51单片机实验指导书.doc

51系列单片机原理与应用实验 华南师范大学物理与工程工程学院微机实验室2008年9月 目录实验须知 2实验一 交通灯控制实验 5实验二 现实人体视觉暂留特性测试实验 8实验三 实施时钟制作实验 10实验四 简易电子琴制作实验 11实验五 EEPROM应用数字密码锁 14实验六 综合实验：教学板自检程序设计 19实验七 数据采集火灾报警装置的软硬件设计 20附录一 实验教学板 21附录二 实验用软件使用说明 22烧录软件的使用 27 实 验 须 知一、 预习要求1 实验前认真阅读实验指导书的相关内容，明确实验目的和实验任务。2 实验前应做好预习报告，在报告中，要求画出所设计的实验电路原理图、程序流程图，编写好程序，并对程序加以注释，还要拟订好实验步骤。二、 实验要求1 按实验中心安排的时间到指定实验室上实验课，不要迟到、缺席。有特殊原因不能在原安排时间来实验时，须提前一天通知实验中心负责教师。2 认真完成每次实验的各项任务，实验结果要请指导教师检查。教师对实验内容提问，并对完成者进行记录。3 爱护设备，保持清洁，不得在实验室内大声喧哗，不要将食物带入实验室，不擅自更换设备。4 在实验箱（板）通电状态下，不要用手随意触摸电路板上除按键和开关以外的芯片等其它元器件。，严禁带电操作，即所有接线、改线和拆线操作均应在不带电的状态下进行。5 实验中若发生异常情况应立即切断电源，并向指导教师报告，检查原因，避免再次发生类似情况。6 实验完毕，请整理好实验设备后再离开实验室。三、 实验报告要求 实验报告必须使用实验报告专用纸，书写要工整、清楚，并在下一次实验时交给指导教师。实验报告应包括以下内容：1 实验名称、实验人姓名、学号、班级、同组人姓名。2 实验目的、任务（内容）。3 各任务程序流程图、自编程序清单，对程序须给出适量注释（例如：变量和 某些寄存器的作用，关键程序段的功能等）。4 应画出所设计的完整实验电路图。5 记录和分析实验调试过程中遇到的问题并给以合理的解释，简述是如何解决的。记录实验结果，6 解答思考题。 实验一 交通灯控制实验一、 实验目的1 熟悉教学板电路及其结构。2 掌握利用 Kei l C51 软件编辑、调试（包括仿真调试、单步调试）、运行单片机程序的步骤和方法，掌握利用STC-ISP V39下载线和相应的软件将程序写入单片机的方法 。3 通过实验熟悉51单片机的并行I/O口，并掌握它们的应用。4 学习延时程序的编写。二、 实验设备PC机一台 、 实验教学板一块。三、 实验准备1 阅读实验讲义附录一、 实验教学板电路图和附录二、 Kei l C51 软件使用说明2 按实验题目要求设计好硬件电路，画出电路原理图，并设计出相应程序，要求画出主程序、子程序、中断服务程序流程图，并给程序加上较详细的注释。四、 实验内容及原理模拟实现一个路口交通灯管理 在路口当中，一条为“干线”，另一条为“支线”。两个方向上各设有红、黄、绿3盏交通灯。 一般情况下（初始状态），干线亮绿灯，支线亮红灯。当支线上有三辆车到达路口（用按键按下模拟一辆车到达），则6秒后，干线亮黄灯，持续3秒后，转为干线亮红灯，支线亮绿灯，过24秒后，支线转黄灯亮，3秒后，回到初始状态。五、实验步骤1. 将实验板与PC机通过COM口连接。启动PC机，进入Kei l C51软件环境，选择建立新工程文件，即可开始输入源程序。 2完成汇编、连接，若有错误，则修改源程序，直至汇编、连接通过为止。3接上实验板上的电源。3 运行“STC-ISP V39.EXE”，将程序代码下载到实验板的单片机中。操作的顺序是：1）选择单片机（MCU TYPE）型号。如：“STC89C51RC”要与实验板上所装单片机的型号一至。2）打开文件（Open File）。 即把要下载到单片机的程序文件（已通过编译了的机器码文件二进制（.Bin）或十六进制（.Hex）的）调到“文件缓冲区”，这时可看到右边的“文件缓冲区” 有数字变化。3）选择串行通信口。 选对时，软件上的小灯会变绿。否则小灯是灰色。且在左下窗口提示“出错信息”。4）下载：按“Download/下载”按键下载。5）把实验板上的供电的直流电源拔掉或关掉3秒钟-再插入或打开电源（为单片机上电复位）。注意： 4)和5)顺序不能反！ 4观察单片机运行情况，验证程序是否能完成题目给出的控制要求，若不能达到要求，分析原因、查找错误，修改源程序，再次汇编、连接，重新下载、运行，直至达到题目的控制要求。六、 思考题 如何仿真和调试单片机应用程序？ 附：交通灯实验 程序 ORG0000HSTA:MOVP0,#11011011B ;干线亮绿灯，支线亮红灯MOVP2,#0001000B ;选通LED MOVP3,#11101111B ;K1列线置0MOVR7,#3STA1:JBP3.3,$ ;无按键等待LCALLDELAY30MS ;去抖动JBP3.3,STA1JNBP3.3,$ ;等键释放DJNZR7,STA1MOVR6,#200STA2:LCALLDELAY30MS ;延时30MSDJNZR6,STA2 ;延时6秒MOVP0,#10111011B ;干线亮黄灯，支线亮红灯MoVR6,#100STA3:LCALLDELAY30MSDJNZR6,STA3 ;延时3秒MOVP0,#01111110B ;干线亮红灯，支线亮绿灯MOVR5,#4STA4:MOVR6,#200STA5:LCALLDELAY30MSDJNZR6,STA5DJNZR5,STA4 ;延时24秒MOVP0,#01111101B ;干线亮绿灯，支线亮黄灯MOVR6,#100STA6:LCALLDELAY30MSDJNZR6,STA6 ;延时3秒LJMPSTADELAY30MS:MOVR4,#55DELAY:MOVR3,#250DJNZR3,$ ;1.085us（指令周期）*2*250+2=547.5usDJNZR4,DELAYRET 实验二 人体视觉暂留特性测试实验一、 实验目的1进一步熟悉利用 Kei l C51 软件编辑、调试（包括仿真调试、单步调试）和运行单片机程序的步骤和方法。2通过实验熟悉51单片机的定时/计数器，并掌握它们的应用。3掌握键盘、LED显示的工作原理。4. 学习编写定时和外中断服务程序 二、 实验设备PC机一台 、 实验教学板一块。三、 实验内容及原理 人体视觉暂留特性测试实验编程从一个I/O口输出一扫频信号，驱动一支LED灯闪动，频率范围为10HZ99HZ，扫描时间为30秒，在LED闪动期间观察，一旦发现无法识别LED灯闪动时，按下按键K1，立即停止输出，并将此时的信号频率显示在数码管上，该信号的周期为测试者的视觉暂留时间。 四、实验要求1按实验题目要求设计好硬件电路，画出电路原理图。2. 要求画出主程序、子程序、中断服务程序流程图，设计出相应程序并给程序加上较详细的注释。3. 在Keil C51编译环境下完成程序编译。4. 通过下载线和下载软件STC-ISP V39将编译后的程序下载到单片机。5. 运行程序，用实验结果验证程序的正确性。若不能达到要求，分析原因、查找错误，修改源程序，再次汇编、连接，重新下载、运行，直至达到题目的要求。 五、思考题 1、实验中频率数据是怎样计算出来的？ 2、总结数码管动态显示方法。程序流程图主程序 输出波形 输出频率与定时器初值关系表 偏移地址定时器初值频率值TABL+0TH4CH 10HZTL00HTABL+2TH5CH 11HZTL5DHTABL+4TH6AH 12HZTL00HTABL+6TH75H 13HZTL89HTABL+8TH7FH 14HZTL6DHTABL+194THEDH 97HZTL71HTABL+196THEDH 98HZTLA1HTABL+198THEDH 99HZTLD1H实验三 实时时钟制作实验一、 实验目的1通过实验进一步掌握51单片机的定时/计数器的应用。2掌握矩阵键盘、LED动态显示的工作原理。3学习编写实用的时钟程序和矩阵键盘处理、LED动态显示控制程序。二、 实验设备PC机一台 、 实验教学板一块。三、 实验内容及原理在内存中设置若干个单元存放时钟参数：年、月、日、时、分、秒，开机时所有参数设定一起始值。编程利用定时器T0或T1定时，在定时中断服务程序中修改时钟参数，而主程序则完成按键处理和时钟显示。要求：可通过按键对各参数进行修改，并可根据按键循环设置时钟显示内容，显示格式如下： 年 2008 月日 XX.XX 时分 XX.XX 分秒 XX.XX. 按键的设置和使用方法自行决定。 四、实验要求1按实验题目要求设计好硬件电路，画出电路原理图。2. 制定按键的功能和使用方法。3. 要求画出主程序、子程序、中断服务程序流程图，设计出相应程序并给程序加上较详细的注释。4. 在Keil C51编译环境下完成程序编译。5. 通过下载线和下载软件STC-ISP V39将编译后的程序下载到单片机。6. 运行程序，用实验结果验证程序的正确性。若不能达到要求，分析原因、查找错误，修改源程序，再次汇编、连接，重新下载、运行，直至达到题目的要求。五、 思考题1. 如何增加显示的亮度？2. 若想用按键快速修改时间参数，有什么好办法？实验四 制作简易电子琴的实验一、 实验目的1通过实验进一步掌握51单片机的定时/计数器的应用。2掌握51单片机的外断原理及应用。3. 学习系统应用程序的设计和调试方法二、 实验设备PC机一台 、 实验教学板一块。三、 实验原理实验线路见图4-1，通过定时器的定时，产生一定频率的信号，经P2.5输出，驱动蜂鸣器，便可发出某一频率的音调，若按一支乐曲规定的音调和节拍改变输出的变化，即可演奏一首乐曲。图4-1 音乐输出线路四、 实验内容1.电子琴功能用实验板上K1K7作为电子琴的7个按键，每个按键对应一个音符，规定频率如表1： 音符频率 T值 音符频率 T值 SI494 614435 So 740627671 DO523613876 La880630702 Re587618397 Si989633403 Mi65962243 DO 1109634614 Fa69862427 RE 117563689要求当按下其中一个按键，就通过P2.5口输出对应频率信号使蜂鸣器发出特定音符声音。 2.乐曲演奏若按下K8键，完成自动弹奏“送别”歌曲。（乐谱见教材258页）其原理为：乐曲的弹奏的旋律，除了用声音的大小来表现外，主要是用音符和节拍来控制。不同的音符表示不同的发出不同的高低音，声音的频率也就不同。单片机产生音符的输出控制是由定时器来完成，不同的定时值产生不同的输出频率，使蜂鸣器发生对应的音调声音，表1给出了音符与频率之间的关系。节拍据是表示当前音符输出时间长短，每一个节拍的时间长短表示了乐曲的旋律的快慢。对于节拍控制单片机可以用延时子程序来完成，方法是以乐曲1/4拍为单位，进行延时控制，单位延时时间的长短代表了乐曲不同的演奏的速度。若要实现1/2节拍的时间控制，则用2个延时单位来完成，假定1/4拍是延时0.125秒，1/2拍则延时0.25秒，1拍为延时0.5秒，其余依此类推。程序设计时应先将乐曲音符和节拍转换成数据表，存于计算机的ROM中。数据表的设计方法如下： （1）表中的一个字节代表乐曲的中一位简谱的音符与该音符的节拍。高4位用于表示音符，数字与音符的关系如表2；低4位用于表示节拍，数字与节拍及延时时间关系如表3. （2）按乐曲中乐谱顺序将所有的音符和节拍进行编码，得出数据表，最后以00H作为音乐结束标志。 表2： 表3： 四、实验要求1按实验题目要求设计好硬件电路，画出电路原理图。2. 要求画出主程序、子程序、中断服务程序流程图，设计出相应程序并给程序加上较详细的注释。3. 在Keil C51编译环境下完成程序编译。4. 通过下载线和下载软件STC-ISP V39将编译后的程序下载到单片机。5. 运行程序，用实验结果验证程序的正确性。若不能达到要求，分析原因、查找错误，修改源程序，再次汇编、连接，重新下载、运行，直至达到题目的要求。 六、思考题1、结合实验板上的电路，设计一个可以任意选曲播放的电子音乐盒。 2、总结矩阵键盘的识别方法。 参考流程图实验五、EEPROM应用数字密码锁一、实验目的1通过实验掌握EEPROM使用2. 学习I2C的使用3学习系统应用程序的设计和调试方法。二、实验设备PC机一台 、 实验教学板一块。三、实验内容及原理 设计数字密码锁的电路和应用程序。密码锁的基本功能如下： 1密码锁有两个密码：一是设计密码，放存在ROM中；另一个是使用密码，存于EEPROM中。2.密码锁的密码用4位有效数字，输入超过4位时以最后输入4位数字为准，数字范围由16。3. 用实验板上K1K6键作密码数字输入键，分别表示16数字，K7，K8键为命令键。其中，K7为密码设置键，K8为开锁键。蜂鸣器用作开锁指示。4. 开机后进入初始状态，显示器显示“ ” 且最高一位闪动，闪动位亦表示当前数字输入位，以后每输入一位数字，闪动位向右循环移动。 5开锁功能：在初始状态下，从K1K6键输入密码，再按K8键。若输入密码的最后4位数与存EEPROM的使用密码内容相同或与存于ROM中的设计密码相同，则开锁成功，并用蜂码器发声指示。 否则输入错误返回初始状态。开锁状态维持 60秒，超过时间，则自动关闭开锁状态，同时停止声音输出。6.修改密码功能，在开锁状态下，用K1K6键输入4位新的使用密码，若超过4位数则以最后4位数为准，然后按K7键，则完成密码修改。新密码存到EEPROM中，覆盖原来的使用密码，且新密码闪动三下，表示修改成功。完成后自动回到初始状态。若不在开锁状态或在开锁状态下数字键输入不足4位，按K7键就无效，返回初始状态。 以上36项也可根据自己的喜好自行设计。 四、实验要求1按实验题目要求设计好硬件电路，画出电路原理图。2. 确定系统功能。3. 根据给出的程序流程图，设计出相应程序并给程序加上较详细的注释。4. 在Keil C51编译环境下完成程序编译。5. 通过下载线和下载软件STC-ISP V39将编译后的程序下载到单片机。6. 运行程序，用实验结果验证程序的正确性。若不能达到要求，分析原因、查找错误，修改源程序，再次汇编、连接，重新下载、运行，直至达到题目的要求。六、 思考题 1、编写I2C总线的应用程序时要注意哪些问题？ 参考流程图 实验六 教学板自检程序设计一、实验目的1通过实验掌握EEPROM使用2. 掌握串行A/D的应用3. 掌握单片机串行通信收发接口的使用4学习系统应用程序的设计和调试方法。二、实验设备PC机一台 、 实验教学板一块。三、实验内容及原理程序运行前先将TXD、RDX短接。程序完成以下功能：1自检程序先将所有的数码管点亮，显示09，每秒变换一次。2. 编写走马灯程序，使LED逐位显示一次3.自检程序将EEPROM所有单元置0，并读出检查是否为0，再置EEPROM所有单元为FFH，并读出检查是否为全1。若不成功则显示器显示“Er r 1” 。 4.启动串行口进行自发自收，检查发、收的数据是否相同。不成功则显示“Er r 2” 。 5. 启动A/D，并在数码管上显示A/D转换值。 6. 等待按键，按任一键则蜂鸣器发声0.5秒一次。四、实验要求1按实验题目要求设计好硬件电路，画出电路原理图。2. 要求画出主程序、子程序、中断服务程序流程图，设计出相应程序并给程序加上较详细的注释。3. 在Keil C51编译环境下完成程序编译。4. 通过下载线和下载软件STC-ISP V39将编译后的程序下载到单片机。5. 运行程序，用实验结果验证程序的正确性。若不能达到要求，分析原因、查找错误，修改源程序，再次汇编、连接，重新下载、运行，直至达到题目的要求。五、 思考题1、 若要8路A/D，在原有的电路上应作如何修改？2、这块实验板的串行通信的速度最高能够做到多少波特率？请给出计算方法 和初始设置的程序。 实验七：数据采集火灾报警装置的软硬件设计一、实验目的1掌握串行A/D的应用2. 掌握单总线器件18B20的应用3. 掌握温度的检测方法4学习系统应用程序的设计和调试方法。二、实验设备PC机一台 、 实验教学板一块。18B20芯片一块，390欧电阻、1K电位器各一个三、实验内容及原理完成一个火灾数据采集系统的硬件电路的设计。编写和调试运行程序。系统主要技术指标如下：1.系统监测1路可燃气体的浓度注：传感器在浓度从00100%LEL（Low Expiosion Limit，爆炸极限）输出420mA的信号（可用电位器替代）2.系统监测1路温度的变化值3.设若干位显示，设置按键进行浓度、温度显示转换。4.系统可设置气体浓度安全值，温度变化的安全值。5.一旦超出安全范围则进入自动报警。 四、实验要求1按实验题目要求设计好硬件电路，画出电路原理图。2. 说明电路原理，设计指标，系统操作方法。3. 要求画出主程序、子程序、中断服务程序流程图，设计出相应程序并给程序加上较详细的注释。4. 在Keil C51编译环境下