单片机原理与应用技术实验指导书(v2.3)

单片机原理与应用技术 实验指导书 （Freescale） 机械工程学院机械电子工程教研室 王晓峰 实验一 飞思卡尔嵌入式实验系统入门GPIO 控制实验 一、实验目的： 熟悉CodeWarrior集成开发环境及飞思卡尔嵌入式实验开发系统 掌握AW60的GPIO结构及控制方法 掌握CodeWarrior工程结构及创建汇编工程 熟悉汇编指令及应用汇编语言编程方法 二、实验内容 1运用CodeWarrior新建工程，进行工程程序编辑、编译、下载、调试； 2利用飞思卡尔嵌入式实验开发系统根据实验需要进行硬件连接； 3. 观察示例工程项目，该工程功能为：根据连接在PTC0、PTC1口上的两个拨动开关的状态，控制接 中PTB口上的八个LED处在以下二种不同状态：八个LED同时亮-灭循环；四个灯交替亮-灭； 4.设计一个比示例工程简单的工程项目，内容为控制PTB口上连接的八个LED灯同时亮-灭循环一次再 四个灯交替亮-灭一次。 5设计一个比示例工程更复杂一些的工程项目，根据连接在PTC口上的两个拨动开关的状态，控制 接中PTB口上的八个LED处在以下四种不同状态：八个LED亮灭循环；四个灯交替亮灭；一个LED左移 流水灯；两个LED右移流水灯。 三、实验步骤（注意：在调试过程中如需要进行连接线路时，要先将实验箱断电，待电路连 接好后再接通电源！） 1将飞思卡尔嵌入式实验开发系统实验箱接上电源，写入器BDM接头插接入核心卡BDM座，USB头接 入PC机USB口。 2PC机上启动CodeWarrior，新建工程LED.mcp(注意设置工程保存路径) 3观察工程文件结构，查看相应文件。 4在main.asm中编辑工程主文件 5编辑相关子程序 6编译，如果有错误修改，直至编译通过 7链接、下载，调试观察LED灯现象 第 3 页 图1-1 LED及拨动开关原理图 四、参考程序 1主汇编程序 main.asm 该程序为根据PTD口的PTD0上接的拨动开关的状态控制连接在PTB 口上的八个LED灯 在四亮四暗状态或八个灯同时亮同时暗的状态 XDEF asm_main XREF MCUInit XREF DelayHX INCLUDE derivative.inc INCLUDE light.inc INCLUDE switch.inc MyCode: SECTION ; this assembly routine is called the C/C+ application asm_main: JSR MCUInit JSR Switch_Init JSR Light_Init M_Scan: JSR Switch_Read LDA $70 CMP #$01 BNE M01 LDA #0 GN D Vcc 拨码开关 导线接插点 JSR Light_On_Off LDHX #$0fff JSR DelayHX LDA #1 JSR Light_On_Off LDHX #$0fff JSR DelayHX BRA M_Scan M01: CMP #$02 BNE M02 JSR Light_Half LDHX #$0fff JSR DelayHX M02: BRA M_Scan RTS ; return to caller 2、LED灯构件程序light.asm ;Light.asm小灯驱动-* ;本文件包含: * ; (1)Light_init:定义控制小灯的MCU的I/O引脚为输出 * ; (2)Light_On_Off:驱动小灯“亮“,“ 暗“ * ;-* ;小灯驱动所需头文件 INCLUDE MC9S08AW60.inc ;MCU映像寄存器名 ;小灯控制引脚宏定义 Light_P: equ PTBD ;灯(Light)接在PTB口 Light_D: equ PTBDD ;相应的方向寄存器 Lon: equ $00 Loff: equ $ff Ldiff: equ $0f ;声明外部函数 XDEF Light_Init ;小灯初始化 XDEF Light_On_Off ;驱动小灯“ 亮“,“ 暗“ XDEF Light_Half ;驱动小灯“四亮“,“四灭“ ;Lightinit:定义控制小灯的MCU引脚为输出-* ;功能:定义控制小灯的MCU引脚为输出, 并使小灯初始为暗 * ;-* Light_Init: LDA #$FF STA Light_P ;设置初始时八个LED灯全灭 LDA #$FF STA Light_D ;设置LED所接PTB口为输出 第 5 页 RTS ;Light_On_Off:驱动小灯“亮“,“灭“-* ;功能:根据A 的值控制小灯的亮和暗 * ;-* Light_On_Off: CMP #0 BNE Light_1 LDA #Lon STA Light_P BRA Light_Exit Light_1: CMP #1 BNE Light_Exit ;入口非L/A,程序无响应 LDA #Loff STA Light_P Light_Exit: RTS ;Light_Half:驱动小灯 “四亮“,“四灭“-* ;功能:根据A 的值控制小灯的亮和暗 * ;-* Light_Half: LDA Light_P CMP #Ldiff BNE Light_half1 LDA #Ldiff STA Light_P BRA L_exit Light_half1: LDA #Ldiff STA Light_P L_exit: RTS 3、拨动开关控制程序Switch.asm ;switch.asm开关状态输入-* ;本文件包含: * ; (1)Switch_init:定义连接开关的 MCU的I/O引脚为输入 * ; (2)Switch_read:读取开关状态 * ; (3)RAM$70保存开关状态 ;-* ;小灯驱动所需头文件 INCLUDE MC9S08AW60.inc ;MCU映像寄存器名 XDEF Switch_Init XDEF Switch_Read ;开关连接引脚宏定义 Switch_P: equ PTCD Switch_D: equ PTCDD S_K1: equ 0 S_K2: equ 1 ;Switch_Init:定义连接开关的I/O为输入-* Switch_Init: BCLR S_K1,Switch_D BCLR S_K2,Switch_D RTS ;Switch_Read:读取连接开关的 I/O口数据, 取出开关状态-* ;RAM$70保存开关状态 * ;-* Switch_Read: PSHA LDA #0 STA $70 BSET S_K1,$70 BSET S_K2,$70 LDA Switch_P AND $70 STA $70 PULA RTS 4、延时通用程序DelayHX.asm XDEF DelayHX DelayHX: PSHA ;A进栈(保护寄存器A) CPX #0 ;X变址寄存器中的值是否为0 BEQ DelayHX_Exit DelayHX_1: LDA #200 ;延时约200*5=1000(T)- DelayHX_2: NOP ;(1T) NOP ;(1T) DBNZA DelayHX_2 AIX #-1 ;(HX - 1) - HX CPHX #0 BNE DelayHX_1 DelayHX_Exit: 第 7 页 PULA ;A出栈(恢复寄存器A) RTS ;MCUInit.asmAW60芯片初始化子程序-* ;功 能: * ; 系统初始化设置,设置ICGC1和ICGC2 寄存器,SOPT的寄存器* ; 设置,由外部晶振f = 4MHz,产生内部总线时钟f = 20MHz * ;入 口:无 * ;出 口:无 * ;-* INCLUDE MC9S08AW60.inc ;MCU映像寄存器名 ;声明外部函数 XDEF MCUInit ;芯片初始化 MCUInit: PSHA ;A进栈(保护寄存器A) LDA #%01100000 ; | ; | ; | ; |+-STOPE - 允许STOP ; |+-COPT - long timeout 218 ; +-COPE - 关看门狗 STA SOPT ;系统选项寄存器( 只写一次) MOV #%00110000,ICGC2 ; | 应该在设置ICGC1之前写MFDx ; |+-RFD0 ; |+-RFD1 - 分频因子 R=1 ; |+-RFD2 / ; |+-LOCRE - 丢失时钟信号后产生一个中断信号 ; |+-MFD0 ; |+-MFD1 - 锁频环倍乘因子 N = 10 ; |+-MFD2 / ; +-LOLRE - 锁频环失锁后产生一个中断信号(不复位) MOV #%01111000,ICGC1 ; |x ; |+-LOCD - 允许检测时钟信号丢失 Lost of Clock ; |+-OSCSTEN - 在OFF模式下允许晶振电路 ; |+-CLKS0 - 选择 FLL engaged external reference(FEE) ; |+-CLKS1 / 使用锁频环的外时钟模式 ; |+-REFS - 使用晶振(0表示使用外时钟信号) ; |+-RANGE - 使用高频晶振(4MHz p=1) (1-1;0-64) ; +-HGO - 低功耗 ;等待FLL 稳定 PULA ;A出栈(恢复寄存器A) RTS 四、思考题 1CodeWarrior建立工程有什么工程框架文件，这些文件的作用？ 2该实验采用模块化设计方法，工程框架包含哪些文件，画出其组织结构，画出主程序流程图。 3进行调试时都有哪些方法？在调试过程中可以观察到什么与程序相关的要素？ 第 9 页 实验二 串口通信（SCI）实验 一、实验目的： 1进一步熟悉嵌入式开发系统环境、汇编、C语言、调试方式。 2加强串口通信（SCI）基本原理及编程原理的理解。 3理解C语言工程结构，掌握运用08C建立工程的方法。 4分别运用查询方式、中断方式实现通信。 二、实验要求： 1仔细阅读本实验指导书。 2复习有关的串行通信（SCI）的章节 3熟悉AW60串行通信（SCI）的工作方法及编程。 4根据实验内容要求编写好程序，为实验做充分地准备。 实验原理图如下： 三实验设备及其连接 1PC机 一台 2飞思卡尔嵌入式实验开发系统 一台 3串行通信线 一根 4万用表 一只 四实验内容 1理解串行通信（SCI）原理。 2理解及掌握本实验的样例工程： 4 1 2 3 5 6 7 8 9 232 电 平 OUT IN MAX232CPE 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 +5V GND +5V TTL 电 平 OUT IN TTL 电平 转为 232 电 平 14 4 1 2 3 5 6 7 8 9 PC 4 1 2 3 5 6 7 8 9 4 1 2 3 5 6 7 8 9 RxDTxD 先通过串口向外发送一个字符串，等待从串口接收信息，以中断方式的接收信息，当接收到的信息 为“A” 、 “B”、 “C”、 “D”时，分别使接在PTB中上的八个LED灯分别为“八个同时亮暗” 、 “四个亮四个 暗” 、 “一个LED亮右移” 、 “一个LED亮左移”四种状态。 3编制一个发送字符串通信程序： 有需要发送字符串有8组分别为“A1111111111” ， “B222222222”， “C333333333”， “D444444444”， “E555555555”， “F666666666”， “G777777777”， “H888888888”，每次将一组字符通过SCI1发送出去后， 点亮在接在PTB口上的一个LED灯。 4.完成样例工程的功能用轮询方式实现。 五编程提示 1按照结构要求写好编程代码和注释。 2计算波特率，SCInInit（SCI初始化子程序）设置SCI比特率寄存器（SCInBDH,SCInBDL） ，设置允 许SCI正常码输出、8位数据、无校验，即设置SCI控制寄存器1（SCIxC1）相应位，设置是否允许发送与 接收、是中断接收还是查询接收，即设置SCI控制寄存器2（SCIxC2）相应位。 3查询方式通信程序的主程序主体是一个永久循环，循环体中是不断检测SCI是否发送完毕，即检 测SCI状态寄存器1（SCIxS1）第七位是否为1，为1则将控制接在PTB口的一个LED亮。 4中断方式通信程序的主程序也主体是一个永久循环，在循环中根据中断程序中接收到的数据设置 的变量值，调用相应的LED控制程序。中断程序根据接收到的数据设置一个全局变量值。 六实验报告要求 1小结AW60串行通信（SCI）的原理及编程，并画出其流程图和程序代码与硬件接线图。 2小结中断方式和查询方式的编程方法，并画出其流程图和程序代码与硬件接线图。 3回答下列问题 （1）串行SCI通信有哪些中断？各在什么情况下发生，作用是什么？ （2）用中断方式与查询方式有什么差别？ 七参考例程： 1主程序main.c /= /函数名称: main.c 工程主函数 /函数参数: 无 /函数返回: 无 /功能概要: 初始化发送字符串,Light 构件,MCU,SCI1,开SCI1接收中断, 从SCI1发送字符串 / 主循环中根据全局变量CF的值控制Light 构件运行于四种状态中的一种或从 / SCI1发送一个“Next!“字符串 第 11 页 /= #include /* for EnableInterrupts macro */ #include “derivative.h“ /* include peripheral declarations */ #include “SCI.h“ #include “Light.h“ void MCUInit(void); /MCU构件文件声明 char CF; /CF全局变量，为Light构件控制变量 char P_Shift=0xfe; / P_Shift全局变量,Light构件左右移的控制变量 void main(void) char Sbuffer=“Hello!I am 007. “; /初始化发送字符串 char Sbuffer1=“Next!“; DisableInterrupts; /关中断 MCUInit(); /MCU初始化 SCIInit(9600); /SCI1初始化 Light_Init(); /Light构件初始化 EnableInterrupts; /开中断 SCI1C2|= SCI2C2_RIE_MASK; /开串行口接收中断 SCISendS(Sbuffer); for(;) if(CF=1) Light_On_Off(); if(CF=2) Light_Half(); if(CF=3) Light_R(); if(CF=4) Light_L(); if(CF=5) SCISendS(Sbuffer1); 2MCU构件的初始化程序MCUInit.c /= /函数名称: MCUInit.c （AW60系统初始化子程序) /函数参数: 无 /函数返回: 无 /功能概要: 系统初始化设置, 设置ICGC1和ICGC2 寄存器 ,SOPT的寄存器设置,由外部晶振 / f = 4MHz,产生内部总线时钟 f = 20MHz /= void MCUInit(void) SOPT = 0b01100000; /关闭看门狗 ICGC2 = 0b00110000; /ICG设置总线频率 ICGC1 = 0b01111000; while(!ICGS1_LOCK); /等待FLL稳定 3.SCI构件相关程序SCI.c /= /文件名称: SCI.c /文件构成：SCIInit SCI1初始化 / SCISend1( ) SCI1发送一个字符程序 / SCISends( ) SCI1发送字符串程序 /文件概要: SCI1构件初始化及发送函数 /= #include “MC9S08AW60.h“ #include “SCI.h“ void SCIInit(word baud ) word Mbaud=0; Mbaud=20*(10000/(baud/100)/16; SCI1BDH=(byte)(Mbaud SCI1BDL=(byte)(Mbaud SCI1C1=0; SCI1C2=(0|SCI1C2_TE_MASK|SCI1C2_RE_MASK); void SCISendS(char *p) word i; if(p=0) return; for(i=0;pi!=0;+i) SCISend1(pi); void SCISend1(char Sch) while(!(SCI1S1 SCI1D=Sch; 4.Light构件控制程序Light.c /= /构件名称: light.c /构件组成：Light_Init LED初始化 第 13 页 / Light_On_Off 八个LED亮暗控制程序 / Light_Half 四个 LED灯交替亮暗控制程序 / Light_R 1个LED灯右移控制程序 / Light_L 1个LED 灯左移控制程序 /= #include “Light.h“ #include “General.h“ extern char P_Shift; void Light_Init(void) Light_D=0xff; Light_P=0xff; void Light_On_Off(void) Light_P=0xff; delay(10000); Light_P=0x00; delay(10000); ; void Light_Half(void) Light_P=0xf0; delay(10000); Light_P=0x0f; delay(10000); void Light_R(void) Light_P=P_Shift; if(P_Shift else P_Shift=(P_Shift1)|0x80; delay(10000); void Light_L(void) ;自行编写此程序 5.通用构件General /= /函数名称: General.c /函数参数: k-延时的时间参数 /函数返回: 无 /功能概要: 可以根据时间参数K 值延时 /= #include “General.h“ void delay(int k) int j;char i; for(j=0;j /* for EnableInterrupts macro */ /1.2 包含面向硬件对象头文件 #include “SCI.h“ /该头文件包含SCI串行通信函数声明 #include “Keyboard.h“ /该头文件包含键盘函数声明 #define SYSTEM_CLOCK 20 /系统总线频率 (MHz) /4 函数声明 void MCUInit(void); /AW60芯片初始化 数据类型重定义头文件Type.h #ifndef TYPE_H /防止重复定义 #define TYPE_H typedef unsigned char uint8; / 8 位无符号数 typedef unsigned short int uint16; / 16 位无符号数 typedef unsigned long int uint32; / 32 位无符号数 typedef char int8; / 8 位有符号数 typedef short int int16; / 16 位有符号数 typedef int int32; / 32 位有符号数 #endif 串行口构件程序文件SCI.c #include “SCI.h“ void SCI1Init(uint8 sysclk,uint16 baud) unsigned int ubgs=0; /1.计算波特率并设置:ubgs = fsys/(波特率*16)( 其中fsys=sysclk*1000000) ubgs = sysclk*(10000/(baud/100)/16; SCI1BDH= (unsigned char)(ubgs SCI1BDL= (unsigned char)(ubgs SCI1C1= 0; /无校验,正常模式(开始信号 + 8位数据(先发最低位) + 停止信号) SCI1C2= (0 | SCI1C2_TE_MASK | SCI1C2_RE_MASK ); /允许发送, 允许接收，查询方式收发 void SCI1Send1(unsigned char ch) while(!(SCI1S1 /判断发送缓冲区是否为空 SCI1D = ch; void SCISendString(char *p) word k; if(p = 0) return; 第 21 页 for(k = 0; pk != 0; +k) SCI1Send1(pk); 按键处理构建程序文件Keyboard.c文件 #include “Keyboard.h“ #include “GeneralFun.h“ /初始化键盘模块 void KBInit(void) PTDD /键盘口复位 PTGD PTDDD /定义列线(7-4位) 为输入 PTGDD PTDPE |= 0b10001100; /输入引脚(列线) 有内部上拉电阻 PTGPE |= 0b00010000; PTGDD |= 0b00001111; /行线(3-0位) 为输出 KBI1SC /确定本次按键键码显示在第一行还是第二行 else Ramaddr=bi+0x00; Ramaddr|=0b10000000; /合成要写入的 DDRAM地址 LCD_RS_WR / LCD_RS_WR / LCDcommand(Ramaddr); /设置DDRAM 地址 LCD_RS_WR|=LCD_RS_MASK; / LCD_RS_WR / LCDcommand(KBDef(value); /向设置的DDRAM地址写入键值 bi+; /按键序次加一 if (bi=32) bi=0; /如果有效按键达到33次, 序次bi归零 PTDD PTGD/0b11101111; /键盘初始化键盘中断 KBI1SC |=(1 #include “MC9S08AW60.h“ #include “Type.h“ #include “TPM.h“ #include “Generalfun.h“ void MCUInit(void); /需要定义及赋初值的全局变量不能在头文件中定义, 在main.c中定义 /并赋初值,同时在其使用的函数中或函数对应头文件中声明 extern uint8 B0=0; void main(void) DisableInterrupts; MCUInit( ); PTBD=0xff; PTBDD /LED_SwitchInit; PTBDD|=0b00000001; PTBPE|=0b00000110; TPM1Init(); TPM1ChInit(); EnableInterrupts; while(1) Butt_proc(); if (B0=1) Led_Flash(); 2TPM.C文件 / TPM1初始化函数设置模块的时钟源, 分频及模数寄存器数值 / TPM1通道初始化函数，设置各通道的工作模式, 电平方式,中断允许开关 #include “TPM.h“ void TPM1Init(void) TPM1SC=(0|TPM1SC_CLKSA_MASK TPM1SC_PS2_MASK|TPM1SC_PS1_MASK|TPM1SC_PS0_MASK); /TPM1不允许溢出中断, 时钟源选择系统时钟(20MHZ), 分频因子128 TPM1MODH=0x7A; TPM1MODL=0x12; /根据时钟源及分频因子 ,将TPM1的定时周期设定为200ms TPM1CNTH=0x00; TPM1CNTL=0x00; /模块计数器清零 void TPM1ChInit(void) /设置通道0 允许中断 ,输入捕捉, 捕捉上升沿; /设置通道1不允许中断, 输出比较,初始通道无动作仅软件比较 TPM1C0SC=0|TPM1C0SC_CH0IE_MASK|TPM1C0SC_ELS0B_MASK |TPM1C0SC_ELS0A_MASK; TPM1C1SC=0|TPM1C1SC_MS1A_MASK; TPM1C1VH=0x3A; /设置通道动作时间 TPM1C1VL=0x12; 第 47 页 void Butt_proc(void) uint8 temp,temp1; temp=(PTBD/读两个拨动开关 temp=temp #include “MC9S08AW60.h“ #include “Type.h“ extern uint8 B0; interrupt 5 void TPM1Cho_isr(void) uint8 temp; DisableInterrupts; B0=0x01; temp=TPM1C0SC; TPM1C0SC EnableInterrupts; 4通用程序文件General.c void Delay(uint16 count) uint16 i,j; for(j=0; j5) CHn=5; switch(CHn) case 0:TPM1C0SC=0b00110100;break; case 1:TPM1C1SC=0b00110100;break; case 2:TPM1C2SC=0b00110100;break; case 3:TPM1C3SC=0b00110100;break; case 4:TPM1C4SC=0b00110100;break; case 5:TPM1C5SC=0b00110100;break; void TPM1PWMRun(uint8 CHn,uint8 percent,uint16 ModP) uint16 duty,MP; uint8 dutyH,dutyL; MP=ModP ; TPM1SC=0x00; TPM1CNTH=0x00; TPM1CNTL=0x00; TPM1MODL=(uint8)(ModP); TPM1MODH=(uint8)(ModP8); duty=(uint16)(MP/100)*percent); dutyL=(uint8)(duty); dutyH=(uint8)(duty8); if (CHn5) CHn=5; switch(CHn) case 0: TPM1C0VH=dutyH;TPM1C0VL=dutyL;TPM1C0SC=0b00111100;break; case 1: TPM1C1VH=dutyH;TPM1C1VL=dutyL;TPM1C1SC=0b00111100;break; case 2: TPM1C2VH=dutyH;TPM1C2VL=dutyL;TPM1C2SC=0b00111100;break; case 3: TPM1C3VH=dutyH;TPM1C3VL=dutyL;TPM1C3SC=0b00111100;break; case 4: TPM1C4VH=dutyH;TPM1C4VL=dutyL;TPM1C4SC=0b00111100;break; case 5: TPM1C5VH=dutyH;TPM1