单片机应用技术与Proteus仿真—基于IAP15W4K58S4

采用任务驱动情境化设计，四个学习情境基本涵盖单片机应用开发的所有方面。

配有硬件资源完整丰富的单片机实训板原理图和Proteus 仿真图，可有效提升学生的实践动手能力。

配有智慧职教平台的在线课程“单片机综合实践”，便于线上线下混合式教学的开展。

STC单片机是在传统8051单片机内核的基础上进行大幅度改进、升级、优化而来的新一代增强型8051单片机，具有高速、高可靠、低功耗、外设模块多、ISP升级程序方便、价格低廉等显著优点。同时STC公司是我国本土企业，是全球最大的8051单片机设计公司，因性能出众，领导着行业的发展方向，被用户评为8051单片机全球第一品牌。近年来，随着我国国产化战略的加速推进，STC 单片机正越来越广泛地应用于教育科研、工业控制、消费电子、智能家居等各领域。

本书主要讲述的是IAP15W4K58S4单片机，它是STC公司生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是目前STC最先进的芯片之一，具有宽电压、高速、高可靠、低功耗和超强抗干扰的优点，采用STC第九代加密技术，无法解密，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍。其内部资源十分丰富，具有4KB SRAM数据存储器、58KB Flash程序存储器、5个定时器、4个独立UART、1 个SPI接口、8通道10位高速A/D、2路CCP/PCA/PWM、6路带死区控制的专用PWM、1 个比较器等，内部集成高精度R/C时钟与高可靠复位电路，支持2.5～5.5V宽工作电压范围，支持USB直接下载程序和串口下载程序，只需提供电源就能成为单片机最小系统，只需加上一个USB转串口芯片或RS-232电平转换芯片再与计算机相连就能成为一个功能完善的仿真系统，程序仿真调试非常方便。

编者结合自己十余年的单片机教学和指导学生竞赛的经验，花费近三年的时间编写本书，本书具有以下特点：

（1）本书采用任务驱动的情境化教学设计，根据典型电子产品的构成与功能，同时根据单片机工程师岗位的工作内容，分为显示系统、键盘系统、测控系统、通信系统四个学习情境，基本涵盖了单片机应用开发的所有方面。每个学习情境由多个从易到难的实训任务组成，并将各学习情境所需要的单片机知识、C语言知识、芯片应用、编程方法等内容融入实训任务之中。在内容设计上，本书既考虑了知识体系的系统性，又考虑了实训任务由简到繁的综合性，以及理论与实践之间的相互渗透性，体现了高职教育“教学做一体化、理实一体化”的教学特色。本书的教学设计可以使学生快速上手，激发学生的学习兴趣，提高学习的积极性与主动性，取得较好的教学效果。

（2）本书配套有编者团队自行开发设计的单片机实训板原理图和Proteus 仿真图，实训任务可以先采用Proteus软件进行虚拟仿真，通过仿真掌握单片机硬件电路的设计与连接，同时理解程序执行的逻辑流程，仿真通过后，再采用单片机实训板进行实物验证，实物验证过程中需要根据实际电路连接，修改调试程序，最终实现任务功能。采用单片机实训板和Proteus仿真，便于“虚实相结合”的教与学，可有效提升学生的实践动手能力。

（3）本书配套有智慧职教平台（https://www.icve.com.cn）的在线课程“单片机综合实践”，该课程是深圳职业技术大学主持的国家高等职业教育电子信息工程技术专业教学资源库项目的子项目课程，由编者团队负责建设，于2018年10月立项，2022年10月通过验收，课程包含与教材同步的教学课件、微课视频、例程等全套丰富的教学资源，非常便于线上线下混合式教学的开展。

胡燕清、葛建新、杨黎对本书进行了总体策划，对全书统稿。胡燕清编写了学习情境3和学习情境4，葛建新编写了学习情境2，杨黎编写了学习情境1，罗琪对全书进行了校对，广东雅达电子股份有限公司的龙斌、孙耀工程师为本书实训项目提出了很多修改意见，为本书的编写提供了很大的帮助，在此表示衷心的感谢。本书由河源职业技术学院电子信息工程技术省级高水平专业群建设项目资助出版。

由于时间仓促和编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，恳请读者提出批评和建议。编者邮箱：huyanqing8199@163.com。

学习情境1 显示系统的设计与制作 1
任务1.1 STC单片机开发环境搭建 1
【任务描述】 1
【知识链接】 1
1.1.1 什么是单片机 1
1.1.2 STC单片机实训板 5
【任务实施】 6
任务1.2 跑马灯的设计与制作 16
【任务描述】 16
【知识链接】 17
1.2.1 认识IAP15W4K58S4单片机 17
1.2.2 IAP15W4K58S4单片机I/O端口 19
1.2.3 IAP15W4K58S4单片机存储器结构 26
1.2.4 IAP15W4K58S4单片机的时钟与复位 38
【任务实施】 40
【技能拓展】 42
任务1.3 数码管显示系统的设计与制作 42
【任务描述】 42
【知识链接】 43
1.3.1 数码管的结构 43
1.3.2 数码管的工作原理 43
【任务实施】 45
【技能拓展】 49
任务1.4 字符型LCD显示系统设计与制作 50
【任务描述】 50
【知识链接】 50
1.4.1 字符型LCD屏的种类 50
1.4.2 字符型LCD屏工作原理 50
【任务实施】 52
【技能拓展】 59
习题1 59
学习情境2 键盘系统设计与制作 61
任务2.1 非编码键盘系统设计与制作 61
【任务描述】 61
【知识链接】 61
2.1.1 键盘去抖动 62
2.1.2 独立键盘 62
2.1.3 矩阵键盘 62
【任务实施】 66
【技能拓展】 71
任务2.2 摇杆系统设计与制作 71
【任务描述】 71
【知识链接】 71
2.2.1 中断概述 71
2.2.2 IAP15W4K58S4单片机中断系统 72
2.2.3 IAP15W4K58S4单片机A/D转换器 79
【任务实施】 85
【技能拓展】 90
习题2 91
学习情境3 测控系统设计与制作 93
任务3.1 简易频率计设计与制作 93
【任务描述】 93
【知识链接Ⅰ】 94
3.1.1 IAP15W4K58S4单片机定时/计数器概述 94
3.1.2 IAP15W4K58S4单片机定时/计数器T0和T1 95
【任务实施】 102
【技能拓展I】 106
【知识链接Ⅱ】 107
3.1.3 IAP15W4K58S4单片机定时/计数器T2、T3和T4 107
3.1.4 IAP15W4K58S4单片机可编程时钟输出 113
3.1.5 IAP15W4K58S4单片机的看门狗定时器 116
【技能拓展Ⅱ】 118
任务3.2 循迹小车设计与制作 118
【任务描述】 118
【知识链接】 119
IAP15W4K58S4单片机CCP/PCA/PWM模块 119
【任务实施】 140
【技能拓展】 153
任务3.3 两路互补SPWM输出系统设计与制作 153
【任务描述】 153
【知识链接】 154
带死区控制的增强型PWM波形发生器 154
【任务实施】 164
【技能拓展】 171
习题3 171
学习情境4 通信系统设计与制作 174
任务4.1 主从分布式多机串口通信系统设计与制作 174
【任务描述】 174
【知识链接】 175
4.1.1 串行通信基础 175
4.1.2 IAP15W4K58S4单片机串行口 178
4.1.3 串行通信总线标准及接口技术 199
4.1.4 通信的校验方法与协议 210
【任务实施】 215
【技能拓展】 220
任务4.2 SPI通信系统设计与制作 220
【任务描述】 220
【知识链接】 220
IAP15W4K58S4单片机的SPI接口 220
【任务实施】 237
任务4.3 I2C通信系统设计与制作 240
【任务描述】 240
【知识链接】 240
I2C总线接口技术 240
【任务实施】 248
【技能拓展】 250
习题4 250
习题答案 252
附录 STC15单片机实训板原理图 253
参考文献 258

1. 全媒体编辑实战（基于AI） [杨秋梅]
2. WorkBuddy提效手册：AI 办公与智能工作流实战指南 [何伟　韩旭　编著]
3. 无人机结构与系统 [主编　蒋小波]
4. 用英语讲中国建筑文化 [韩松　吕静　赵妍　齐媛媛等　编]
5. 电路分析基础实验教程 [主编 张玲玉 李德庆 李凤霞 ]
6. Ansys Workbench热学仿真指南与实例详解（流固热电耦合Mechanical+Fluent） [周艺 编著]
7. 数据库技术与应用（SQL Server） [主编 沙有闯 朱小娟]
8. 网络规划设计师备考一本通（适配第3版考纲） [夏杰 编著]
9. 八秩芳华 敦品致远——北方工业大学建校80周年征文集 [北方工业大学　编]
10. 大学生素质拓展指导 [郭亮]
11. 移动通信全网建设技术与应用 [主编　向宁　张琦　李智]
12. 大模型通识 [张成文 著]
13. 信息技术与人工智能实训 [主编 彭冬梅]
14. 信息技术与人工智能 [主编 罗茜]
15. 爆笑学英语：句句有梗的英文段子 [丁睿 编著]
16. 2025年湖南省金融业发展报告 [主编 王志辉 任璐]
17. 露易丝•格丽克诗歌中的“自我”研究 [李昂 著]
18. Ansys Workbench Mechanical 机械结构仿真指南与实例详解 [蔡宜时 编著]
19. 基于价值共创的生态文旅战略协同研究—以水利风景区为例 [王腾 董青 周海炜 著]
20. 数字化转型推动旅游产业升级的路径研究 [郭晓丽　著]
21. 中华水文化•水利名人文化 [毕雪燕 马卓 郭凯旋 费昕 马]
22. 遇见通州——副中心文明小书创作大赛获奖作品集 [主编　吕宇翔]
23. 潮白河流域岸带植物及水生生物图谱 [北京市水务规划研究院　著]
24. 用英语讲中国5000情景词 [董妍奇　编著]
25. 泥石流大石块冲击力计算方法实验研究 [易伟 赵怀宝 著]
26. 高职院校“双师型”教师领导力模型构建与应用研究 [杨晓倩　著]
27. 《公共机构节约用水管理办法》释义与实践 [国家机关事务管理局公共机构节能]
28. 绿色低碳发展的公共机构方案——2024-2025年度公共机构绿色低碳转型课题集 [国家机关事务管理局公共机构节能]
29. 数字化转型对企业高质量发展的影响研究 [金英兰　著]
30. 英语教学论与实践探索 [金虹 著]