船舶导航系统信息接口技术及应用实践

　　《船舶导航系统信息接口技术及应用实践》主要内容包括单片机基础和导航系统通用的信息接口技术两部分。单片机基础部分主要介绍51单片机基础应用和扩展应用；导航系统通用的信息接口技术包括自整角机/旋转变压器轴角-数字转换、异步串行通信、CAN总线和交换式以太网的技术基础及其在导航系统中的基本应用方法，如典型接口电路设计、数据通信协议、数据网络构建等，内容紧密联系船舶导航系统中的应用实际。单片机基础部分的内容可以为导航系统信息接口教学实践奠定基础。

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目录
第1章 51单片机基本应用 1
1.1 单片机概述 2
1.1.1 单片机的作用 2
1.1.2 单片机的发展历史及现状 3
1.1.3 如何学习单片机 8
1.2 单片机开发准备 8
1.2.1 Keil C51软件的安装 9
1.2.2 USB转串口芯片CH340T驱动程序的安装 10
1.2.3 STC单片机程序下载工具软件 12
1.3 用单片机I/O口点亮LED灯 12
1.3.1 单片机的引脚和I/O口 13
1.3.2 单片机*小应用系统 13
1.3.3 LED灯的控制电路 15
1.3.4 软件设计与下载 15
1.3.5 1个LED灯的循环亮灭控制 21
1.3.6 8个LED灯的亮灭控制 22
1.4 用单片机I/O口控制数码管显示 24
1.4.1 七段数码管及其显示控制 24
1.4.2 单片机控制数码管亮灭的方法 25
1.4.3 数码管控制芯片MAX7219 27
1.4.4 基于MAX7219的数码管控制电路 31
1.4.5 数码管显示递增计数值 32
1.5 用单片机I/O口读取按键 34
1.5.1 按键布置方案 35
1.5.2 键盘消抖 36
1.5.3 读取按键的软件设计 36
1.5.4 单片机I/O口应用方法总结 42
1.6 单片机内部的定时器/计数器 43
1.6.1 单片机定时器/计数器的概念与设置 43
1.6.2 单片机定时器/计数器的工作方式 45
1.6.3 单片机定时器/计数器应用举例 47
1.7 单片机内部的异步串行通信接口UART 49
1.7.1 关于异步串行通信的几个概念 49
1.7.2 异步串行通信协议 51
1.7.3 51单片机的异步串行通信接口UART 52
1.7.4 8位方式串行通信举例 56
1.7.5 9位方式串行通信举例 57
1.7.6 51单片机P3口第二功能 59
1.8 单片机的中断 60
1.8.1 中断的概念 60
1.8.2 8051单片机的中断源与中断标志位 60
1.8.3 与中断有关的特殊功能寄存器 61
1.8.4 有关中断的单片机软件设计 64
1.8.5 中断应用举例 66
1.9 单片机的存储器 69
1.9.1 只读存储器 70
1.9.2 数据存储器 70
1.9.3 特殊功能寄存器 72
1.9.4 存储变量读取速度的测试 74
本章练习题 78
第2章 51单片机扩展应用 79
2.1 液晶显示器LCD1602的使用 80
2.1.1 字符型LCD1602简介 80
2.2.2 LCD1602的读写时序 83
2.2.3 LCD1602的指令 84
2.2.4 在LCD1602上显示字符 86
2.2 I2C总线及其应用举例 89
2.2.1 I2C总线协议 89
2.2.2 I2C总线的通信时序 91
2.2.3 I2C总线器件AT24C02 92
2.2.4 AT24C02记录开机次数 95
2.3 D/A转换与A/D转换 100
2.3.1 D/A转换原理 101
2.3.2 A/D转换原理 104
2.3.3 DA/AD转换器PCF8591 109
2.3.4 用PCF8591进行电压采样与输出 113
2.4 单片机定时器/计数器T2的应用 119
2.4.1 定时器T2的寄存器 120
2.4.2 定时器T2的三种工作模式 121
本章练习题 125
第3章 自整角机和旋转变压器信号接口技术 126
3.1 自整角机原理 127
3.1.1 控制式自整角机 128
3.1.2 力矩式自整角机 131
3.1.3 自整角机的电气零位 133
3.2 自整角机轴角数字转换技术 134
3.2.1 自整角机的信号特征 134
3.2.2 基于格雷编码的轴角数字转换 135
3.2.3 基于AD采样的轴角数字转换方法 137
3.2.4 基于轴角数字转换模块的轴角数字转换电路 139
3.3 旋转变压器原理及接口技术 144
3.3.1 正余弦旋转变压器 145
3.3.2 线性旋转变压器 146
3.3.3 用一对旋转变压器测量差角 147
3.3.4 旋转变压器轴角数字转换技术 148
3.4 数字轴角转换技术 148
3.4.1 数字-自整角机/旋转变压器转换器的原理 149
3.4.2 数字-自整角机/旋转变压器转换器的应用 150
本章练习题 151
第4章 异步串行通信及其在船舶导航系统中的应用 152
4.1 串行通信技术概述 153
4.1.1 串行通信的含义与特点 153
4.1.2 数据传送方式 153
4.1.3 信号调制解调 154
4.1.4 异步串行通信协议 155
4.1.5 同步串行通信协议 156
4.1.6 串行通信差错控制 157
4.2 异步串行通信接口电气标准 159
4.2.1 RS-232C接口标准 159
4.2.2 RS-422A接口标准 167
4.2.3 RS-485接口标准 170
4.2.4 RS-232C/RS-422A/RS-485三种接口标准电气特性比较 173
4.2.5 RS-232C/RS-422A电气特性测试实验 174
4.3 异步串行通信在船舶导航系统中的应用 176
4.3.1 国际标准IEC61162与NMEA0183 176
4.3.2 NMEA0183接口协议与数据格式 177
4.3.3 基于NMEA0183的常用导航设备输出典型报文 178
4.3.4 NMEA0183数据接收实践—GPS/BD模块报文接收显示 182
本章练习题 183
第5章 CAN总线及其在船舶导航系统中的应用 185
5.1 CAN总线概述 186
5.1.1 CAN总线的由来 186
5.1.2 CAN总线的特点 187
5.1.3 CAN总线组网方法 187
5.2 CAN总线的报文帧 190
5.2.1 帧类型 190
5.2.2 数据帧与远程帧格式 191
5.2.3 总线仲裁 194
5.2.4 位同步 195
5.2.5 位填充 196
5.3 CAN控制器SJA1000及其应用 197
5.3.1 SJA1000概述 197
5.3.2 SJA1000基本模式下的寄存器功能 199
5.3.3 SJA1000基本模式及应用实践 210
5.3.4 SJA1000扩展模式及应用实践 222
5.4 CAN收发器82C250 233
5.5 CAN总线在船舶导航系统中的应用 235
5.5.1 NMEA2000（IEC 61162-3）协议介绍 235
5.5.2 应用举例 237
本章练习题 240
第6章 交换式以太网及其在船舶导航系统中的应用 242
6.1 计算机局域网概述 243
6.1.1 局域网的拓扑结构 243
6.1.2 共享式以太网 245
6.1.3 交换式以太网 246
6.1.4 以太网标准 248
6.1.5 局域网的层次结构与协议 249
6.1.6 数据的封装 255
6.2 小型局域网组网实践 258
6.2.1 IP地址和子网掩码设置 258
6.2.2 设备配置与连接 259
6.2.3 测试网络连通性 260
6.2.4 用ARP查询MAC地址 261
6.2.5 用UDP收发工具收发数据 262
6.3 交换式以太网在船舶导航系统中的应用 265
6.3.1 国际标准IEC61162-450数据包 265
6.3.2 自定义数据格式举例 266
本章练习题 270
参考文献 271
附图