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| 編輯推薦： |
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机器人是将技术和趣味结合好的平台，同时也是将传感器技术、射频识别技术、单片机控制技术、通信技术乃至机械技术融为一体的优秀工程训练载体。本书是一本基于单片机的整合基础传感、控制、通信技术的教材，为学生精炼讲解单片机并以机器人为载体提供基本的工程训练。不仅仅是理论，而真正是软硬件应用案例，从电路到代码到平台到测试。
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| 內容簡介： |
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本书以C51单片机为例，从应用角度出发，详细介绍了其片内硬件资源及工作原理，以及采用C51语言编程，重点介绍了单片机应用的各种技术实现，如输入输出、中断、定时/计数、串行通信、并行扩展、模数转换等，并在单片机虚拟仿真平台 Proteus进行了设计与验证。此外，本书还简要介绍了开发工具Keil 、Proteus与 STCISP的使用。本书从实战角度出发，设计了以增强型51单片机STC89/STC12为控制核心的移动智能机器人平台，以物流分拣、无人驾驶和电脑鼠走迷宫为应用案例背景实现机器人的智能功能，可为读者智能测控系统的软硬件设计提供参考与借鉴。 本书可作为高等院校物联网、机器人、计算机、通信、智能、电子电气及自动化等专业单片机原理及应用、传感器检测技术、物联网控制与通信技术、机器人技术及智能测控等课程的教材，也可作为计算机、电子以及智能车设计竞赛的自学或培训教材，还可供各类电子工程、自动化技术人员和计算机爱好者参考。
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| 關於作者： |
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潘勇，男，天津大学工学博士，副教授。主要研究方向为物联网通信与控制、智能机器人、无线传感网络。发表论文20余篇，其中SCI/EI收录12篇，CSCD收录6篇。授权专利18项。
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| 目錄：
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第1章单片机与机器人概述1
1.1微控制器与单片机1
1.2单片机的应用1
1.3单片机的发展趋势2
1.4单片机的品种3
1.5机器人简介6
思考题6
第2章单片机硬件原理7
2.1AT89C51单片机7
2.1.1AT89C51单片机的硬件组成7
2.1.2AT89C51单片机的引脚功能7
2.1.3AT89C51单片机的处理器9
2.1.4AT89C51单片机的存储器10
2.1.5AT89C51单片机的时序11
2.1.6AT89C51单片机的小系统11
2.2STC89C52RC单片机11
2.3STC12C5A60S2单片机12
2.3.1STC12C5A60S2单片机的硬件组成12
2.3.2STC12C5A60S2单片机的引脚功能13
2.3.3传统8051过渡到STC12系列16
思考题17
第3章C51程序设计18
3.1标准C语言与C51语言18
3.2C51的数据类型18
3.3C51的运算量19
3.3.1常量19
3.3.2变量20
3.4C51的运算符23
3.4.1算术运算符23
3.4.2关系运算符24
3.4.3逻辑运算符24
3.4.4位运算符25
3.4.5赋值运算符25
3.4.6指针与地址运算符26
3.4.7逗号与条件运算符26
3.5C51的流程控制语句26
3.5.1C51的基本结构26
3.5.2if语句27
3.5.3switch/case语句28
3.5.4while语句30
3.5.5do while语句30
3.5.6for语句31
3.5.7break语句和continue语句32
3.5.8return语句32
3.6C51的函数32
3.6.1函数的定义32
3.6.2函数的调用33
3.7C51的数组与指针34
3.7.1数组34
3.7.2指针37
3.7.3地址的访问39
3.8工具软件的基本使用41
3.8.1集成开发软件Keil41
3.8.2虚拟仿真软件Proteus47
3.8.3下载烧写软件STCISP53
思考题56
第4章单片机内部资源与常用接口57
4.1输入/输出57
4.1.1控制发光二极管显示58
4.1.2检测按键状态60
4.1.3控制数码管显示63
4.2中断67
4.2.1中断源68
4.2.2控制中断的特殊功能寄存器68
4.2.3中断函数69
4.2.4中断应用70
4.3定时/计数器71
4.3.1控制定时/计数器的特殊功能寄存器71
4.3.2定时/计数器应用72
4.4串行口78
4.4.1控制串行口的特殊功能寄存器78
4.4.2工作方式与波特率79
4.4.3串行口通信应用81
4.5并行扩展数据存储器626485
4.5.1地址锁存器芯片74LS37386
4.5.2数据存储器芯片626486
4.5.3单片机与6264的接口与编程87
4.6并行扩展输入/输出芯片8255A89
4.6.1输入/输出芯片8255A简介89
4.6.2输入/输出芯片8255A的控制字89
4.6.3单片机与8255A的接口与编程89
4.7并行扩展模数转换器ADC080992
4.7.1模数转换器技术指标92
4.7.2模数转换器ADC080993
4.7.3单片机与ADC0809的接口与编程94
4.8液晶LCD160295
4.8.1LCD1602液晶显示模块95
4.8.2LCD1602液晶显示模块的引脚功能97
4.8.3LCD1602液晶显示模块命令与功能98
4.8.4单片机与LCD1602的接口与编程100
4.9温度传感器DS18B20104
4.9.1单总线104
4.9.2温度传感器DS18B20简介105
4.9.3温度传感器DS18B20的工作时序106
4.9.4温度传感器DS18B20命令107
4.9.5单片机与DS18B20的接口与编程107
思考题112
第5章机器人结构与车体资源114
5.1机器人系统组成114
5.2机器人车体控制器116
5.3机器人车体传感器117
5.3.1红外传感器的工作原理117
5.3.2机器人车体传感器接口电路118
5.3.3机器人车体传感器编程119
5.4机器人车体执行器120
5.4.1PWM控制直流电机的工作原理120
5.4.2机器人车体执行器接口电路121
5.4.3机器人车体执行器编程122
5.5机器人车体显示器123
5.5.1机器人车体显示器接口电路123
5.5.2机器人车体显示器编程123
5.6机器人电源124
思考题125
第6章机器人通信板资源126
6.1通信板硬件组成126
6.1.1控制器127
6.1.2发光二极管、按键与蜂鸣器127
6.1.3液晶LCD12864与OLED128
6.1.4温度传感器DS18B20129
6.1.5无线通信129
6.1.6RS232串行口通信129
6.1.7通信板电源130
6.2串行口2131
6.2.1控制串行口2的特殊功能寄存器131
6.2.2串行口2通信应用133
6.3液晶LCD12864138
6.3.1LCD12864液晶显示模块138
6.3.2LCD12864液晶显示模块的引脚功能139
6.3.3LCD12864液晶显示模块命令与功能140
6.3.4单片机与LCD12864的接口与编程143
思考题148
第7章机器人无线通信149
7.1无线数字通信149
7.1.1电磁波传播与损耗149
7.1.2分贝与分贝毫瓦150
7.1.3工作频率与通信距离151
7.1.4无线通信芯片的技术指标151
7.2阻抗匹配与天线152
7.2.1阻抗与阻抗匹配152
7.2.2天线152
7.3调制方式153
7.3.1幅移键控153
7.3.2频移键控153
7.3.3高斯频移键控154
7.4SPI总线154
7.4.1SPI总线接口功能154
7.4.2SPI总线的工作原理154
7.4.3单片机SPI总线应用编程155
7.5短距离无线通信芯片NRF24L01156
7.5.1内部结构156
7.5.2引脚功能157
7.5.3工作模式158
7.5.4配置NRF24L01的SPI指令161
7.5.5NRF24L01的内部寄存器与功能162
7.5.6NRF24L01的数据包格式168
7.5.7NRF24L01短距离无线通信模块168
7.5.8机器人点对点无线通信编程169
思考题179
第8章机器人智能循迹180
8.1机器人系统结构180
8.2地图与功能描述181
8.3机器人智能循迹编程182
8.3.1智能控制逻辑与算法182
8.3.2智能循迹参考程序184
思考题191
第9章机器人智能超车192
9.1机器人系统结构192
9.2地图与功能描述193
9.3机器人智能超车编程195
9.3.1智能控制逻辑与算法195
9.3.2智能超车参考程序198
思考题223
第10章机器人智能旅行224
10.1机器人系统结构224
10.2地图与功能描述226
10.3机器人智能旅行编程228
10.3.1智能控制逻辑与算法228
10.3.2智能旅行参考程序231
思考题259
附录A本书智能机器人零配件清单262
附录B本书通信板电路原理图264
参考文献265
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| 內容試閱：
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单片机自20世纪80年代问世以来，以其优异的性能在工业检测与自动化控制、仪器仪表、网络与通信、家用电器、汽车电子、医疗设备、物联网及机器人等诸多领域得到广泛的应用，已对人类社会产生重大影响。
由于Intel公司51内核的8位单片机获得的巨大成功，以51内核技术为主导的单片机是目前我国多数高校都在讲授的机型。随着技术的进步，不断有8位、16位以及32位的新型高性能单片机出现，有一种观点认为现在已经可以选择更高端的32位单片机作为单片机入门学习和讲授的机型。然而，从实践看，作者认为51内核单片机并未过时。
首先，51内核单片机具有极强的生命力。由于嵌入式计算机选型需要综合考虑成本、体积、功能等各种因素，51内核单片机一直没有退出应用，其依然在当前各个嵌入式领域占有重要位置。其次，作为单片机元祖级内核架构，经过数十年发展，51内核单片机做到了成本低廉、开发简便、资料齐全。同时，其中央处理器架构和内部资源也在不断演进和优化，增强型51内核单片机不断涌现，功能更加强大。再次，随着大数据、人工智能、云计算以及物联网时代的到来，作为万物互联信息感知终端控制器的无线单片机很多依然在采用51架构，以满足体积、成本、功耗等要求。后，51内核已经开源，国内多家芯片公司都将其集成到自身产品中作为控制核心。综上所述，51内核单片机依然是单片机入门学习的机型。
本书详细介绍了美国Atmel公司的AT89C51单片机和国内宏晶科技的STC89C52RC与STC12C5A60S2单片机的工作原理及应用，并研发了嵌入式通信板和慧净电子的电动小车组成移动机器人平台，以单片机为控制核心实现若干智能功能。
1. 本书特点
（1） 本书以实用为宗旨。前4章用众多的实例讲解51单片机原理和硬、软件开发技术。内容组织上综合考虑读者的认知规律和工程应用背景，原理阐述精炼，不追求面面俱到，而做到重点突出，真正强调应用，注重与主流技术接轨。在传统并行接口技术内容上适度删减，主要突出设计和编程思路，更多的内容是针对当前工程设计主流器件。后6章以机器人为平台，以单片机为控制核心，综合传感器、无线通信、人工智能等当前物联网及机器人主流技术，完成智能循迹、无人驾驶、迷宫搜索等若干机器人智能功能的软硬件开发。
（2） 使用当前主流的开发工具。将先进的单片机虚拟仿真软件Proteus用于单片机内部资源和常用外部接口的仿真实践。编程语言方面，与汇编语言相比，C51语言具备诸多优点，因此本书的编程语言均采用C51。本书对C51的集成开发软件Keil、虚拟仿真软件Proteus和下载烧写软件STCISP从实际使用的角度进行了介绍。
（3） 精心设计项目，提升动手能力。摆脱验证性、重复性实验，部分借鉴全国大学生电子设计竞赛控制题的思路精心设计项目。在计算机上即可完成前4章原理与接口的所有编程和仿真实验而无须额外成本，读者还可充分利用Proteus库器件进一步学习部分主流器件开发。后6章使用通信板结合电动小车构建低成本移动机器人平台，通过精心设计的智能题目，可以接触到机器人智能应用的若干原型。参考程序均给出了详尽注释，有利于读者对智能控制逻辑和算法的掌握。通过不断提升和改进项目的设计，注重与工程应用背景的结合，可使读者得到单片机智能机器人系统设计与调试的完整训练。
2. 本书内容
本书共分10章。第1 章介绍有关单片机的基本概念、应用、发展趋势，对目前流行的各类单片机品种及机器人概念进行简单介绍。第2章对AT89C51单片机、STC89C52RC单片机以及STC12C5A60S2单片机片内的基本硬件结构及硬件资源进行介绍。第3章介绍C51语言程序设计基础，同时介绍Keil 集成开发软件、Proteus虚拟仿真软件和STCISP下载烧写软件的使用。第4章介绍单片机内部集成资源、常用接口扩展资源及编程。第5、6章分别介绍机器人电动小车车体和嵌入式通信板的硬件资源及编程。第7章选择一款经典无线通信模块介绍机器人的无线通信功能及编程。第8章介绍机器人智能循迹功能的设计与编程实现。第9章对机器人智能超车、无线呼叫功能的设计与编程实现进行介绍。第10章介绍机器人智能旅行，完成路径搜索和远程监控功能的设计与编程。
3. 如何使用本书
对于51单片机的初学者来说，应该从本书的第1章开始进行学习，以了解51单片机的基本知识和使用方法，掌握51单片机典型的内部资源和扩展资源的硬件接口技术，以及C51语言编程技术，学完第1～10章，即可满足从事单片机应用系统开发的基本要求。
对于已经具有一定51单片机基础的读者来说，可以直接从第5章开始学习，重点理解和掌握使用51单片机和C51语言开发融合感知、通信、拖动、交互技术的应用系统。同时，读者可以进一步利用本书的机器人软硬件平台资源自行设计完成更多的智能项目。
建议本书的理论课安排为48学时左右，实验课16学时。
4. 我们的经验
学习单片机技术开发应用系统，关键是让学习者迅速地找到适合自己的学习方法，并在时间看到自己的学习成果。机器人无疑是将技术性和趣味性结合好的平台，同时也是将传感器技术、自动识别技术、单片机控制技术、通信技术乃至机械技术融为一体的优秀工程训练载体。创新的步乃是模仿，读者在不断完成机器人各种智能功能的实践中，逐渐提升软硬件设计和系统调试能力，一步步进入单片机应用系统开发领域。
本书图文并茂，实用性强，便于读者练习和自学，适合作为高等院校物联网、机器人、计算机、通信、智能、电子电气及自动化等专业单片机原理及应用、传感器检测技术、物联网控制与通信技术、机器人、计算机控制及智能测控等课程的教材，也适合作为计算机、电子以及智能车设计竞赛的自学或培训教材，还可供各类电子工程、自动化技术人员和计算机爱好者参考。
潘勇完成本书第1～10章全部章节内容的编写，同时设计制作了机器人嵌入式通信板，并编写了书中大部分调试程序。李志宏同学参与了第4章的编写。李志宏、汪仁杰同学共同参与完成第8～10章的智能机器人系统软件编写、硬件调试与运行结果验证。刘伟、秦福红、姚尤斌、魏琰青、申传鹏、高爽洲、王松、马阅、李星光同学参与本书部分图形的绘制及仿真案例的电路绘制与程序调试工作，在此一并表示感谢。同时感谢参考文献和网络资源的作者们，本书借鉴了他们的部分成果，他们的工作给了我很大的帮助和启发。在此也要感谢慧净电子提供的基础技术资料和稳定的低成本电动小车平台，从而能让机器人的若干智能功能得到进一步发挥。天津大学刘开华教授、南开大学孙桂玲教授、高艺高级实验师为提高书稿的质量，提出了不少宝贵的修改意见；本书出版得到了清华大学出版社张玥编辑和常建丽编辑的大力支持，在此表示衷心的感谢。
尽管作者力求完美，但限于自身水平，书中难免出现错误与疏漏之处，敬请广大读者批评指正。
潘勇2020年10月
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