单片机原理与接口技术.doc

单片机原理与接口技术实验指导书卢文华 编写 西北农林科技大学机电学院二零零六年九月MCS51 系列单片机实验说明1 系统的安装和启动1、 仿真开发系统集成调试软件的安装和使用见 WAVE 仿真开发系统使用手册。2、 用户根据实验要求，进行 MCS51 单片机实验时，应插上 EX51B 仿真板。3、 将配套的串行通讯电缆的一端与实验仪上的“仿真器串口”9 芯 D 形插座相连，另一端与 PC 相的串行口相连。4、 将实验台的电源线与 220V 电源相连。（实验结束后应拔下）5、 打开实验台电源开关，红色电源指示灯亮。仿真开发器初始化成功后，LED 会显示 8051，表示仿真系统正常。6、 打开计算机电源，执行 WAVE 集成调试软件。注意：1、无论是集成电路的插拔、通讯电缆的连接、跳线器的设置还是实验线路的连接，都应确保在断电情况下进行，否则可能造成对设备的损坏。2、 实验线路连接完成后，应仔细检查无误后再接通电源。2 MCS51 系列单片机实验软件设置WAVE 集成调试环境应设置如下：仿真器型号：伟福 Lab6000 实验仪仿真头型号：MCS51 实验 （803132）目 录第一章 伟福仿真器系统概述. .3第二章 开发环境简介.5第三章 MCS51系列单片机实验.11软件实验1. 存储器块清零.112. 二进制到 BCD 码转换.123. 二进制到 ASCII 码转换.134. 内存块移.14硬件实验1. P1 口输入/输出实验 . . . .152. 用 8255 输入/输出实验 .163. 串行数转换并行数实验 . .184. 定时器实验 .195. 计数器实验 .216. A/D 转换实验.227. 外部中断实验(急救车与交通灯) . .238. 键盘扫描显示实验.259. 步进电机控制实验.26第一章 伟福仿真器系统概述本仿真器系统由仿真主机+仿真头、MULT1A用户板、实验板、开关电源等组成。本系统的特点是：1 主机+仿真头的组合，通过更换不同型号的仿真头即可对各种不同类型的单片机进行仿真，是一种灵活的多CPU仿真系统。采用主机+POD组合的方式，更换POD，可以对各种CPU进行仿真。本仿真器主机型号为E2000/S， 仿真头型号为POD8X5X（可仿真51系列8X5X单片机）。 2 双平台，具有DOS版本和WINDOWS版本，后者功能强大，中/英文界面任选，用户源程序的大小不再有任何限制，支持ASM，c，PLM语言混合编程，具有项目管理功能，为用户的资源共享、课题重组提供强有力的手段。支持点屏显示，用鼠标左键点一下源程序中的某一变量，即可显示该变量的数值。有丰富的窗口显示方式，多方位，动态地显示仿真的各种过程，使用极为便利。本操作系统一经推出，立即被广大用户所喜爱。3 双工作模式 （1）软件模拟仿真(不要仿真器也能模拟仿真)。 （2）硬件仿真。4 双CPU结构，100不占用户资源。全空间硬件断点，不受任何条件限制，支持地址、数据、外部信号、事件断点支持实时断点计数、软件运行时间统计。5 双集成环境编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下。多种仿真器，多类CPU仿真全部集成在一个环境下。可仿真51系列，196系列，PIC系列，飞利蒲公司的552、LPC764、DALLAS320，华邦438等51增强型CPU。为了跟上形势，现在很多工程师需要面对和掌握不同的项目管理器、编辑器、编译器。他们由不同的厂家开发，相互不兼容，使用不同的界面，学习使用都很吃力。伟福WINDOWS调试软件为您提供了一个全集成环境，统一的界面，包含一个项目管理器，一个功能强大的编辑器，汇编Make、Build和调试工具并提供千个与第三方编译器的接口。由于风格统一，大大节省了您的精力和时间。6 强大的逻辑分析仪综合调试功能。逻辑分析仪由交互式软件菜单窗口对系统硬件的逻辑或时序进行同步实时采样，并实时在线调试分析，采集深度32K(E2000/L)，最高时基采样频率达20MHz，40路波形，可精确实时反映用户程序运行时的历史时间。系统在使用逻辑分析仪时，除普通的单步运行、键盘断点运行、全速硬件断点运行外，还可实现各种条件组合断点如：数据、地址、外部控制信号、CPU内部控制信号、程序区间断点等。由于逻辑仪可以直接对程序的执行结果进行分析，因此极大地便利于程序的调试。随着科学技术的发展，单片机通讯方面的运用越来越多。在通讯功能的调试时，如果通讯不正常，查找原因是非常耗时和低效的，您很难搞清楚问题到底在什么地方，是波特率不对，是硬件信道有问题，是通讯协仪有问题，是发方出错还是收方出错。有了逻辑仪，情况则完全不一样，用它可以分别或者同时对发送方、接收方的输入或者输出波形进行记录、存储、对比、测量等各种直观的分析，可以将实际输出通讯报文的波形与源程序相比较，可立即发现问题所在，从而极大地方便了调试。7 强大的追踪器功能追踪功能以总线周期为单位，实时记录仿真过程中CPU发生的总线事件，其触发条件方式同逻辑分析仪。追踪窗口在仿真停止时可收集显示追踪的CPU指令记忆信息，可以以总线反汇编码模式、源程序模式对应显示追踪结果。屏幕窗口显示波形图最多追踪记忆指令32K并通过仿真器的断点、单步、全速运行或各种条件组合断点来完成追踪功能。总线跟踪可以跟踪程序的运行轨迹。可以统计软件运行时间。第二章 开发环境简介双击桌面上的WAVE图标或从开始/程序/WAVE FOR WINDOWS/WAVE进入本开发环境，其界面及主要功能如图2-1中所注。 仿真器设置打开文件新建文件打开项目保存文件编译文件复位全速执行跟踪单步CPU窗口保存文件数据窗口 图2-1 WAVE界面 1 仿真器设置窗口如图2-2所示，在实验开始时要先根据需要设置好仿真器类型、仿真头类型以及CPU类型，并注意是否“使用伟福软件模拟器”，若使用硬件仿真，请注意去掉“使用伟福软件模拟器”前的选择。图2-2 仿真器设置窗口2 文件窗口如图2-3，可在此窗口下进行包括新建、打开、保存等文件操作。图2-3 文件窗口3 编译文件窗口如图2-4，在此窗口下可将源文件编译成目标文件。图2-4 编译文件窗口4 执行窗口如图2-5，在此窗口下，可用全速、跟踪、断点等各种方式运行程序图2-5 执行窗口5窗口窗口 如图2-6-1，在此窗口下，可以观察各种窗口信息，其中最常用到的是CPU窗口和数据窗口。图2-6 窗口a CPU窗口通过CPU窗口可以看到你编译正确的机器码及反汇编程序，可以让你更清楚地了解程序执行过程。CPU窗口中还有SFR窗口和位窗口，让你了解程序执行过程中寄存器内容的变化。图2-7 CPU窗口b 数据窗口对51系列CPU，数据窗口有：DATA 内部数据窗口；CODE 程序数据窗口；XDATA 外部数据窗口；PDATA 外部数据窗口（页方式）图2-8 数据窗口图2-9 DATA（内部数据窗口）图2-10 CODE（程序数据窗口）图2-11 XDATA（外部数据窗口）图2-12 PDATA（页方式外部数据窗口）第三章 MCS51系列单片机实验软件实验一 存储器块清零一、实验目的1. 掌握存储器读写方法。2. 了解存储器的块操作方法。二、实验内容1. 指定内部RAM中某块的起始地址和长度，要求能将其内容清零。2. 指定外部RAM中某块的起始地址和长度，要求能将其内容清零。3. 指定外部RAM中某块的起始地址和长度，要求能将其内容置为某固定值（如0FFH）。三、实验说明通过本实验，学生可以了解单片机的存储器结构及读写存储器的方法，同时也可以了解单片机编程、调试方法。四、实验仪器和设备 PC机、WAVE软件。五、参考程序框图设置块起始地址设置块长度当前地址内容清零地址加1结束是否清除完？ 否 是图3-1 存储器块清零参考程序框图软件实验二 二进制到BCD转换一、实验目的1 掌握简单的数值转换算法。2 基本了解数值的各种表达方法。二、实验内容1 将给定的一个单字节二进制数，转换成非压缩的二十进制(BCD)码。2 将给定的一个单字节二进制数，转换成压缩的二十进制(BCD)码。三、实验说明计算机中的数值有各种表达方式，这是计算机的基础。掌握各种数制之间的转换是一种基本功。有兴趣的同学可以试试将BCD转换成二进制码。四、实验仪器和设备 PC机、WAVE软件。 五、参考程序框图给出要转换的二进制数将该数除以100保存百位数将余数除以10，得到十位数结束保存十位数余数为个位数，将其保存图3-2 单字节二进制数转换成非压缩BCD码框图软件实验三 十进制到ASCII码转换一、实验目的1了解BCD值和ASCII值的区别。2了解如何将BCD值转换成ASCII值。3了解如何查表进行数值转换及快速计算。二、实验内容给出一个压缩BCD数，分别用查表法和逻辑运算方法将其转换成ASCII值。三、实验说明此实验主要让学生了解数值的BCD码和ASCII码的区别，学会用查表法快速地进行数值转换并进一步了解数值的各种表达方式。四、实验仪器和设备PC机、WAVE软件。五、参考程序框图（查表法）给出要转换的BCD数取出BCD高四位查表得到ASCII码取出BCD低四位结束查表得到ASCII码保存低位ASCII码保存高位ASCII码 图3-3 十进制到ASCII码转换（查表法）参考程序框图软件实验四 存储块移动一、实验目的1了解内存的移动方法。2加深对存储器读写的认识。二、实验内容 将指定源地址和长度的存储块移到指定目标位置。三、实验说明块移动是计算机常用操作之一，多用于大量的数据复制和图象操作。本程序是给出起始地址，用地址加一方法移动块，请思考给出块结束地址，用地址减一方法移动块的算法。另外，若源块地址和目标块地址有重叠，该如何避免?设置块的源地址设置移动长度源地址加1目标地址加1结束是否移动完？设置块的目标地址从源地址取数保存到目标地址中四、实验仪器和设备 PC机、WAVE软件。五、参考程序框图 否 是 图3-4 存储块移动参考程序框图硬件实验一 P1口输入/输出实验一、实验目的1. 学习Pl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（其输入端为高电平时发光二极管点亮），编写程序，使发光二极管循环点亮。2、 P10、P11作输入口接两个拨动开关S0、S1；P12，P13作输出口，接两个发光二极管，编写程序读取开关状态，将此状态在发光二极管上显示出来。编程时应注意P10、P11作为输入口时应先置1，才能正确读入值。三、实验电路连线P10 - LED0 P10 - S0 P11 - LED1 P11 - S1 P12 - LED2 P12 - LED2 P13 - - LED3 P13 - LED3 P14 - LED4 P15 - LED5 P16 - LED6 P17 - LED7实验1：P1口循环点灯 实验2：P1口输入输出四、实验说明1、 P1口是准双向口。它作为输出口时与一般的双向口使用方法相同。由准双向口结构可知当P1口用作输入口时必须先对它置“1”。若不先对它置“1”，读入的数据是不正确的。2、 延时子程序的延时计算问题对于程序 Delay：MOV R7,#200DEL1： MOV R6, #123NOPDEL2： DJNZ R6，DEL2 DJNZ R7，DEL1 RET查指令表可知执行MOV指令需用1个机器周期，DJNZ指令需用2个机器周期，在12MHz晶振时，一个机器周期时间长度为1s，所以该段程序执行时间为：1+（1+1+2*123+2）*200+2* 1s 50ms五、实验仪器和设备PC机、WAVE软件、E2000/S仿真器+POD8X5X仿真头、MULT1A用户板、实验板、开关电源等。17-开始读入P1.0口值将读入的值输出到P1.3P1.0、P1.1置1将读入的值输出到P1.2读入P1.0口值 六、参考程序框图开始延时设置初始值数据输出左移一位 图3-5(1)P1口循环点灯框图 图3-5(2) P1口输入输出框图硬件实验二 8255 输入/输出实验一、实验目的1、了解 8255 芯片结构及编程方法。2、了解 8255 输入/输出实验方法。二、实验内容利用 8255 可编程并行口芯片，实现输入/输出实验，实验中用 8255PA 口作输出，PB口作输入。三、实验电路及连线8255 的 CS/接地址译码/CS0，则命令字地址为 8003H，PA 口地址为 8000H，PB 口地址为 8001H，PC 口地址为 8002H。PA0-PA7（PA 口）接 LED0-LED7（LED）PB0-PB7（PB 口）接 K0-K7（开关量）。数据线、读/写控制、地址线、复位信号板上已接好。四、实验说明可编程通用接口芯片8255A有三个八位的并行I/O口，它有三种工作方式。本实验采用的是方式 0：PA，PC口输出，PB口输入。很多I/O实验都可以通过8255来实现。五、实验框图29硬件实验三 串行数转换并行数实验一、实验目的利用单片机的串行口和 I/O 端口串行输出，利用 74LS164 移位转换成并行数据，接在LED 灯上显示。74LS164 置于通用插座上。二、实验内容1、掌握 8031 串行口方式 0 工作方式及编程方法。2、掌握用 8031 的 P1 口的 I/O 功能，输出串行数据。3、掌握利用串行口入 I/O 口，扩展 I/O 通道的方法。三、实验电路及连线四、实验说明串行口工作在方式 0 时，可通过外接移位寄存器实现串并行转换。在这种方式下，数据为 8 位，只能从 RXD 端输入输出，TXD 端总是输出移位同步时钟信号，其波特率固定为Fosc/12。对于 80C196CPU 波特率为 Fosc/2(B+1),Fosc 为晶振频率，B 为波特率常数。在CPU 将数据写入 SBUF 寄存器后，立即启动发送。待 8 位数据输完后，硬件将状态寄存器的TI 位置 1，TI 必须由软件清零。用串行口工作方式 0 输出数据/时钟，是自动移位输出，用 P1 端口串行输出数据时，要编程移位数据，输出数据/时钟。对于 80C196 用串口发数据时要将 IOC1.5 置 1，选择 P2.0 脚为 TXD 功能。同时注意用 P1 口输出位信号时，需要用到与或运算得到相应位。五、实验框图硬件实验四 定时器实验（P1.0状态取反）一、实验目的1. 学习51单片机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程方法。二、实验内容用单片机内部定时器中断方式计时，实现每1秒钟输出状态发生一次反转。三、实验电路连线P1.0 -LED0四、实验说明1、 关于内部定时器/计数器的编程主要是时间常数的设置和有关控制寄存器的设置。内部定时器/计数器在单片机中主要有定时和计数两种功能。本实验使用的是定时功能。2、 与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。3、 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，本程序定时器工作于方式1（16位方式）时，最大定时时间为：216*1s=65536s再利用软件记数,当T0中断16次时，所用时间为65536*16=1048576s1s因此在T0中断处理程序中，要判断中断次数是否到16次，若不到16次，则只使中断次数加1，然后返回，若到了16次，则使输出状态位取反。4、 在设置时间常数前要先关对应的中断，设置完时间常数之后再打开相应的中断。五、实验仪器和设备开始设置T0时间常数中断允许置T0工作方式1，定时器设置P1.0初始状态设置秒计数值死循环等待中断T0中断入口秒计数值减1P1.0状态取反重新设置秒计数值恢复现场中断返回保护现场并重新设置T0时间常数是否到1秒？PC机、WAVE软件、E2000/S仿真器+POD8X5X仿真头、MULT1A用户板、实验板、开关电源等。六、参考程序框图 否 是 图3-8（1）主程序框图 图3-8（2）T0中断处理程序框图硬件实验五 计数器实验一、实验目的学习51单片机内部定时计数器使用方法。二、实验内容51单片机内部定时计数器T0，按计数器模式工作于方式1，对P34(T0)引脚进行计数。将其数值按二进制数在P1口驱动LED灯上显示出来。三、实验电路连线P10 - LED0 P11 - LED1 P12 - LED2 P13 - LED3 P14 - LED4 P15 - LED5 P16 - LED6P17 - LED7 - T0（P34）单次脉冲四、实验说明本实验中内部计数器起计数器的作用。外部事件计数脉冲由T0（P34）脚引入定时器T0。单片机在每个机器周期采样一次输入波形，因此单片机至少需要两个机器周期才能检测到一次跳变，这就要求被采样电平至少维持一个完整的机器周期，以保证电平在变化之前即被采样。同时这就决定了输入波形的频率不能超过机器周期频率。五、实验仪器和设备PC机、WAVE软件、E2000/S仿真器+POD8X5X仿真头、MULT1A用户板、实验板、开关电源等。六、参考程序框图开始设置T0工作方式（方式1、计数模式）开始计数计数，输出计数值 图3-9计数器实验参考程序框图硬件实验六 AD转换实验一、 实验目的1. 掌握AD转换与单片机的接口方法。1. 了解AD芯片ADC0809转换性能及编程。2. 通过实验了解单片机如何进行数据采集。二、实验内容 利用实验板上的ADC0809做AD转换器，实验板上的电位器提供模拟量输入，编制程序，将模拟量转换成二进制数字量，并用发光二极管显示。三、实验电路连线 IN0 P0口 D0D7 IN1 （P0.0P0.7） IN2 EOC IN3 FF91H IN4 IN5 D0D2 373 A0 A IN6 A1 B IN7 A2 C 图3-10（1） 通道地址FF80HFF87H四、实验说明1. AD转换器大致有三类：一是双积分AD转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近AD转换器，精度、速度、价格适中；三是并行A/D转换器，速度快，价格也昂贵。2. 本实验用的ADC0809属第二类，是八位AD转换器。每采集一次一般需100s，AD转换结束后会自动产生EOC信号。本程序是用查询方式读入AD转换结果。实验系统具有8路A/ D通道（模拟量输入端为IN0、IN1IN7），地址分别为FF80 FF87H，状态口地址FF91H， FF91H的D0位输入的是EOC信号，D0=0表示未转换完，D0=1表示转换完毕，可以读入转换好的数据了。实现转换的过程是：先向某一路通道写入任意数从而启动转换，然后从FF91H读入EOC状态进行判断，若转换完成，则读入数据即可。A/D转换部分的参考程序如下：MOV DPTR，#0FF80H ；选中通道0（D2D1D0=000）MOVX DPTR，A ；启动转换MOV DPTR，#0FF91HTEST: MOVX A，DPTR ；读入状态JNB ACC.0，TEST ；判断EOC状态，EOC=0继续查询MOV DPTR，#0FF80H ；EOC=1，转换完毕MOVX A，DPTR ；读入数据3转换得到的二进制数字量通过P1口送到发光二极管显示。五、实验仪器和设备PC机、WAVE软件、E2000/S仿真器+POD8X5X仿真头、MULT1A用户板、实验板、开关电源等。六、参考程序框图 开始读入状态信息启动A/D转换数据输出显示A/D转换完毕？ 否是 是图3-10（2） A/D转换参考程序框图硬件实验七 外部中断实验(急救车与交通灯)一、实验目的 1. 学习外部中断技术的基本使用方法。 2. 学习中断处理程序的编程方法。二、实验内容 在硬件实验二的基础上增加允许急救车优先通过的要求，有急救车到达时，两个方向交通信号灯全红，以便让急救车通过。设急救车通过路口时间为10秒，急救车通过后，交通恢复正常，本实验用单次脉冲申请中断，表示有急救车通过。LED0、LED1、LED2分别表示南北方向红、黄、绿灯三、实验电路及连线P10 - LED0 P11 - LED1 P12 - LED2 LED3、LED4、LED5分别表示东西方向红、黄、绿灯 P13 - LED3 P14 - LED4P15 - LED5单次脉冲INT0 -四、实验说实明 1 编制中断处理程序要注意的问题是：保护进入中断时的状态（保护现场），并在退出中断之前恢复进入时的状态（恢复现场）。2 本例中使用了INT0中断，一般中断处理程序进入时应保护PSW，ACC以及中断处理程序使用但非其专用的寄存器。本例的INT0程序中应保护PSW，ACC等，以便保护中断前红绿灯的状态（保护现场），并且在退出前恢复原来红绿灯状态（恢复现场）。INT0端接单次脉冲发生器。3 本实验中交通信号灯LED0LED5与P1.0P1.5连接。4 有关本实验的其他问题请参考硬件实验二。五、实验仪器和设备PC机、WAVE软件、E2000/S仿真器+POD8X5X仿真头、MULT1A用户板、实验板、开关电源等。六、参考程序框图开始开外中断INT0状态1：南北绿灯，东西红灯，延时一会儿状态4：南北红灯，东西绿灯闪转黄灯亮，延时一会儿状态2：南北绿灯闪转黄灯亮，东西红灯，延时一会儿状态3：南北红灯，东西绿灯，延时一会儿INT0中断入口东西南北红灯都亮恢复现场保护现场延时10秒中断返回图3-11（1）主程序框图 图3-11（2） INT0中断处理程序框图硬件实验八 键盘扫描显示实验一、 实验目的1、掌握键盘和显示器的接口方法和编程方法。2、掌握键盘扫描和 LED 八段码显示器的工作原理。二、实验内容在上一个实验的基础上,利用实验仪提供的键盘扫描电路和显示电路,做一个扫描键盘和数码显示实验，把按键输入的键码在六位数码管上显示出来。实验程序可分成三个模块。键输入模块：扫描键盘、读取一次键盘并将键值存入键值缓冲单元。显示模块：将显示单元的内容在显示器上动态显示。主程序：调用键输入模块和显示模块。三、实验电路及连线KEY/LED-CS - CS0四、实验说实明 本实验仪提供了一个 64 的小键盘，向列扫描码地址(0X002H)逐列输出低电平，然后从行码地址(0X0