《单片机及接口技术》实验指导书.doc

单片机及接口技术课程实验指导书太原理工大学 机械工程学院目录一、AT98S52单片机实验系统简介- 2 -二、开发环境简介- 8 -三、实验基本要求- 14 -四、实验内容及步骤- 16 -实验一并行接口实验- 16 -实验二中断系统实验- 18 -一、AT98S52单片机实验系统简介AT89S52是美国Atmel公司出品的8051架构的ISP（在系统可编程）型单片机，其主要参数：1、与MCS-51单片机产品兼容；2、8KB在系统可编程Flash存储器；3、1000次擦写次数；4、全静态操作：0Hz-33MHz；5、三级加密程序存储器；6、32个可编程I/O口线；7、三个16位定时器/计数器；8、8个中断源；9、全双工UART串行接口；10、低功耗空闲和掉电模式；11、掉电后中断可唤醒；12、看门狗定时器；13、双数据指针；14、掉电标识符。AT89S52单片机实验板选用AT89S52单片机作为核心，同时配合一些其它外设，能完成基于此单片机的全部硬件资源实验，同时还具有丰富的总线内涵，如基于18B20元件的单总线，基于24C01/02的I2C总线，基于HC595的SPI总线，基于MAX232的UART总线，为初学者的入门与提高提供了一个很好的平台。此实验板提供自带的ISP下载线，可方便连接实验板与计算机并行口。同时它还能很容易的通过接插件连入底板，从而与其它的各类模块相连，形成一个完整的系统，能大大缩短了项目开发周期，这也是此实验板的一大亮点。下图是实验板的实物照片，该板外形小巧（尺寸110mm85mm），方便携带，可随时随使用与展示。同时板的正面无焊接痕迹（除一个贴片的晶振外），让整个板的美观性大大提高，焊接在板的背面完成。1) 共阳极的4bit数码管；（U6）2) LED灯，并行口P1（P1.0P1.4）控制；（LED5LED9）3) LED灯，74HC595（8位串入并出芯片）的并行数据口（8bit）控制；（LED1LED4、LED10LED13）4) 4*4键盘接口；（K1）5) 独立按键；（S1S4）6) 单片机的复位按键；（S0）7) 单片机的复位指示灯；（D2）8) 蜂鸣器；（B1）9) 选择跳线，选择单片机的端接H或L；（JP1）10) +5V电源指示灯；（D1）11) +5V电源进线口；（P1）12) ISP下载线指示灯；（D3）13) ISP下载线进线口；（J2）14) 串口UART指示灯；（D4、D5）15) 串口UART连接口；（J1）16) 温度传感器18B20的插座（2 个）；（JT1、JT2）17) AT24C01/02（I2C）；（U5）18) 74HC595（SPI）；（U4）19) 74LS377；（U3）20) MAX232；（U2）21) 跳线，控制蜂鸣器通和断；（JP2）22) AT89S52（U1）各部分电路说明指示如下（一）LED 灯的控制部分，1.其中（LED5LED9）为I/O口控制，（LED1LED4）与（LED10LED13）为HC595采用I/O模拟SPI控制方式。电路示意如下。2.使用说明：按下列图示接法，使用起来最为简单；如不想采用下图设计，可在0R电阻两侧通过飞线方式选择自己想要点亮的LED或选择驱动LED所用的CPU管脚。如我们想采用P10口线做为HC595的SRCLK信号输入端，则将与P10口线相连的R29电阻左端与R36电阻的右端用跳线接在一起，即可完成设计。其它方式相同。（二）按键部分，通过中断方式或查询方式都可以检测按键，采用中断方式时注意电平或沿触发模式的设置，并合理处理好消抖问题。如不想采用此固定方式连接按键，可选择其它口线。如果想利用定时器输出波形，点亮LED的话，可以将R37或R38电阻的右端与相应的LED灯跳线电阻进行短接，通过定时器方式可以完成灯的心跳功能。（三）数码管显示部分，数码管采用4位7段共阳数据管，注意对应字符的编码，采用PNP三极管9012做为位选驱动，采用377做为段码的锁存控制，377的控制方式可采用外部总线寻址的控制方式，也可采用I/O摸拟377的锁存时序的控制方式。如不想按以下电路进行操作，可将相应的电阻跳线通过飞线来处理。（四）蜂鸣器控制部分，采用P2口的P2.7端口来模拟可变频率的PWM脉冲来控制蜂鸣器发声。电路如下图所示。如不想采用该端口可以通过电阻跳线飞线与其它口进行连接。（五）51 单片机与复位部分，注意P0口上已加上拉电阻。注意EA端跳线的状态，复位时D2灯会亮一下。（六）电源及下载线部分，电源接入为V，以线性电源为好，电源指示灯为D1，下载线指示灯为D3，ISP的下载口与P1口线中的几根复用，用时请注意其状态。（七）对外的扩展接口，如想利用该单片机核心处理器板与外部接口板相接或自行利用万用板焊接电路，则单片机引出到插座的管脚 如下图标示。其中 B1 到 B8，A1 到 A8 为插座中的空闲管脚。二、开发环境简介(一) 伟福软件使用简介：双击桌面上的V系列仿真器集成调试软件（即伟福软件）图标进入本开发环境，其界面及主要功能如下图所注。 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 伟福界面1 仿真器设置窗口如下图所示，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。仿真器设置窗口2 文件窗口如下图所示，可在此窗口下进行包括新建、打开、保存等文件操作。文件窗口3 编译文件窗口如下图所示，在此窗口下可将源文件编译成目标文件。编译文件窗口4 执行窗口在此窗口下，可用全速、跟踪、断点等各种方式运行程序。执行窗口5窗口窗口在此窗口下，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。窗口窗口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。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）。数据窗口DATA（内部数据窗口）CODE（程序数据窗口）XDATA（外部数据窗口）PDATA（页方式外部数据窗口）(二) AT-ISP软件使用说明1. 打开双击次目录下的文件IspPgm.exe即可打开软件进入如下图的界面2. 芯片选择左击界面右面芯片选择窗口的下拉箭标，选择编程芯片的型号。3. 导入hex文件到缓冲区 左击界面上的“Open File”按钮，选择需要写入的hex文件。4. 向芯片写入文件（写文件时要保证编程电缆连接正确，且CPU工作正常）左击界面上的“Write”按钮，开始编程向芯片写入程序。5. 写入结束出现如下图界面表示完成写入编程。6. 退出程序左击界面右上角的“x”按钮，退出此程序。备注：hex文件可由任何支持MCS51系统的编译软件生成。三、实验基本要求单片机及接口技术实验的目的在于培养学生进行单片机应用系统开发的基本能力与方法，熟悉现有单片机实验板的基本使用方法与操作技能，为进一步使用单片机进行嵌入式系统开发打下基础。实验前的准备认真做好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、 项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题，并按照实验题目准备程序等。 实验的进行1、建立小组，协同工作每次实验都以小组为单位进行,每组由若干人组成，实验进行中的接线、电源的通断、编辑调试软件的设置、源代码的调试与汇编、机器码的烧录等工作都要由小组所有同学共同协作完成，以保证实验顺利进行，并保证实验板系统与计算机系统在实验过程中完好无损。2、熟悉单片机实验板与ISP线的使用方法单片机实验板上有很多高精度元器件，需要正确连接+5V电源并通过ISP数据线与计算机并行口连接，才能正确的将计算机上调试好的软件机器码传输到单片机Flash EEPROM中。3、熟悉伟福软件与AT-ISP软件的使用提前熟悉伟福软件与AT-ISP软件的使用方法，并熟悉在计算机上通过伟福软件仿真调试单片机汇编程序的方法。4、提前编写好程序本课程实验需要学生在验证演示程序的基础上，按照实验要求修改程序并调试通过，以缩短实验时修改程序所需时间，保证学生能按实验要求完成实验。5、认真负责，实验有始有终实验完毕，须将程序源程序交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的器材、线缆及仪器等物品规整好。实验报告 实验报告是根据实验数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。报告包括以下内容：1) 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期。2) 列出实验中所用设备的名称及规格等。3) 列出实验项目并写出实验时所用的源程序，并说明实验现象及其正确与否。4) 根据程序和现象进行分析说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。 5) 每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。1、接触单片机实验板前需将手中静电释放掉，可先用手触摸一下暖气管或洗手;2、实验中ISP线接插电脑并行口（打印口）前，需要关闭计算机，否则可能烧坏计算机并行口。四、实验内容及步骤实验一并行接口实验(一) 理论介绍1) Pl 口为准双向口,每一位都可独立地定义为输入或输出，在作输入线使用前,必须向锁存器相应位写入“1”,该位才能作为输入。2) 定时/计数器的实质是加 1 计数器（16 位），由高 8 位和低 8 位两个寄存器组成。TMOD 是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON 是控制寄存器，控制 T0、T1 的启动和停止及设置溢出标志。3) 加 1 计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经 12 分频后送来；一个是 T0 或 T1 引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计数器加 1，当加到计数器为全 1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使 TCON 中 TF0 或 TF1 置 1，向 CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。4) 设置为定时器模式时， 1 计数器是对内部机器周期计数加（1 个机器周期等于 12 个振荡周期，即计数频率为晶振频率的 1/12）。计数值 N 乘以机器周期 Tcy 就是定时时间 t 。5) 工作方式寄存器 TMOD(二) 示例程序ORG0000HLJMPMAINORG 000BH;设置定时器T0的中断入口地址 LJMP INT_T0ORG0030H;跳过异常向量区;-主程序-MAIN:MOVSP,#53H;初始化堆栈指针MOVP1,#0FFH ;设置P1口LED灯初始状态是全灭START: LCALLT0_INITMOVR1,#10;设置定时器的计数次数，达到LED灯500ms亮灭一次 SETB TR0;开启定时器T0LJMP$;-;-定时器T0初始化子程序-T0_INIT:MOV TMOD,#01H ;T0方式1 MOV TH0,#4CH;定时50毫秒(11.0592MHz) MOV TL0,#00HSETB EA;开总中断 SETB ET0;开定时器T0中断RET;子程序返回;-;-定时器T0中断服务子程序-INT_T0: MOV TH0,#4CH;重装定时50毫秒的参数 MOV TL0,#00H DJNZ R1,GORET;达到定时50ms*10=500ms的目的CPLP1.0 ;控制LED9灯亮灭 MOV R1,#10 ;重装定时器的计数次数GORET:RETI;中断返回;- END(三) 实验要求1. 阅读实例程序，预测程序运行时的实验现象；2. 使用伟福软件编译调试示例程序，并将机器代码（*.hex文件）烧录进单片机中运行，观察实验现象是否与自己的理解一致，如果不一致，再重新阅读代码、理解程序；3. 修改程序，使用软件定时（不使用定时/计数器），实现示例程序所实现的功能。(四) 实验报告要求1. 解释单片机并行接口控制外设的原理；2. 解释示例程序的功能与实验现象；3. 记录修改好并调试通过的程序，并将修改与调试过程中出现的问题与解决过程记录下来。实验二中断系统实验(一) 理论介绍1) CPU 在处理某一事件 A 时，发生了另一事件 B 请求 CPU 迅速去处理（中断发生）；CPU 暂时中断当前的工作，转去处理事件 B（中断响应和中断服务）；待 CPU 将事件 B 处理完毕后，再回到原来事件 A 被中断的地方继续处理事件 A（中断返回），这一过程称为中断 。2) 80C51 的中断系统有 5 个中断源，2 个优先级，可实现二级中断嵌套 。3) 3) 80C51 中断的控制(二) 示例程序FLAG EQU 20H.0;灯亮标志位ORG0000HLJMPMAINORG 0013H;外部中断1的中断入口地址 LJMP INT_INT1ORG0030H;跳过异常向量区;-主程序- MAIN:MOVSP,#53HMOVP1,#0FFHCLRFLAG;清0标志位SETBP2.7CALL INT1_INIT ;调用中断的初始化（设置中断的触