7.3串口J5
10.7.4模擬輸入輸出口J11和J20
10.7.5外擴I／O連接器（J24）
10.7.6電源檢測器禁止跳線器J23
10.7.7目標板JTAG接口J4
10.7.8I／O接口連接器（J12～J19）
10.7.9VREF連接器（J22）
10.8串行適配器
10.9U EC5操作指南
10.9.1U EC5調試適配器操作說明
10.9.2應用專用軟件（U EC5中文編程軟件）快速燒錄C8051FMCU操作說明
10.10在5V系統中應用33V Cygnal單片機解決方案
10.10.1電源選擇
10.10.2用5V輸出驅動3V輸入
10.10.3用3V輸出驅動5V輸入
參考文獻

PWM脈寬調制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率，而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調制周期來實現。這樣，使調壓和調頻兩個作用配合一致，且與中間直流環節無關，因而加快了調節速度，改善了動態性能。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，可用不可控整流器取代相控整流器，使電網側的功率因數大大改善。利用PWM逆變器能夠抑制或消除低次諧波，加上使用自關斷器件，開關頻率大幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波。
PWM變頻電路具有以下特點：
①可以得到相當接近正弦波的輸出電壓；
②整流電路采用二極管，可獲得接近1的功率因數；
③電路結構簡單；
④通過對輸出脈沖寬度的控制，可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動態響應。
現在通用變頻器基本都用PWM控制方式。
脈寬調制（PWM）控制方式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次斜波諧波少。按一定的規則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。
在采樣控制理論中有一個重要的結論，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上，其效果基本相同，沖量既指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同，是指該環節的輸出響應波形基本相同。如把各輸出波形用傅里葉變換分析，則它們的低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。
根據上面的理論，就可以用不同寬度的矩形波來代替正弦波，通過對矩形波的控制來模擬輸出不同頻率的正弦波。例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于π／n，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是PWM形。可以看出，各脈沖寬度是按正弦規律變化的。根據沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦的負半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。
在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時，只要按同一比例系數改變各脈沖的寬度即可，因此在交－直－交變頻器中，整流電路采用不可控的二極管電路即可，PWM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側電壓的幅值。
根據上述原理，在給出了正弦波頻率、幅值和半個周期內的脈沖數后，PwM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準確計算出來。按照計算結果控制電路中各開關器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。