单片机及可编程片上系统实验与实践教程 pdf下载

（1） 本书为国内少有的将EDA技术、51单片机技术及二者结合的SOPC技术整合在同一实验开发平台上进行实验课程开设的配套教材。
（2） 适合多类型和多层次的实验教学需求： 可支撑独立的EDA类基础实验教学及其综合实验教学；可支撑独立的单片机类基础实验教学及其综合实验教学；可支撑EDA和单片机相结合的SOPC实验教学。
（3） 本书是作者在多年实验教学和全国大学生电子设计竞赛培训等工作的基础上编写而成的。书中提供大量的实验项目，其选材既注重内容的典型性和实用性，又强调实验过程的可操作性和延续性。教材中既有原理知识的铺垫，又有基础操作和程序代码的参考，还有综合应用项目的训练，更有创新设计的挑战。不同层次的读者可各取所需，并保持持续的学习兴趣。

　　《单片机及可编程片上系统实验与实践教程》分为三篇，共38章。第一篇为51单片机部分，第1、2章介绍单片机实验板硬件及其开发环境与C语言基础，第3～13章则是通过1 1个典型的单片机实验让读者能够轻松地掌握51单片机；第二篇为可编程片上系统实验部分，第14、15章分别介绍SOPC的实验板硬件环境及软件运行环境（QuartusⅡ），第16、17章分别介绍可编程片上系统实验的基础语言-Verilog HDL和VHDL，第18～36章则为基于该书SOPC开发套件的几个经典实验，由浅人深地引导读者掌握SOPC的运用；第三篇为创新与自主设计实践部分，第37、38章分别为51单片机和SOPC的两个综合实验，让读者在掌握开发套件的各个模块之后，系统性思维能力能够得到进一步的升华与训练。
　　该书各章节编写的分工及安排为：第1～4章、第14～26章由张启升编写，第5～13章由郭林燕编写，第27～33章由赵晓编写，第34～38章由王猛编写；全书由张启升统稿，曾卫华、陈凯、李文豪、乔帅卿、郭丰、吴祯等参与了该书的编写和实验验证。

　　张启升，男，中国地质大学（北京）副教授，博士生导师。主要研究方向为地球物理仪器，共主持和参与50余项科研项目。获2014年度“翟裕生青年教师奖”，国土资源科学技术奖二等奖等荣誉称号。发表科研论文百余篇，以一作或通讯作者发表SCI论文18篇；以一作出版专著1部；获实用新型专利4项，获发明专利10余项。

目录
第一篇 51单片机
第1章 51单片机实验板硬件及其开发环境
1.1 开发套件
1.2 硬件特性
1.3 环境搭建
1.4 体验51单片机
第2章 C51语言基础
2.1 常量
2.2 变量
2.3 运算符
2.4 关键字
2.5 数组
2.6 循环语句
2.7 选择语句
第3章 流水灯
3.1 原理结构
3.2 实例演练
第4章 七段数码管
4.1 原理结构
4.2 实例演练
第5章 键盘
5.1 独立连接式键盘
5.2 矩阵式键盘
5.3 实例演练
第6章 中断
6.1 51单片机中断
6.2 中断应用
6.3 实例演练
第7章 定时器/计数器
7.1 定时器/计数器T0、T1的特殊功能寄存器及方式选择
7.2 定时器/计数器的初始化
7.3 实例演练
第8章 串口
8.1 UART串行口的结构
8.2 串行口的工作方式
8.3 串行口的波特率发生器及波特率
8.4 实例演练
第9章 ADC和DAC模块
9.1 ADC模块原理分析
9.2 ADC模块初始化
9.3 DAC模块原理分析
9.4 实例演练
第10章 测温模块
10.1 DS18B20特性
10.2 DS18B20内部结构
10.3 DS18B20的初始化
10.4 DS18B20的写操作
10.5 DS18B20的读操作
10.6 实例演练
第11章 外接ROM 24C08
11.1 原理分析
11.2 I2C总线协议
11.3 实例演练
第12章 LCD屏
12.1 并行连接方式
12.2 串行连接方式
12.3 显示步骤及显示坐标关系
12.4 实例演练
第13章 蜂鸣器
13.1 原理介绍
13.2 实例演练
第二篇 可编程片上系统实验
第14章 SOPC实验板硬件简介
第15章 Quartus Ⅱ使用入门
15.1 简介
15.2 创建工程
15.3 设计输入
15.4 设计的编译
15.5 设计的仿真验证
15.6 引脚分配
15.7 器件配置
15.8 小结
第16章 Verilog HDL基础
16.1 Verilog HDL的发展历史及特点
16.2 标识符与关键字
16.3 注释
16.4 格式
16.5 数据类型
16.6 赋值
16.7 表达式
16.8 编译指令
第17章 VHDL基础
17.1 硬件描述语言VHDL简介
17.2 VHDL语言程序基本结构
17.3 VHDL的语言要素
第18章 VGA接口驱动实验
18.1 实验目的
18.2 实验原理
18.3 实验步骤
18.4 实验结果
第19章 PS/2接口验证实验
19.1 实验目的
19.2 实验原理
19.3 实验步骤
19.4 实验结果
第20章 USB通信实验
20.1 实验目的
20.2 实验原理
20.3 实验步骤
20.4 实验结果
第21章 TLV320芯片实验
21.1 实验目的
21.2 实验原理
21.3 实验步骤
21.4 实验结果
第22章 Nios Ⅱ软核的设计
22.1 实验目的
22.2 实验步骤
22.3 实验结果
第23章 外设模块的设计
23.1 实验目的
23.2 实验原理
23.3 实验步骤
第24章 SOPC应用系统的生成
24.1 实验目的
24.2 实验步骤
24.3 实验结果
第25章 Nios Ⅱ软核验证及Nios Ⅱ IDE软件的介绍
25.1 实验目的
25.2 实验步骤
第26章 SOPC系统的PIO验证
26.1 实验目的
26.2 实验原理
26.3 实验步骤
26.4 实验结果
第27章 UART控制器的验证
27.1 实验目的
27.2 实验原理
27.3 实验步骤
27.4 实验结果
第28章 PIO中断验证实验
28.1 实验目的
28.2 实验原理
28.3 实验步骤
28.4 实验结果
第29章 定时器验证实验
29.1 实验目的
29.2 实验原理
29.3 实验步骤
29.4 实验结果
第30章 定时器中断实验
30.1 实验目的
30.2 实验原理
30.3 实验步骤
30.4 实验结果
第31章 SOPC的uC/OSⅡ操作系统应用实验
31.1 实验目的
31.2 实验原理
31.3 实验步骤
31.4 实验结果
第32章 EPCS固化及Flash Programmer使用实验
32.1 实验目的
32.2 实验原理
32.3 实验步骤
32.4 实验结果
第33章 以太网接口实验
33.1 实验目的
33.2 实验原理
33.3 实验步骤
33.4 实验结果
第34章 SPI实验
34.1 实验目的
34.2 实验原理
34.3 实验步骤
34.4 实验结果
第35章 I2C实验
35.1 实验目的
35.2 实验原理
35.3 实验步骤
35.4 实验结果
第36章 SD卡实验
36.1 实验目的
36.2 实验原理
36.3 实验步骤
36.4 实验结果
第三篇 创新与自主设计实践
第37章 STC89C51单片机综合编程实验
37.1 实验目的
37.2 实验要求
37.3 实验方案
37.4 实验小结
第38章 数字频率计的设计
38.1 实验目的
38.2 实验要求
38.3 实验方案
38.4 实验小结
参考文献

　　单片机自20世纪70年代诞生以来，发展迅速。它具有结构简单、价格低廉、易于掌握、功能齐全、应用灵活、集成度高、可靠性高等优点，在工业控制、机电一体化、通信终端、智能仪表和家用电器等诸多领域得到广泛的应用，已成为传统机电设备进化为智能化机电设备的重要手段。然而，单片机的应用意义不仅在于它的应用广泛，更重要的是它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和方法，它通过软件来实现硬件电路的大部分功能，简化了硬件电路结构，并实现了智能化的控制。
　　在单片机如火如荼快速发展之时，另一种特殊的嵌入式电子技术——可编程片上系统（System On a Programmable Chip，SOPC）技术也悄然问世。SOPC技术最早由美国Altera公司（目前已被Intel公司收购）在2000年提出，它是一种灵活、高效的系统级芯片解决方案。它将处理器、存储器、I/O口、低电压差分信号（Low-Voltage Differential Signaling，LVDS）等系统需要的功能模块集成到一个可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）上，构成一个可编程的片上系统。SOPC技术是一门全新的综合型电子设计技术，涉及面极广。因此对于新时代创新人才来说，除了需要了解基本的电子设计自动化（Electronics Design Automation，EDA）软件、硬件描述语言和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）器件相关知识外，还要熟悉计算机组成与接口、C语言、嵌入式开发等知识。
　　显然，知识面的拓宽必将推动电子信息及工程类各学科分支与相应课程类别间的融合，而这种融合必将有助于学生设计理念的培养和创新思维的升华。电子信息技术日新月异，以EDA技术和嵌入式微处理器技术为代表的现代电子技术飞速发展，为了紧跟其步伐，培养既有理论知识又有动手能力和创新思想的优秀人才，各院校一直进行着与现代电子技术相关的实践教学。而在实践教学过程中，也存在着不少问题：首先，长期以来独立的单片机和EDA实验教学出现了较明显的分离，一般学生很少有机会同时参与两方面的学习实践；其次，现有的SOPC课程及其实验门槛较高，与基础教学内容脱节；最后，在实践学习中，学生往往关注新的软件、语言和器件方面的知识学习，对实验过程仅限于简单的演示结果复现，缺乏面对实验问题的正确态度和有效解决工程问题的手段。
　　针对上述问题，作者结合自身在校多年的教学经验，以及自己与学生之间的交流探讨，决定将之前独立的EDA和单片机实验平台整合为一体化的实验开发平台；基于本实验平台所开发的51单片机与FPGA硬件，对现有独立的EDA应用实验和单片机应用实验进行优化与整合；并结合全国大学生电子设计竞赛，提出EDA和51单片机相结合的SOPC综合实验训练项目。该综合实验开发平台使单片机技术、EDA技术和SOPC技术相互渗透并融为一体，使得代表最新设计思想的SOPC技术能更广泛地被学生所接受，在培养学生综合实践能力，特别是系统性思维能力的同时，获得更好的教学效果。
　　本书是上述实验教学的配套教材，其特点如下。
　　（1）本书为国内少有的将EDA技术、51单片机技术及二者结合的SOPC技术整合在同一实验开发平台上进行实验课程开设的配套教材。
　　（2）适合多类型和多层次的实验教学需求：可支撑独立的EDA类基础实验教学及其综合实验教学；可支撑独立的单片机类基础实验教学及其综合实验教学；可支撑EDA和单片机相结合的SOPC实验教学。
　　（3）本书是作者在多年实验教学和全国大学生电子设计竞赛培训等工作的基础上编写而成的。书中提供大量的实验项目，其选材既注重内容的典型性和实用性，又强调实验过程的可操作性和延续性。教材中既有原理知识的铺垫，又有基础操作和程序代码的参考，还有综合应用项目的训练，更有创新设计的挑战。不同层次的读者可各取所需，并保持持续的学习兴趣。
　　全书分为三篇，共38章。第一篇为51单片机部分，第1、2章介绍单片机实验板硬件及其开发环境与C语言基础，第3～13章则是通过1 1个典型的单片机实验让读者能够轻松地掌握51单片机；第二篇为可编程片上系统实验部分，第14、15章分别介绍SOPC的实验板硬件环境及软件运行环境（QuartusⅡ），第16、17章分别介绍可编程片上系统实验的基础语言-Verilog HDL和VHDL，第18～36章则为基于本书SOPC开发套件的几个经典实验，由浅人深地引导读者掌握SOPC的运用；第三篇为创新与自主设计实践部分，第37、38章分别为51单片机和SOPC的两个综合实验，让读者在掌握开发套件的各个模块之后，系统性思维能力能够得到进一步的升华与训练。
　　本书各章节编写的分工及安排为：第1～4章、第14～26章由张启升编写，第5～13章由郭林燕编写，第27～33章由赵晓编写，第34～38章由王猛编写；全书由张启升统稿，曾卫华、陈凯、李文豪、乔帅卿、郭丰、吴祯等参与了本书的编写和实验验证。
　　本书在编写和出版过程中，得到了北京大学出版社的大力支持，在此谨向他们表示衷心的感谢。
　　由于作者水平有限，书中难免存在不足或疏漏，恳请广大师生和读者批评指正。