《片机原理实验V》PPT课件.ppt

单片机原理实验 李艳生湖北师范学院物电学院liva2008 Version2 0 2 目录 引言基本要求实验报告实验内容操作考试硬件结构 总线结构存储器指令系统最小系统实验方式实验环境结语 实验一流水灯实验二转向灯实验三中断实验四定时器实验五串口实验六数字钟实验七总线 3 基本要求 必带单片机理论教材必做预习报告严禁带早餐进实验室实验过程中 爱护仪器设备实验过程中 不能把垃圾丢到抽屉里实验完毕时 整理好实验仪器 关好计算机 4 参考书 新概念51单片机C语言教程 入门 提高 开发 拓展全攻略单片机C语言程序设计实训100例 基于8051 Proteus仿真 5 嵌入式系统 IEEE定义 嵌入式系统是 控制 监视或者辅助装置 机器和设备运行的装置 devicesusedtocontrol monitor orassisttheoperationofequipment machineryorplants 国内定义 以应用为中心 以计算机技术为基础 软件硬件可裁剪 适应应用系统对功能 可靠性 成本 体积 功耗严格要求的专用计算机系统 6 处理器 微控制器 MCUMicroControllerUnit 微处理器 MPUMicroProcessorUnit 数字信号处理器 DSPDigitalSignalProcessor 图形处理器 GPUGraphicsProcessingUnit 7 MCU 8位 32位 8 9 MPU ARM X86 10 DSP 5000 6000 11 GPU 电脑 手机 12 开发模式 直接在硬件平台上开发应用程序在硬件平台移植操作系统 然后在操作系统平台开发应用程序 MMU MemoryManagementUnit 13 嵌入式操作系统 ucLinuxucOSWindowsCELinuxAndroidVxWorks 14 应用领域 安防应用工业应用计算机及周边能源运输和汽车电子视频和影像 通信与电信消费电子医疗电子航空航天军事 15 手机结构图 16 电脑结构图 17 电视结构图 18 硬盘驱动器框图 19 智能仪表框图 20 嵌入式计算框图 21 数码相机框图 22 网络平台框图 23 RFID阅读器 24 便携式数据终端 25 台式计算机 26 笔记本电脑 27 服务器 28 打印机 29 无线鼠标 30 以太网交换机 31 变电站控制 32 车用信息娱乐 33 汽车门禁系统 34 汽车仪表板 35 汽车车身控制器 36 车用视觉控制 37 E bike 38 微波炉 39 洗衣机 40 电冰箱 41 移动互联网 42 物联网 43 实验报告 44 实验内容 实验一流水灯 P1口输出实验 实验二转向灯 P1口输入实验 实验三中断实验实验四定时器实验实验五串口实验实验六数字钟实验实验七总线实验 45 操作考试 选择算法 题号 学号的最后2位 随机数 MOD5 1 现场提问 根据回答情况给出考试成绩 46 开放考试 自主选择一个综合型题目 如数字温度计 数字电压表 题目不限 要求用Proteus设计电路 仿真及PCB制板 不能完全照搬别人的设计 原理 电路 程序要有自已的特色 提交可仿真的电路及程序 以学号姓名命名文件夹 报告用论文格式写作 并用A4纸打印提交 报告模板 47 硬件结构 微型计算机的基本组成 48 硬件结构 MCS 51单片机的基本组成 哈佛结构冯诺伊曼结构 CISCRISC 49 MCS 51单片机的引脚配置图 P1 P2 P3 P0 50 总线结构 51 存储器 数据存储器地址空间程序存储器地址空间I O系统地址空间 52 存储器 53 0区工作寄存器区结构图 RAM地址07H06H05H04H03H02H01H00H 54 片内RAM 20H 2FH 中的位寻址区 2FH 20H 字节地址 位地址 55 56 单片机复位后特殊功能寄存器的状态 57 指令系统 操作码 操作数或操作数地址 操作码 定义指令功能 详细信息查找指令表操作数 定义操作对象 输入输出数据 由寻址方式指定 数学中函数三要素 定义域 值域 对应法则指令系统 源操作数 目的操作数 操作码C语言函数 输入参数 返加参数 函数体 CISCRISC 58 寻址方式 单片机共有7种寻址方式 111条指令 1立即寻址2直接寻址3寄存器寻址4寄存器间接寻址5变址寻址6相对寻址7位寻址 59 60 最小系统 61 自制实验系统 成本 20元左右 62 STC89C51RCCPU 63 USB下载线 64 22 1184MHz晶振 65 22pf瓷片电容 66 10uf电解电容 67 电阻 68 Led 69 Button 70 面包板 71 EDA 72 实验方式 单片机开发板硬件实验Proteus软件仿真实验 73 实验环境 Proteus 电路设计 仿真 制板软件Keil 汇编 C语言集成开发环境STC ISP 下载工具 74 ProteusISIS 75 ProteusARES 76 Keil 77 ISP 78 实验一流水灯实验 内容 P1口接8个LEDD1 D8用循环延时实现流水灯要求 熟悉P1口作输出口的原理与方法 掌握循环延时 并能计算延时时间 79 P1口的位结构图 上拉电阻 三态门 80 电子设计 绘制原理图规划电路板生成网络表及选择元件封装设置参数 板层数 布局参数 布线参数 布局 自动布局与手动布局 布线 自动布线与手动布线 文件保存及输出 导出GerberRS274X文件 81 思考题 用C语言实现流水灯 如何计算延时时间 当LED数量远多于接口数量时 如50 100 1000个LED 如何实现流水灯 82 实验二转向灯 内容 P3口接2个按键输入K1 K2 P1口接1个数码管S1输出显示 K1按下S1显示 L K2按下S1显示 R 要求 熟悉P3口作输入口的原理及方法 掌握数码管的结构 原理及使用方法 掌握按键去抖动的原理及方法 83 P3口的位结构图 上拉电阻 替代输入功能 84 数码管结构与原理 共阴极Cathode 共阳极Anode 85 数码管结构与原理 86 数码管结构与原理 87 显示设备 LED 数码管 点阵屏 CRT LCD OLED 88 输入设备 Key KeyBoard Touch 89 思考题 当有多个数码管时 应该如何设计电路 90 实验三中断实验 内容 P1口接8个LEDD1 D8实现流水灯 P3 2接1个按键K1用于中断 当K1按下时 D1 D8全亮1秒再返回流水灯中断状态接着执行 要求 掌握中断的基本原理 学会使用中断系统 91 中断的概念 执行 主程序 继续执行 断点 中断请求 中断响应 执行中断处理 中断返回 看书借书电话 中断是硬软件实现的轮询 中断是处理随机事件理想方法 中断是为了提高CPU的利用率 92 中断结构 93 中断寄存器 TCON 定时控制寄存器 IE 中断允许控制寄存器 IP 中断优先级控制寄存器 SCON 串行口控制寄存器 94 定时控制寄存器TCON 1 IT0 选择外部中断请求0为跳沿触发方式还是电平触发方式 IT0 0 为电平触发方式 IT0 1 为跳沿触发方式 可由软件置 1 或清 0 2 IE0 外部中断请求0的中断请求标志位 IE0 0 无中断请求 IE0 1 外部中断0有中断请求 当CPU响应该中断 转向中断服务程序时 由硬件清 0 IE0 95 中断允许控制寄存器IE 0禁止 1允许 1 EA 中断允许总控制位 2 ES 串行口中断允许位 3 ET1 定时器 计数器T1的溢出中断允许位 4 EX1 外部中断1中断允许位 5 ET0 定时器 计数器T0的溢出中断允许位 6 EX0 外部中断0中断允许位 96 中断优先级控制寄存器 IP PS 串行口中断优先级控制位 PT1 定时计数器T1中断优先级控制位 PX1 外部中断1中断优先级控制位 PT0 定时计数器T0中断优先级控制位 PX0 外部中断0中断优先级控制位 注意 单片机复位后 IP寄存器被清0 所有中断源为低级中断 97 中断向量表 NMI 98 中断服务程序设计的步骤 1 对外中断源 是采用电平触发还是跳沿触发 2 设置中断优先级寄存器IP 3 设置中断允许控制寄存器IE 4 编写中断服务程序 处理中断请求 注 前3条一般放在主程序的初始化程序段中 99 中断程序结构 ORG0000HLJMPMAINORG中断入口地址LJMPINTR ORGXXXXHMAIN 主程序INTR 中断服务程序 voidmain voidintr interrupt中断类型号using工作组寄存器 100 中断服务程序流程 INT CLREA CPU关中断PUSHPSW 现场保护PUSHACC SETBEA CPU开中断中断处理程序段CLREA CPU关中断POPACC 现场恢复POPPSWSETBEA CPU开中断RETI 中断返回 恢复断点 101 操作系统 实时操作系统分时操作系统批处理系统WindowsLinuxMacOSX抢占式内核非抢占式内核 MacOSX Windows8 Ubuntu 102 微型嵌入式操作系统 MicroC OSII uC OSII 源代码行数 5000多行 103 思考题 中断服务程序与子程序有何异同 P3 3再接1个按键k2 当k2按下时 LEDD1 D8全灭1秒 k1和k2同时按下会有何现象 如何实现多于2个的外部中断 104 实验四定时器实验 内容 P1口接8个LEDD1 D8 用定时器T0的方式1定时1s实现流水灯 并用示波器检测P3 7是否达到定时1s功能 要求 熟悉定时 计数器的基本原理 会计算定时器的时间常数 105 定时器 106 定时器 107 TMOD T1控制 T0控制 M1M0 工作方式选择 M1M0 C T 定时 计数工作方式选择 GATE 门控端 108 定时 计数器工作方式 109 TCON 触发方式选择 启动定时 计数器 0低电平1下降沿 0停止1启动 中断请求标志 110 方式1 定时时间 t 216 T0初值 机器周期 111 使用步骤 确定TMOD控制字 编程时将控制字送TMOD 计算计数器的计数初值 编程时将计数初值送THi TLi 开中断 如果使用中断方式 编程置位EA ETiTRi位置位控制定时器的启动和停止 112 移动操作系统 多线程时间片 113 Android 114 Windows 115 大型嵌入式操作系统 Linux ARM 源代码行数 1000多万行 116 扩展 ProteusARESPCB制板 117 实验五串口实验 内容 利用串口发送和接收数据 在P1接8个LEDD1 D8 并利用接收到的数据实现流水灯 要求 掌握串行口方式1的工作方式及编程方法 掌握串行通讯中波特率的设置 给定通讯波特率的情况下 会计算定时时间数 118 通信的概念 并行通信与串行通信同步通信与异步通信单工 半双工与双工 119 串口框图 120 SCON SM0 SM1 控制串行口的工作方式 SM2 允许方式2和方式3进行多机通信控制位 REN 允许串行接收控制位 REN 1 允许接收 TB8 是工作在方式2和方式3时要发送的第9位数据 根据需要由软件置位和复位 RB8 是工作在方式2和方式3时接收到的第9位数据 TI 发送中断标志位 必须由软件清零 RI 接收中断标志位 必须由软件清零 121 工作方式 122 PCON SMOD 波特率倍增位 当SMOD 1时 波特率加倍 当SMOD 0时 波特率不加倍 GF1 GF0 两个通用标志位 用户使用 思考 该两位的作用是什么 123 波特率 定义串行口每秒钟发送 或接收 的位数称为波特率 1 方式0的波特率在方式0下 串行口通信的波特率是固定的 其值为fosc 12 fosc为主机频率 2 方式2的波特率在方式2下 通信波特率为fosc 32或fosc 64 根据特殊功能寄存器PCON中SMOD位的状态来决定串行口在那个波特率下工作 124 3 方式1或方式3的波特率 在这两种方式下 串行口波特率是由定时器的溢出率决定的 因而波特率是可变的 波特率的公式为 125 网络 RS232 485有线网络 Earthnet 光纤网 无线网络 NFC Bluetooth Wifi 2G 3G 4G 10cm 10m 100m 500m 126 扩展 多机通信单片机与PC机之间通信 127 实验六数字钟实验 内容 P3口接3个按键k1 k2 k3分别用于调整时 分 秒 P0 P2口接8位连体数码管用于显示时间 时 分 秒分隔符用 要求 实现定时1s的程序 熟悉时钟的程序逻辑 掌握数码管的动态显示 128 实验七总线结构 内容 采用74LS373作为地址锁存器 用1片6264扩展单片机