单片机实验指导书(20100901).doc

单片机原理及应用实验指导书吉林化工学院测控系单片机原理及应用课程组（2010年9月1日）目 录实验一 动态扫描显示实验1实验二 定时器实验3实验三 电子时钟实验5实验四 步进电动机驱动（实物）7实验五 直流电动机驱动（实物）9实验六 十字路口交通灯实验10实验七 A/D、D/A转换实验11实验八 93C46串行EEPROM数据读写1516实验一 动态扫描显示实验一、实验目的1、掌握数字、字符转换成显示段码的软件译码方法2、动态显示的原理和相关程序的编写二、实验说明动态显示，也称扫描显示。显示器由6个共阴极LED数码管构成。单片机的P0口输出显示段码，由一片74LS245驱动输出给LED管，由PB口输出位码，经74LS06输出给LED管。三、实验设备THGMZ-2型单片机微机CPLD/FPGA网络接口开发综合实验装置（GZ-03）四、实验内容及步骤单片机P0输出段码，P1口输出位控码，输出6个字符。1、单片机最小应用系统1的P0口接段码口ah，P1口接位码口S1S6。2、安装好伟福仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模块的单片机插座中，打开模块电源，插上仿真器电源插头。YN地址指针设置输出段码取段码输出位码调用延时程序取段码结束3、启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。选择仿真器型号、仿真头型号、CPU类型；选择通信端口，测试串行口。4、输入编制的源程序，编译无误后，全速运行程序。6LED显示“168168”。程序停止运行后，显示随之变化，说明动态扫描显示模块不具有数据锁存的功能。5、可把源程序编译成可执行文件，烧录到89C51芯片中。五、流程图见右图六、思考题1、如何修改程序，实现六位LED数码管只显示其中的两位？七、电路图 见下页图实验二 定时器实验一、实验目的1、学习8051内部计数器的使用和编程方法2、进一步掌握中断处理程序的编写方法二、实验说明关于内部计数器的编程主要是定时常数的设置和有关控制寄存器的设置。内部计数器在单片机中主要有定时器和计数器两个功能。本实验使用的是定时器，定时为一秒钟。CPU运用定时中断方式，实现每一秒钟输出状态发生一次反转，即发光管每隔一秒钟亮一次。定时器有关的寄存器有工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON。TMOD用于设置定时器/计数器的工作方式0-3，并确定用于定时还是用于计数。TCON主要功能是为定时器在溢出时设定标志位，并控制定时器的运行或停止等。内部计数器用作定时器时，是对机器周期计数。每个机器周期的长度是12个振荡器周期。因为实验系统的晶振是12MHZ，本程序工作于方式2,即8位自动重装方式定时器, 定时器100uS中断一次, 所以定时常数的设置可按以下方法计算：机器周期=1212MHz=1uS（256-定时常数）1uS=100uS定时常数=156。然后对100uS中断次数计数10000次,就是1秒钟。在本实验的中断处理程序中，因为中断定时常数的设置对中断程序的运行起到关键作用，所以在置数前要先关对应的中断，置数完之后再打开相应的中断。三、实验设备THGMZ-2型单片机微机CPLD/FPGA网络接口开发综合实验装置（GZ-03）四、实验内容及步骤1、使用单片机最小应用系统1模块，用导线连接P1.0到单只发光二极管上。2、安装好仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模块的单片机插座中，打开模块电源，插上仿真器电源插头。3、启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。选择仿真器型号、仿真头型号、CPU类型；选择通信端口，测试串行口。4、输入编制的源程序，编译无误后，全速运行程序，发光二极管隔一秒点亮一次，点亮时间为一秒。5、可把源程序编译成可执行文件，烧录到89C51芯片中。五、实验框图开始输出状态位中断允许设置秒计数值设置初始状态位设置定时常数置T1中断工作方式等待中断主程序框图是 否中断返回定时中断入口状态位取反保护现场恢复现场秒计数值减1重新设置秒计数值是否到一秒定时中断子程序框图六、思考题1、如何将LED的状态间隔改为2秒，程序如何改写？2、如果更换不同频率的晶振，会出现什么现象？如何调整程序？七、电路图 实验三 电子时钟实验一、实验目的1、进一步掌握定时器的使用和编程方法2、进一步掌握中断处理程序的编程方法二、实验说明本实验是利用CPU的定时器和实验台上提供的数码显示电路，设计一个电子时钟。格式如下：XX XX XX 由左向右分别为：时、分、秒本实验使用的是单片机内部计数器的定时器功能,有关设置主要针对定时器/计数器工作方式寄存器TMOD。具体为:工作方式选择位,设置为方式2；计数/定时方式选择位,设置为定时器工作方式。有关定时常数说明可参照硬件实验二十五。定时器每100uS中断一次，在中断服务程序中,对中断次数进行计数，100uS计数10000次就是1秒。然后再对秒计数得到分和小时值，并送入显示缓冲区。单片机P0口输出字段码，P1口输出位码。三、实验设备THGMZ-2型单片机微机CPLD/FPGA网络接口开发综合实验装置（GZ-03）四、实验内容及步骤1、单片机最小应用系统1的P0口接动态扫描显示的段码口ah，P1口接位码口S1S6。2、安装好伟福仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模块的单片机插座中，打开模块电源，插上仿真器电源插头。3、启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。选择仿真器型号、仿真头型号、CPU类型；选择通信端口，测试串行口。4、输入编制的源程序，编译无误后，全速运行程序，6LED数字显示时、分、秒值。5、可把源程序编译成可执行文件，烧录到89C51芯片中。五、流程图是 中断返回中断入口保护现场恢复现场秒值加1小时值清0秒值清0，分钟加1分值清0，小时加1设置下次10000次计数值10000次计数值减1到24小时到60分钟到60秒计数值为0显示数据送缓冲转换成显示数据调用显示子程序转换成显示数据显示数据送缓冲读取分钟值显示数据送缓冲读取秒值开始置定时器模式及工作方式启动定时器设置初始常数读取小时值转换成显示数据否否否否 四、实验框图及主程序框图 序定时中断子程序框图六、思考题1、当改变设置计数值的时候，如何修改定时常数？2、如果更换不同频率的晶振，会出现什么现象，如何调整程序？七、电路图同实验一动态扫描显示实验。实验四 步进电动机驱动（实物）一、实验目的1、掌握采用单片机控制步进电机的硬件接口技术。 2、掌握步进电机驱动程序的设计和调试方法。 3、熟悉步进电动机的工作特性。 二、实验说明：1、步进电动机有三线式、五线式、六线式三种，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。若每旋转一圈以20个励磁信号来计算，则每个励磁信号前进18度，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲顺序来控制。 2、步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1-2相励磁。图为步进电动机的控制等效电路，适应控制A、B、/A、/B的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。因此，依序不断送出脉冲信号，即可步进电动机连续转动。a1相励磁法：在每一瞬间只有一个线圈导通。消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每送一励磁信号可走18度。若欲以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。 励磁顺序： ABCDA STEP AB CD11 0 0 0 201 0 0 300 1 0 40 0 0 1 b2相励磁法：在每一瞬间会有二个线圈同时导通。因其转矩大，振动小，故为目前使用最多的励磁方式，每送一励磁信号可走18度。若以2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。 励磁顺序： ABBCCDDAAB STEP AB CD11 1 0 0 201 1 0 300 1 1 41 0 0 1 c1-2相励磁法：为1相与2相轮流交替导通。因分辨率提高，且运转平滑，每送一励磁信号可走9度，故亦广泛被采用。若以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。 励磁顺序： AABBBCCCDDDAA STEP ABCD11000211003001040110500106001170001810013、电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。三、实验设备THGMZ-2型单片机微机CPLD/FPGA网络接口开发综合实验装置（GZ-04）四、实验内容及步骤： 由单片机的P1.0P1.3来控制步进电机,本程序以1-2相励磁法使步进电机正向转动180度后停止。 1、安装好仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模块的单片机插座中，打开模块电源，打开仿真器电源。2、启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。选择仿真器型号、仿真头型号、CPU类型；选择通信端口，测试串行口。3、输入编制的源程序，编译无误后，运行程序。观察步进电机转动。4、程序编译成可执行文件，烧录到89C51芯片中。正转控制模型资料： 内存地址20H21H22H 23H 24H25H26H控制资料 01H03H 2H 06H 04H05H 0H 反转控制模型资料： 内存地址 27H 28H 29H 2AH 2BH 2CH2DH 控制资料 01H 05H 04H 06H 02H 03H 00H 五、思考问题 如何改变电机的工作方式或者方向、速度，设计控制软件。 六、实验电路图实验五 直流电动机驱动（实物）一、实验目的1、学习用PWM输出模拟量驱动直流电机2、熟悉直流电动机的工作特性。 二、实验说明：PWM是单片机上常用的模拟量输出方法，通过外接的转换电路，可以将占空比不同的脉冲转变成不同的电压，驱动直流电机转动从而得到不同的转速。程序中通过调整输出脉冲的占空比来调节输出模拟电压。本实验使用6V直流电机。三、实验设备THGMZ-2型单片机微机CPLD/FPGA网络接口开发综合实验装置（GZ-04）四、实验内容及步骤：1、安装好仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模块的单片机插座中，打开模块电源，打开仿真器电源。2、启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。选择仿真器型号、仿真头型号、CPU类型；选择通信端口，测试串行口。3、输入编制的源程序，编译无误后，全速运行程序。观察直流电机转速。钮子开关可控制电机的正反转（电机停止状态时切换）。修改源程序LOOP程序段两次给累加器A的赋值，调整输出脉冲的占空比，重新编译后运行，比较直流电机转速。4、程序编译成可执行文件，烧录到89C51芯片中。五、实验电路图实验六 十字路口交通灯实验一、实验目的1、掌握51系列单片机的常用指令。2、掌握十字路口交通灯控制方法。二、实验说明4位LED数码管显示时间，LED显示红绿灯状态。三、实验设备THGMZ-2型单片机微机CPLD/FPGA网络接口开发综合实验装置（GZ-04）四、实验内容及步骤1、使用十字路口交通灯控制模块。2、安装好伟福仿器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模块的单片机插座中，打开模块电源，打开仿真器电源。3、启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。选择仿真器型号、仿真头型号、CPU类型；选择通信端口，测试串行口。4、输入编制的源程序，编译无误后，全速运行程序。5、可把源程序编译成可执行文件，烧录到89C51芯片中。五、电路图实验七 A/D、D/A转换实验一、实验目的1、掌握ADC0809模/数转换芯片与单片机的连接方法及ADC0809的典型应用。2、掌握用查询方式、中断方式完成模/数转换程序的编写方法。3、掌握DAC0832直通方式，单缓冲器方式、双缓冲器方式的编程方法。4、掌握D/A转换程序的编程方法和调试方法。二、实验说明1、本实验使用ADC0809模数转换器，ADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D转换芯片，片内有模拟量通道选择开关及相应的通道锁存、译码电路，A/D转换后的数据由三态锁存器输出，由于片内没有时钟需外接时钟信号。下图为该芯片的引脚图。各引脚功能如下：IN0IN7：八路模拟信号输入端。ADD-A、ADD-B、ADD-C：三位地址码输入端。八路模拟信号转换选择由这三个端口控制。CLOCK：外部时钟输入端（小于1MHz）。D0D7：数字量输出端。OE：A/D转换结果输出允许控制端。当OE为高电平时，允许A/D转换结果从D0D7端输出。ALE：地址锁存允许信号输入端。八路模拟通道地址由A、B、C输入，在ALE信号有效时将该八路地址锁存。START：启动A/D转换信号输入端。当START端输入一个正脉冲时，将进行A/D转换。EOC：A/D转换结束信号输出端。当 A/D转换结束后，EOC输出高电平。Vref(+)、Vref(-)：正负基准电压输入端。基准正电压的典型值为+5V。VCC和GND：芯片的电源端和地端。2、DAC0832是8位D/A转换器，它采用CMOS工艺制作，具有双缓冲器输入结构，其引脚排列如图所示，DAC0832各引脚功能说明：DI0DI7：转换数据输入端。CS：片选信号输入端，低电平有效。ILE：数据锁存允许信号输入端，高电平有效。WR1：第一写信号输入端，低电平有效，Xfer：数据传送控制信号输入端，低电平有效。WR2：第二写信号输入端，低电平有效。Iout1：电流输出1端，当数据全为1时，输出电流最大；当数据全为0时，输出电流最小。Iout2：电流输出2端。DAC0832具有：Iout1+Iout2=常数的特性。Rfb：反馈电阻端。Vref：基准电压端，是外加的高精度电压源，它与芯片内的电阻网络相连接，该电压范围为：-10V+10V。VCC和GND：芯片的电源端和地端。DAC0832内部有两个寄存器，而这两个寄存器的控制信号有五个，输入寄存器由ILE、CS、WR1控制，DAC寄存器由WR2、Xref控制，用软件指令控制这五个控制端可实现三种工作方式：直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。直通方式是将两个寄存器的五个控制端预先置为有效，两个寄存器都开通只要有数字信号输入就立即进入D/A转换。单缓冲方式使DAC0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，另一个处于受控方式，可以将WR2和Xfer相连在接到地上，并把WR1接到89C51的WR上，ILE接高电平，CS接高位地址或地址译码的输出端上。双缓冲方式把DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器都接成受控方式，这种方式可用于多路模拟量要求同时输出的情况下。三种工作方式区别是：直通方式不需要选通，直接D/A转换；单缓冲方式一次选通；双缓冲方式二次选通。三、实验设备THGMZ-2型单片机微机CPLD/FPGA网络接口开发综合实验装置（GZ-03）四、实验步骤1、单片机最小应用系统1的 P0口接A/D转换的D0D7口，单片机最小应用系统1的Q0Q7口接0809的A0A7口，单片机最小应用系统1的WR、RD、P2.0、ALE、INT1分别接A/D转换的WR、RD、P2.0、CLOCK、INT1，A/D转换的IN接入+5V，单片机最小应用系统1的RXD、TXD连接到串行静态显示实验模块的DIN、CLK。单片机最小应用系统1的 P0口接0832的DI0DI7口，单片机最小应用系统1的P2.1、WR分别接D/A转换的P2.0、WR，Vref接-5V，D/A转换的OUT接示波器探头。2、安装好仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模块的单片机插座中，打开模块电源，打开仿真器电源。3、启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。选择仿真器型号、仿真头型号、CPU类型；选择通信端口，测试串行口。4、编制A/D、D/A程序，编译无误后，全速运行程序，5LED静态显示“AD XX”，“XX”为AD转换后的值，8位逻辑电平显示“XX”的二进制值，调节模拟信号输入端的电位器旋钮，显示值随着变化，顺时针旋转值增大，AD转换值的范围是0FFH。用示波器测量输出波形的周期和幅度。5、可把源程序编译成可执行文件，烧录到89C51芯片中。四、流程图开始初始化启动A/D转换A/D转换完成？数据输出延时结束A/D转换程序框图结束开始延时等待转换启动D/A转换转换结束输出延时D/A转换程序框图 五、思考题1、A/D转换程序有三种编制方式：中断方式、查询方式、延时方式，实验中使用了查询方式，请用另两种方式编制程序。2、P0口是数据/地址复用的端口，请说明实验中ADC0809的模拟通道选择开关在利用P0口的数据口或地址地位口时，程序指令和硬件连线的关系。3、计算输出方波的周期，并说明如何改变输出方波的周期。4、硬件电路不改动的情况下，请编程实现输出波形为锯齿波及三角波。5、请画出DAC0832在双缓冲工作方式时的接口电路，并用两片DAC0832实现图形x轴和y轴偏转放大同步输出。六、电路图A/D电路图D/A电路图实验八 93C46串行EEPROM数据读写一实验目的学会93C46的操作指令，掌握93C46读/写程序的编写掌握93C46与单片机的接口方式二、实验说明93C46/56/66是1K/2K/4K位的串行电可擦写的EPROM。93C46的1K位EPROM，可以按128字节排列，也可以64字节排列。93C46芯片有8脚，当ORG接VCC时作64字使用。当ORG接地时作128字节使用。本实验单片机P3口的低4位是93C46的控制线和数据线。CS是片选端，高电平有效。SK是移位脉冲输入端。D1是数据输入端。D0是数据位输出端。ORG接5V，93C46作64个字使用。如图：93C46指令表起始位操作码地址数指说明字