內容簡介
本書從工程套用出發，介紹了電子設計工藝、基本單元電路設計、PIC單片機集成開發環境和線上調試器、PIC單片機專項訓練、專用晶片的原理與套用以及綜合設計實例等內容。
書中介紹的套用電路力求簡單實用，設計的程式全部調試通過，絕大部分程式經過實際工程套用的檢驗。書中的綜合設計實例均來源於實際工程項目，各實例均按實際工程套用原樣給出設計流程圖和彙編語言程式清單，對單片機設計人員有很好的參考價值。
本書可作為電子設計競賽參賽人員的培訓資料，亦可作為電子設計工作者、大中專院校學生課程設計與畢業設計、PIC單片機開發人員的參考書。
前言
全國大學生電子設計競賽是在1993年由原國家教委和電子工業部聯合倡導舉辦的，是高校四大科技競賽之一，得到各高校和廣大學生朋友的熱烈回響，舉辦規模日益擴大。這一賽事對提高各高校的辦學水平和學生綜合素質有切實的幫助。為了幫助廣大學生朋友更好地參加比賽，特地編寫本書。
本書內容實用、工程性強，注重培養學生的綜合分析、製作調試和開發創新能力。本書不僅可作為大學生電子設計競賽的培訓用書，也可作為課外電子製作、課程設計、畢業設計的參考書，也可作為廣大電子工程技術人員進行電子電路設計與製作的參考書。
本書以大學生電子設計競賽所需的知識點為基礎，敘述簡潔，內容較豐富。全書共分6章。第1章介紹電子工藝基礎，即電子設計競賽和從事電子設計人員必備的基本工藝技能，主要內容包括常用器件識別、PCB板設計、PCB板手工製作、焊接工藝等內容。第2章介紹常用的基本單元電路，深入掌握這些基本單元電路，能幫助電子設計者儘快設計出符合要求的硬體電路。本著簡單實用的原則，本章介紹了電源電路、驅動電路、運放電路、信號產生電路、信號處理電路、感測器套用電路、競賽論文寫作等內容。在電子設計競賽和電子產品設計過程中，往往需要用單片機實現比較複雜的控制和運算。在單片機開發的過程中，若有一個集成的開發環境對整個項目進行綜合的管理，對提高項目的開發速度和質量有積極的幫助。因此，第3章介紹PIC單片機的集成開發環境MPLABIDE的使用，以及廉價的PIC單片機實時調試器和編程器MPLABICD2的使用。第4章是單片機專項訓練。在電子設計競賽和許許多多的電子產品設計中，單片機往往是系統的核心，大部分的控制和處理都可以由單片機完成。本書介紹的單片機採用美國Microchip公司推出的高性價比的8位PIC系列單片機。該系列單片機採用RISC精簡指令集、哈佛匯流排結構及二級流水線取指方式，具有片內資源豐富、低價實用、簡單易學等特點。內容包括單片機最小系統的設計、A/D轉換、D/A轉換、按鍵處理、顯示處理、I2C通信、PWM處理、系統程式設計、軟體抗干擾處理等內容。第5章介紹在電子設計競賽和電子工程項目設計中常用的一些專用晶片。為提高競賽速度或項目設計速度，有必要掌握一些常見專用晶片的原理與套用。這主要有MCP41/42系列數字電位器、實時時鐘晶片DS1302、開關電源控制晶片MC34063和TL494、LCD顯示驅動、LED顯示驅動、鎖相環晶片LM567、信號產生晶片ICL8038、步進電機驅動等內容的原理與套用。第6章介紹幾個工程設計實例。綜合設計練習能訓練參賽選手和電子設計工作者的系統設計能力，以及按指標要求設計能力並強化工程概念。本章第1節介紹整機調試的常用方法和應遵循的原則，後4節分別介紹噴料機的設計、三相電機保護器的設計、氬弧焊機的設計和報警器的設計，這幾個設計實例均來源於實際工程項目，軟硬體全部調試通過，書中的軟硬體均照工程套用的原樣給出。
全書由張華林統稿。周小方教授完成4.1~4.7節及6.3~6.5節，其他章節由張華林完成。郭海燕、白炳良兩位高級實驗師提供了部分材料。趙麗霞、林達明、李拱峰三位同志負責校對了部分書稿。劉瑋玲、劉瑋珍、鄭麗梅三位同志負責錄入了全書的文字和繪製部分插圖。劉昶榮、許志勇兩位同志也為本書的出版作了許多有益的工作。北京航空航天大學出版社對本書的出版給予了特別的關心和支持。福州貝能科技有限公司在產品資料和開發工具等方面給予了大力支持。在此向他們一併表示衷心的感謝。
目錄
第1章電子工藝基礎
1.1常用器件識別1
1.1.1電阻1
1.1.2電容器3
1.1.3電感器5
1.1.4半導體二極體6
1.1.5半導體三極體7
1.1.6積體電路10
1.1.7表面貼裝元器件11
1.2PCB板的設計12
1.2.1PCB板的全手工設計步驟12
1.2.2PCB板的半自動化設計步驟13
1.2.3PCB板設計的注意事項13
1.2.4PCB板設計存在的問題14
1.2.5實訓17
1.3手工製作單面PCB板20
1.3.1列印20
1.3.2轉印20
1.3.3腐蝕21
1.3.4鑽孔21
1.3.5清潔板面21
1.3.6上助焊劑21
1.3.7實訓21
1.4焊接工藝21
1.4.1焊接基礎知識21
1.4.2電烙鐵的使用及維護22
1.4.3焊料與焊劑的選用24
1.4.4電烙鐵釺焊要領25
1.4.5兩種焊接實踐27
1.4.6拆焊29
1.4.7實訓30
第2章基本單元電路
2.1電源電路31
2.1.1橋式整流濾波電路31
2.1.2單路固定穩壓電源——78xx三端穩壓電路31
2.1.3雙路固定穩壓電源32
2.1.4單路可調三端穩壓電源33
2.1.5系統電源配置舉例34
2.1.6基準電壓源電路35
2.1.7恆流源電路36
2.1.8升壓與反極性(電荷泵)電路36
2.2驅動電路38
2.2.1發光二極體驅動38
2.2.2繼電器驅動39
2.2.3數碼管靜動態驅動40
2.2.4可控矽驅動41
2.2.5光耦合驅動42
2.2.6直流電機調速驅動43
2.2.7功率管驅動直流電機正反轉43
2.2.8繼電器驅動直流電機正反轉45
2.2.9N溝道MOS管驅動46
2.2.10驅動晶片ULN2003的原理與套用46
2.2.11音頻功率放大晶片lm386的原理與套用47
2.3運算放大電路48
2.3.1運算放大器的分類48
2.3.2反相輸入比例運算電路49
2.3.3同相輸入比例運算電路50
2.3.4反相輸入比例求和電路50
2.3.5差動放大電路50
2.3.6積分運算電路50
2.3.7微分電路51
2.3.8單電源供電同相交流放大器51
2.3.9單電源供電反相交流放大器52
2.3.10運放的選用52
2.3.11實訓53
2.4信號產生電路53
2.4.1由555構成的矩形波信號產生電路53
2.4.2由石英晶體構成的矩形波信號產生電路53
2.4.3由運放構成的正弦波產生電路55
2.4.4由運放構成的方波、三角波產生電路55
2.4.5由單片機構成的信號產生電路55
2.4.6實訓56
2.5信號處理電路57
2.5.1V/I轉換電路57
2.5.2I/V轉換電路57
2.5.3LM331構成的V/F轉換電路57
2.5.4LM331構成的F/V轉換電路58
2.5.5二階有源低通濾波器59
2.5.6二階有源高通濾波器59
2.5.7實訓60
2.6感測器的原理與套用60
2.6.1感測器簡介60
2.6.2鉑電阻溫度感測器61
2.6.3熱敏電阻溫度感測器62
2.6.4集成溫度感測器AD590的原理及其套用63
2.6.5集成溫度感測器DS18B20的原理與套用64
2.6.6濕度感測器HM1500的原理與套用65
2.6.7氣體壓力感測器MPX5700的原理與套用66
2.6.8光敏電阻的原理與套用67
2.6.9霍爾元件及其套用67
2.6.10實訓68
2.7設計報告寫作68
2.7.1設計總結報告的評分標準分析68
2.7.2設計總結報告的內容、要求與應注意的一些問題69
第3章MPLABIDE和MPLABICD2
3.1MPLAB項目管理器介紹73
3.1.1MPLAB的組成73
3.1.2MPLAB的系統要求74
3.1.3MPLAB的安裝與卸載74
3.1.4MPLAB的啟動75
3.1.5MPLAB選單命令75
3.2MPLABIDE的使用89
3.2.1MPLABIDE的功能89
3.2.2編輯原始碼90
3.2.3創建工程項目91
3.2.4編譯項目91
3.2.5運行模擬器92
3.2.6調試應用程式92
3.2.7燒寫晶片94
3.2.8用模擬器的高級特性進行調試95
3.2.9配置工作區和項目調試設定95
3.3線上調試器MPLABICD296
3.3.1MPLABICD2概述96
3.3.2MPLABICD2基於WINDOWSXP的USB安裝97
3.3.3MPLABICD2的接口設計98
3.3.4MPLABICD2的調試模式99
3.3.5MPLABICD2的編程器模式101
3.3.6MPLABICD2調試工程項目101
第4章PIC單片機專項訓練
4.1單片機最小系統硬體設計105
4.1.1最小系統總體結構105
4.1.2電源電路108
4.1.3基準電壓電路108
4.1.412位A/D轉換接口電路110
4.1.512位D/A轉換器接口電路110
4.1.6RS232通信接口電路110
4.1.7按鍵顯示電路111
4.1.8實訓111
4.2按鍵電路112
4.2.1簡單按鍵電路112
4.2.2矩陣按鍵電路113
4.3顯示電路118
4.3.1簡單LED顯示電路118
4.3.2矩陣LED驅動119
4.3.3PIC單片機直接驅動數碼管顯示120
4.3.4外擴驅動數碼管顯示120
4.3.5LED和數碼管共同顯示121
4.4A/D轉換124
4.4.1PIC單片機內部A/D轉換模組124
4.4.2MCP3202實現12位A/D轉換127
4.5D/A轉換131
4.6系統程式設計135
4.6.1系統功能135
4.6.2系統程式流程圖136
4.6.3按鍵子程式137
4.6.4二進制碼轉換為壓縮BCD碼137
4.6.5顯示器掃描子程式138
4.6.6二進制乘法139
4.6.7二進制除法139
4.6.8系統程式清單139
4.6.9實訓168
4.7I2C匯流排168
4.7.1I2C匯流排概述168
4.7.2I2C匯流排數據傳送169
4.7.3I2C匯流排與EEPROM的操作171
4.8PWM信號產生177
4.9常用PIC單片機子程式179
4.9.1雙位元組無符號數加法179
4.9.2雙位元組無符號數減法179
4.9.3單位元組無符號數乘法180
4.9.4雙位元組無符號數乘法180
4.9.5單位元組無符號數除法181
4.9.6雙位元組無符號數除法182
4.9.7單位元組二進制數轉為8421BCD碼183
4.10軟體抗干擾184
4.10.1單片機套用系統軟體的基本要求184
4.10.2軟體冗餘185
4.10.3軟體陷阱186
4.10.4故障自動恢復處理187
4.10.5數字濾波187
4.10.6干擾避開法189
第5章專用晶片的原理與套用
5.1MCP41/42系列數字電位器的原理及程式設計190
5.1.1MCP41/42系列數字電位器的原理和結構190
5.1.2MCP41/42系列數字電位器使用時應注意的問題193
5.1.3MCP41/42系列數字電位器在超聲潔牙機中的套用193
5.1.4MCP41/42系列數字電位器在運放中的套用195
5.1.5實訓：數控運放195
5.2DS1302的原理及程式設計196
5.2.1DS1302的結構及工作原理196
5.2.2DS1302程式設計的注意事項199
5.2.3DS1302在脈動真空滅菌器中的套用199
5.2.4實訓：基於DS1302的萬年曆202
5.3MC34063的原理與套用204
5.3.1MC34063概述204
5.3.2MC34063構成升壓電源204
5.3.3MC34063構成降壓電源205
5.3.4MC34063構成負壓電源206
5.3.5實訓：由MC34063構成降壓可調開關穩壓電源207
5.4LCD顯示模組的原理與程式設計207
5.4.1YDS液晶顯示模組概述208
5.4.2顯示模組串列傳送數據209
5.4.3用戶指令210
5.4.4液晶顯示模組的漢字顯示212
5.4.5使用本模組的注意事項216
5.4.6實訓：液晶顯示模組YDS12864的套用216
5.5MAX7221的原理與套用217
5.5.1概述217
5.5.2MAX7221功能簡介218
5.5.3MAX7221與PIC單片機的連線222
5.6TL494的原理及其套用222
5.6.1TL494的內部結構及其工作原理222
5.6.2寬輸入範圍的開關穩壓電源224
5.6.3實訓：由TL494控制的帶軟啟動的開關電源226
5.7LM567的原理與套用227
5.7.1LM567的內部結構及其工作原理228
5.7.2LM567環路頻寬的設定229
5.7.3LM567在自動洗手器中的套用229
5.7.4實訓：紅外發射接收電路230
5.8ICL8038的原理與套用231
5.8.1ICL8038的內部結構和工作原理231
5.8.2ICL8038構成的函式信號發生器232
5.8.3ICL8038構成的掃頻源232
5.8.4實訓：基於ICL8038的函式信號發生器的設計234
5.9步進電機及其驅動234
5.9.1步進電機概述234
5.9.2反應式步進電機的工作原理235
5.9.3步進電機的選用236
5.9.4步進電機驅動晶片L298238
5.9.5步進電機驅動電路240
第6章綜合設計訓練舉例
6.1整機調試的方法和原則241
6.1.1整機調試的步驟241
6.1.2常用的電路故障排查方法242
6.1.3更換元器件243
6.2自動噴料機的設計244
6.2.1自動噴料機的設計背景及要求244
6.2.2自動噴料機的參考硬體設計244
6.2.3自動噴料機的參考程式設計247
6.3三相電機保護器的設計261
6.3.1三相電機保護器的設計背景及要求261
6.3.2三相電機保護器的參考硬體設計262
6.3.3三相電機保護器的參考程式設計266
6.4晶閘管式氬弧焊機的設計282
6.4.1氬弧焊機控制器的設計要求282
6.4.2氬弧焊機控制器的參考硬體設計283
6.4.3氬弧焊機控制器的參考軟體設計284
6.5無線電話報警系統的設計301
6.5.1無線電話報警系統的設計背景與要求301
6.5.2報警系統後備電源的參考設計302
6.5.3報警系統主電路硬體參考設計313
6.5.4報警系統主電路軟體參考設計317
參考文獻321
