单片机原理与应用实验指导书

单片机原理与应用课程实验指导书 电子、机电及电气工程与自动化 专业适用 吴茂 屈莉莉 王飞 编 佛山科学技术学院 二 00 九 年 十 月 前 言 以往我校的单片机实验教学通常是使用启东 DAIS 系列单片机微机仿真实验系统 进行单片机实验教学的，DAIS 系统可以做二十多项试验，系统机构十分复杂，功能 非常强大，但是在使用过程中也发现了一些不足的地方那个:厂家为了技术保密，把 核心电路都屏蔽了，我们不能了解实验系统的工作原理，另外系统庞大，不方便学 生带回宿舍实验，不方便学生课外学习。 根据我校学生对单片机课程学习的需求,我们在参考其他公司的产品的基础上， 结合课程的实际情况，开发了适合学生入门学习的单片机学习板，FD-51 学习板，该 学习板设置了包括 LED 数码管、LCD1602 液晶、ADDA 转换器件等单元电路，可以做 几十个单片机实验，而且本实验板我们是以配件的形式提供给学生，让学生自己焊 接调试线路板。学生不但可以学习软件编程技术，还可以学习硬件焊接及调试技术， 可以更好地锻炼学生的动手操作能力。 6 目 录 系统介绍2 软件实验： 实验一 清零程序. 4 实验二 拆字程序. 5 实验三 拼字程序. 5 实验四 数据区传送子程序6 实验五 查找相同数个数 .6 硬件实验： 实验A 工业顺顺序控制 7 实验B 简单IO口扩展实验 . 8 实验一 P1口输出流水灯实验 11 实验二 P1口输出交通灯实验 .11 实验三 八段数码管显示实验 .12 实验四 键盘实验 . .12 实验五 遥控解码实验 12 实验六 计数器实验 13 实验七 继电器控制实验. .13 实验八 定时器实验 .14 实验九 单片机串行口通讯实验 .14 实验十 电子时钟 .14 实验十一 外部中断实验（急救车与交通灯） .15 实验十二 AT24C02读写实验. .15 实验十三 93C46读写实验 . . .16 实验十四 LCD1602字符型液晶控制显示实验 16 实验十五 LCD12864点阵型液晶控制显示实验 .17 实验十六 A/D转换(数字电压表)实验17 实验十七 D/A转换(波形发生器) 实验.18 实验十八 计算机温度数据采集与处理 .19 系统介绍 一、FD-51 单片机学习板简介 为了适应我校单片机课程教学的需要，我们在参考其他厂家学习板的基础上， 再根据我校单片机课程教学大纲的要求，基于简单、使用的原则，开发了 FD-51 单 片机实验板。 1、FD-51 单片机学习板特点 采用 STC89*系列在系统可编程(ISP)单片机，利用传统串口就可以对单片机 芯片进行批量烧写，可以当编程器使用。在系统可编程技术即 In System Programming ，插好实验单片机芯片后，可以在系统写入程序代码到芯片内部，烧 写程序时候不用频繁拔下插入芯片，只要鼠标点击即可把程序写入单片机，彻底告 别以前那样用编程器反复烧写拨插芯片的烦恼。 烧写时不再需要 12V 的 VPP 编程电 压，在系统编程使得芯片寿命更长，超过普通芯片 89C51 的 10 倍以上，性能更高， 写入速度更快，稳定性更好，写入完成后自动运行新程序，可以立即查看到程序运 行结果，具有所见即所得特性，修改程序效率极高，易用性接近仿真器，学习使用 更方便、更快捷！ 2、FD-51 学习板集成的硬件资源 FD51 实验板集成了学习单片机常用的各种硬件资源，主要有： 1、集成了 5 位高亮度数码管。可以用于计数器试验、数字显示试验、单片机电 子钟试验和温度测量试验等，通过该试验可以掌握数码管动态扫描的用法。板上 5 位数码管最大计数可达“99999” ，计数最大值仅为“9999” ，其中第五位数码管在温 度测量实验中可以显示温度符号“” ，特别方便温度测量试验。 2、集成了 8 位高亮度 LED 流水灯。可用于交通灯程序实验、流水灯试验，可监 视 P1 口状态或用作硬件标志位。 3、4 只独立按键 K1K4。可用于外中断试验、定时器计数试验、键盘扫描试验 等。 4、蜂鸣器(小喇叭)。可用于单片机声音报警发声试验。 5、继电器。通过继电器控制试验，掌握继电器的驱动原理和编程方法。 6、I2C 串行接口 EEPROM 存储器 24C02。 7、SPI 串行接口 EEPROM 存储器 93C46。 8 8、1602 字符型液晶(LCD)接口。应用范围最广的带背光字符型液晶模块， 1602LCD 可显示 2 行，每行 16 个字符，广泛用于各种便携式仪器仪表中。 。 。通过试 验掌握液晶模块的驱动方法 9、12864 中文液晶模块液晶接口。可显示中文，开发中文液晶应用系统的最常 用液晶器件。 10、RS232 串行通信接口。用来实验单片机和电脑相互通信的接口，可以把单片 机采集到的数据（如 DS18B20 测到的实时温度数据）通过 RS232 串口发送到电脑上 进行后续处理、存储。同时电脑也可以通过 RS232 接口向单片机发出控制指令，比 如控制实验板上的继电器动作等。 11、温度传感器 DS18B20 接口。 12、无线遥控解码接口。 13 TLC1543 串行 10 位 AD 转换器 14 TLC5615 串行 10 位 DA 转换器 二、FD-51 学习板原理图（见同名 PDF 文件） 三、FD-51 学习板元件清单（见同名 PDF 文件） 五、WAV6000 简单使用手册（见同名 PDF 文件） 六、STC-ISP 下载程序的使用（见同名 PDF 文件） 软件实验 实验一 清零程序 一、实验目的 掌握汇编语言设计和调试方法，熟悉键盘操作。 二、实验内容 把 20H-2FH 的内容清零。 三、程序框图 四、实验步骤 用连续或单步方式运行程序，检查 20-2F 中执行程序前后的内容变化。 五、思考 假使把 20H-2FH 中的内容改成 FF，如何修改程序。 六、实验报告要求。 1、在实验报告纸上填写实验项目，实验日期，指导老师等项目，抄写实验目的， 实验内容，画出实验框图。 2、单步运行程序，填写下表内容。 程序语句 运行前寄存器值 理论分析值 实际运行结果值 Org 00h Ljmp star Org 30h Star: mov r0,#20h mov a,#00h mov b,#16 lop1: mov r0,a inc r0 Djnz b,lop1 Sjmp $ 3、写出 20-2F 中执行程序前后的内容变化，说明是否实现实验内容要求。 10 实验二 拆字程序 一、实验目的 掌握汇编语言设计和调试方法。 二、实验内容 把 20H 的内容拆开，高位送 21H 低位，低位送 22H 低位，21H、22H 高位清零， 一般本程序用于把数据送显示缓冲区时用。 三、程序框图 四、实验步骤 用连续或单步方式运行程序，检查 2022H 中内容变化情况。 五、思考 如何用断点方式调试本程序。 六、实验报告要求 参考实验一 实验三 拼字程序实验 一、实验目的 进步掌握汇编语言设计和调试方法。 二、实验内容 把 20H、21H 的低位分别送入 22H 高低位，一般本程序用于把显示缓冲区的数据 取出拼装成个字节。 三、程序框图 四、实验步骤 单步或用断点方式运行程序，检查 22H 内容变化情况。 五、思考 六、实验报告要求 参考实验一 实验四 数据区传送子程序 一、实验目的 掌握 RAM 中的数据操作。 二、实验内容 把 R2 源 RAM 区首址内的 R3 字节数据传送到 R4 目的 RAM 区。 三、程序框图 四、实验步骤 在 R2 中输入源首址(例如 20H)，R4 中输入目的地址(例如 40H)， R3 中输入字 节数(例如 10H)，运行程序，检查 20-30H 中内容是否和 40H-50H 中内容完全致。 五、思考 六、实验报告要求 参考实验一 实验五 查找相同数个数实验 一、实验目的 熟悉汇编语言编程。 二、实验内容 在 202FH 中查出有几个字节是零，把个数放在 30H 中。 三、程序框图 四、实验步骤 在 202FH 的几个单元中填入零，运行本程序后检查 30H 中是几个单元数。 五、思考 修改程序，查找其它内容。 六、实验报告要求 参考实验一 12 硬件实验： 实验 A 工业顺序控制 （设计型） 一、实验目的 掌握工业顺序控制程序的简单编程，中断的使用。 二、设计实验预备知识 1、在工业控制中，像冲压、注塑、轻纺、制瓶等生产过程，都是一些断续生产 过程，按某种程序有规律地完成预定的动作，对这类断续生产过程的控制称顺序控 制，例注塑机工艺过程大致按“合模 注射延时开模产伸 产退” 顺序动 作，用单片机最容易实现。 2、设计实验中可采用用外部中断，编中断服务程序的关键是： .保护进入中断时的状态，并在退出中断之前恢复进入的状态。 .必须在中断程序中设定是否允许中断重入，即设置 EX0 位。 一般中断程序进入时应保护 PSW、ACC 以及中断程序使用但非其专用的寄存器， 本设计实验中未涉及。 三、实验设计内容 1、设计采用 CPU 的 P1 口来控制注塑机的七道工序，利用七只发光二极管的点 亮来模拟控制注塑机的每道工序，低电平有效。 2、设计采用 CPU 的 P1.7 为报警闪光输出。 3、设计采用 CPU 的 P3.7 为报警声音输出。 4、设计采用 CPU 的 P3.2 故障报警按钮，P3.3 为解除报警按钮，P3.4 为运行按 钮。 5、要求设定每道工序之间有 2 秒的延时。 四、实验参考接线图： 参考原理图 五、实验调试步骤 1、用中断方式编写 K1 K2 功能程序及延时程序。 2、用连续方式开始运行程序，此时应在等待开工状态。 3、按 K3,各道工序应正常运行。 4、按 K1，应有声音，闪光报警（人为设置故障） 。 5、按 K2，即排除故障，程序应从报警的那道工序继续执行。 6、按 K3,停止运行。回到等待开工状态。 六、思考： 1、如何用数码管显示工序状态及延时时间？ 实验B 简单I/O口扩展实验 一、实验目的 1、学习仿真软件 PROTEUS 的使用。 2、学习使用串行数据转并行数据芯片 74HC595 的方法及编程技术。 二、实验内容 1、使用 PROTEUS 设计一个包括一个 CPU 及 1 片 74HC595 的串口转并口电路。 2、编程使连接在 74HC595 上的 LED 实现流水灯功能。 三、实验电路 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 14 74HC595 相关资料 74HC595 1 、 描 述 74HC595 是 硅 结 构 的 CMOS 器 件 ， 兼 容 低 电 压 TTL 电 路 ， 遵 守 JEDEC 标 准 。 74HC595 是 具 有 8 位 移 位 寄 存 器 和 一 个 存 储 器 ， 三 态 输 出 功 能 。 移 位 寄 存 器 和 存 储 器 是 分 别 的 时 钟 。 数 据 在 SCHcp 的 上 升 沿 输 入 ， 在 STcp 的 上 升 沿 进 入 的 存 储 寄 存 器 中 去 。 如 果 两 个 时 钟 连 在 一 起 ， 则 移 位 寄 存 器 总 是 比 存 储 寄 存 器 早 一 个 脉 冲 。 移 位 寄 存 器 有 一 个 串 行 移 位 输 入 （ Ds） ， 和 一 个 串 行 输 出 （ Q7） ,和 一 个 异 步 的 低 电 平 复 位 ， 存 储 寄 存 器 有 一 个 并 行 8 位 的 ， 具 备 三 态 的 总 线 输 出 ， 当 使 能 OE 时 （ 为 低 电 平 ） ， 存 储 寄 存 器 的 数 据 输 出 到 总 线 。 8 位 串 行 输 入 /输 出 或 者 并 行 输 出 移 位 寄 存 器 ， 具 有 高 阻 关 断 状 态 。 三 态 。 2、 特 点 ： 8 位 串 行 输 入 /8 位 串 行 或 并 行 输 出 存 储 状 态 寄 存 器 ， 三 种 状 态 输 出 寄 存 器 可 以 直 接 清 除 100MHz 的 移 位 频 率 3、 输 出 能 力 ： 并 行 输 出 ， 总 线 驱 动 ； 串 行 输 出 ； 标 准 中 等 规 模 集 成 电 路 595 移 位 寄 存 器 有 一 个 串 行 移 位 输 入 （ Ds） ， 和 一 个 串 行 输 出 （ Q7） ,和 一 个 异 步 的 低 电 平 复 位 ， 存 储 寄 存 器 有 一 个 并 行 8 位 的 ， 具 备 三 态 的 总 线 输 出 ， 当 使 能 OE 时 （ 为 低 电 平 ） ， 存 储 寄 存 器 的 数 据 输 出 到 总 线 。 4、 参 考 数 据 : CPD 决 定 动 态 的 能 耗 ， PD CPDVCCf1+ (CLVCC2f0) F1 输 入 频 率 ， CL 输 出 电 容 f0 输 出 频 率 （ MHz） Vcc=电 源 电 压 5、 引 脚 说 明 符 号 引 脚 描 述 Q0Q7 15， 1， 7 并 行 数 据 输 出 GND 8 地 Q7 9 串 行 数 据 输 出 MR 10 主 复 位 （ 低 电 平 ） SHCP 11 移 位 寄 存 器 时 钟 输 入 STCP 12 存 储 寄 存 器 时 钟 输 入 OE 13 输 出 有 效 （ 低 电 平 ） DS 14 串 行 数 据 输 入 VCC 16 电 源 6、 功 能 表 输 入 输 出 功 能 SHCP STCP OE MR DS Q7 Qn L L NC MR 为 低 电 平 时 仅 仅 影 响 移 位 寄 存 器 L L L L 空 移 位 寄 存 器 到 输 出 寄 存 器 H L L Z 清 空 移 位 寄 存 器 ， 并 行 输 出 为 高 阻 状 态 L H H Q6 NC 逻 辑 高 电 平 移 入 移 位 寄 存 器 状 态 0， 包 含 所 有 的 移 位 寄 存 器 状 态 移 入 ， 例 如 ， 以 前 的 状 态 6（ 内 部 Q6”） 出 现 在 串 行 输 出 位 。 L H NC Qn 移 位 寄 存 器 的 内 容 到 达 保 持 寄 存 器 并 从 并 口 输 出 L H Q6Qn 移 位 寄 存 器 内 容 移 入 ， 先 前 的 移 位 寄 存 器 的 内 容 到 达 保 持 寄 存 器 并 出 。 7、 注 释 H 高 电 平 状 态 L 低 电 平 状 态 上 升 沿 下 降 沿 Z 高 阻 NC 无 变 化 无 效 当 MR 为 高 电 平 ， OE 为 低 电 平 时 ， 数 据 在 SHCP 上 升 沿 进 入 移 位 寄 存 器 ， 在 STCP 16 上 升 沿 输 出 到 并 行 端 口 。 实验一 P1口亮灯实验 （输出流水灯实验） 一 、验目的 1、学习 P1 口的使用方法。 2、学习延时子程序的编写和使用。 二、实验内容： 1、P1 口做输出口，接八只发光二极管，编写程序，使发光二极管循环点亮。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 六、实验报告要求 1、在实验报告纸上填写实验项目，实验日期，指导老师等项目，抄写实验目的， 实验内容，画出实验框图，写出实验程序。 实验二 P1口亮灯实验 （输出交通灯实验） 一 、验目的 1、学习 P1 口的使用方法。 2、学习延时子程序的编写和使用。 二、实验内容： 1、编写程序，使连接在 P1 口的 LED 发光二极管按交通灯的逻辑顺序显示。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 六、实验报告要求 1、在实验报告纸上填写实验项目，实验日期，指导老师等项目，抄写实验目的， 实验内容，画出实验框图，写出实验程序。 实验三 八段数码管显示实验 四、实验目的 1、学习数码管的工作原理。 2、学习数码管与单片机的连接，静态显示及动态显示的编程方法。 3、学习计时器的编程。 五、实验内容 1、编程使学习板的 LED 能静态显示字符。 2、编程使学习板的 4 位数码管能实现动态显示 20-23H 的内容。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验四 键盘实验 一 、验目的 1、学习 P1 口作为输入的使用方法。 2、学习延时子程序的编写和使用。 二、实验内容： 1、P1 口做输入口，接 4 个轻触开关，编写程序，检测开关是否按下。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验五 遥控解码实验 一 、验目的 1、学习遥控解码器的原理及使用方法。 18 2、学习遥控解码器与单片机的连接方法及编程。 二、实验内容： 1、设置遥控解码板密码，连接解码板。 2、编写程序，将键值显示在数码管。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验六 定时器、计数器实验 一 、验目的 1、学习定时器的编程及使用方法。 二、实验内容： 1、编写程序，实现从 0000-9999 的技术及显示。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验七 继电器控制实验 一 、验目的 1、学习继电器的工作原理。 2、学习继电器与单片机的连接方法及编程。 二、实验内容： 1、阅读原理图，掌握继电器与单片机的连接电路。 2、编写程序，控制继电器做断开，吸合的动作。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验八 蜂鸣器实验 一 、验目的 1、学习蜂鸣器的工作原理。 2、学习蜂鸣器与单片机的连接方法及编程。 二、实验内容： 1、阅读原理图，掌握蜂鸣器与单片机的连接电路。 2、编写程序，控制蜂鸣器做发出 BIBI 声。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验九 单片机串行口通讯实验 一、实验目的 1、通过实验了解单片机与计算机通讯的原理、编程方法。 2、通过实验了解 RS-232 接口结构及电平转换电路。 二、实验内容 上位机运行通讯调试软件，编程使得 FD-51 学习板能接受及发送数据。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 四、思考 实验十 电子时钟 一 、验目的 20 1、综合应用定时器、按键、数码管、蜂鸣器、继电器。 二、实验内容： 1、编写一个具有校准时间及设置定时时间功能的电子时钟，运行到定时时间 蜂鸣器报警，继电器接通。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验十一 外部中断实验（急救车与交通灯） 一 、验目的 1、学习单片机外中断的工作原理及编程方法。 二、实验内容： 用发光管模拟交通灯，用 LED 数码管显示计时，P3.2 接一个开关模拟紧急按钮， 没按键是交通灯正常运行，有按键中断后， 返回继续正常显示。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验十二 AT24C02读写实验 一 、验目的 1、学习 I2C 总线的原理。 2、学习 AT24C02 与单片机的连接方法及编程。 二、实验内容： 1、阅读原理图，掌握 AT4C02 与单片机的连接电路。 2、编写程序，将一串数据“1234”数字写入 AT24C02。 3、编写程序，将保存在 AT24C02 的数据 1234 读出，在数码管上显示出来。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验十三 93C46读写实验 一 、验目的 1、学习 SPI 总线的原理。 2、学习 AT93C46 与单片机的连接方法及编程。 二、实验内容： 1、阅读原理图，掌握 AT4C02 与单片机的连接电路。 2、编写程序，将一串数据“1234”数字写入 AT93C46。 3、编写程序，将保存在 AT93C46 的数据 1234 读出，在数码管上显示出来。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验十四 LCD1602字符型液晶控制显示实验 一 、验目的 1、学习字符型液晶显示器的原理及应用。 2、学习 RT1602C 与单片机的连接方法及编程。 二、实验内容： 1、阅读原理图，掌握 RT1602 与单片机的连接电路方法。 2、编写程序，使液晶显示器能显示“FOSHAN YNIVERITY” 。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 22 五、思考 实验十五 LCD12864点阵型液晶控制显示实验 一 、验目的 1、学习点阵型液晶显示器的原理及应用。 2、学习 RT12864 与单片机的连接方法及编程。 二、实验内容： 1、阅读原理图，掌握 12864 与单片机的连接电路方法。 2、编写程序，使液晶显示器能显示“佛山大学” 。 三、程序框图 四、实验步骤 1、编写编译程序，下载运行，检验运行结果 五、思考 实验十六 A/D 转换器实验 一、目的和要求 1、了解串行 A/D 转换器 TLC1543 的工作原理。 2、掌握 A/D 转换器程序设计方法以及与 AT89C52 单片机的接口电路。 3、掌握 A/D 转换实验上机调试方法。 二、实验内容 1、将 TLC1543 的 IN0 通道连接到实验板上的可调直流 05V 电源上。要求 A/D 转换的数字量，在实验板数码管上以十进制形成显示出来，取三位小数。 2、编写和调试由单片机控制的 TLC1543 串行 A/D 转换、数据变换和数码管显 示程序。 3、测量 A/D 转换器 TLC1543 的零点误差和线性度。 四、实验原理 1、参照 TLC1543 使用说明及实验板原理图及参考程序。 五、实验步骤 1、实验连线，将实验板上 TLC1543 的 A0 端连接到实验板直流 05V 电源上 （可调电阻电压输出端） 。 2、编写 TLC1543 串行 A/D 转换程序、数据变换和 LED 数码显示程序。 3、将 PC 计算机上编写的实验程序代码下载到单片机实验板上，并调试程序。 4、调节可调电阻，输出 0V 电压，记录数码管显示，测量其零点误差；调节可 调电阻，输出一组电压值（05V） ，记录下数码管显示数据和数字万用表测 量数据，将数据填入自行设计的表格中（分度值可取 0.5V） ，根据数码管显 示数据和万用表测量数据分别在坐标纸上画出 TLC1543 的线性度曲线，分 析误差产生的原因。 六、实验注意事项 1、注意 PC 计算机与开发板的正确连线。 2、注意调试程序的方法和技巧，在实验报告上说明调试过程的体会。 实验十七 D/A 转换器实验 一、目的和要求 1、了解 D/A 转换器 TLC5615 的工作原理， 2、掌握 D/A 转换器与单片机连接的接口电路和程序设计方法。 3、掌握 D/A 转换实验上机调试方法。 二、实验内容 1、从 TLC5615 串行口输入数字量，通过 D/A 转换产生锯齿波、方波和三角波。 2、用示波器观察并记录下输出波形。 四、实验原理 参照 TLC5615 使用说明及实验板原理图及参考程序。 五、实验步骤 1、编写调试程序 2、用示波器观察 DAOUT 段的波形。 24 六、实验注意事项 1、注意电脑与开发板的连线的正确 2、