单片机实验教案实验二(指导书).doc

实验二 基本I/O与流水灯控制实验一、目的、任务和要求1.1 实验目的1. 掌握单片机的I/O指令和I/O口特性。2. 掌握单片机I/O口控制系统的设计和应用方法。3. 掌握移位法控制输出和查表法控制输出这两种编程方法。4掌握所使用的单片机实验系统的操作使用方法。1.2 实验任务对8051单片机的I/O接口，搭建一个简单的单片机I/O控制硬件电路，并利用相关软件设计和调试I/O口功能。具体任务如下： (1) 搭建一个使用P1口控制的流水灯电路，本例采用LED发光二极管亮、灭作为输出控制的对象，使用移位法控制的编程方法，设计并调试成功一个流水灯应用程序。(2) 再次使用上述搭建好的流水灯硬件电路，使用查表法控制的编程方法，设计并调试成功一个流水灯应用程序。(3) 搭建一个使用P1口兼作输入接口和输出接口的简单电路，本例采用按键开关作为输入控制信号，LED发光二极管亮、灭作为输出控制对象，设计并调试成功一个将开关信号读入后再送出显示的应用程序。本例将P1.4 P1.7引脚用于输出口（连接发光管），同时P1.0 P1.3引脚作为输入口（连接按键开关）。通过完成本项目的实验任务，要求掌握移位法控制输出和查表法控制输出这两种编程方法，并设计出符合流水灯(彩灯)花样的程序；会根据流水灯不同的速度需要编写出延时时间不同的延时子程序。还会设计一个简单的、既可以正确读入信号电平又可以控制输出信号电平的电路和程序。同时，掌握所使用的单片机实验系统的操作使用方法。1.3实验要求(1)按照三个实验任务，分别画出三组实验电路图、程序流程图和程序代码。(2)试编写一个延时1秒的子程序(采用6MHz晶振器时)。说明修改延时时间的一般方法(即说明如何修改程序结构或者指令)。(3)分别针对移位法程序和查表法程序，说明改变流水灯花样的编程方法，然后比较两种编程方法的优缺点(即指出哪一种程序比较简单？流水灯花样更多?)。二、设备和器件2.1实验设备（1）微型计算机（PC机）(装配相关软件)，（2）单片机实验箱或开发板。2.2电路元器件本实验采用Protues仿真软件搭建一个简单的单片机系统电路，进行电路仿真分析，不需要实际的元器件。若实验采用万能板(或面包板)搭建电路，则需要如下元器件：LED发光二极管，510限流电阻，小按键、软导线等。学生可自己在课后搭建电路进行实验，并与仿真实验比较。三、实验内容及步骤3.1基本I/O接口与流水灯控制系统1电路原理图利用Protues仿真软件画出单片机实验电路原理图，参考电路图如图2.1和2.2所示。其中搭建电路需要做好以下三个环节：1) 识别器件。怎样在Protues元件库中找元件。2) 确定元件参数值。根据实验电路图作电路布局设计，然后确定元件参数值。3) 检查电路。重点检查80C51单片机的基本工作条件，即检查芯片电源和地、晶振电路、复位电路、I/O接口等引脚及其电路连接的正确性。2软件编译和仿真调试先在Keil51集成开发软件Vision4中编写出P1口控制流水灯(或其它彩灯形式)的程序，再通过Vision4仿真器进行编译和仿真。参考程序如下所示。本次实验按照以下四个基本步骤来操作：1)在PC机桌面建立一个文件夹，如“LED002”，待本次实验结束后删除它。2)双击打开“Vision4”软件，点击“Project”建立工程文件并保存，如“LED02”。在“File/New”菜单下创建上述*.asm文件，并存入桌面的上述新文件夹中，然后进行程序的录入和编辑操作。3)在“Project /Build target”下进行汇编。编译成功后将在上述桌面的新目录中生成*.obj(目标文件)和*.lst(列表文件)等文件；若汇编不成功，则会弹出一个提示原因的新界面，可根据提示信息来修改错漏语句。然后可以在“Project /Rebuild all target file”下生成可烧入单片机程序存储器的机器语言程序文件*.hex。3烧录软件和试运行Vision4生成的机器语言代码文件，其扩展名为HEX；利用编程器(配合PC机内相关软件)可将它直接烧写（即烧录）到AT89C51芯片之中。再将烧有软件的AT89C51芯片插入在实验电路上，加电运行就可以观察运行结果。第一次试运行一般不会就成功，常常需要根据具体情况来排除硬件故障或者修正程序代码。如果电路上电后不能运行则需要检查单片机的基本工作条件是否正常；如果只是运行现象不符合设计目标，则需要分析现象进而修改程序代码，重复上述编译、仿真调试、烧写和试运行的过程。如此反复调试，直至成功为止。一般每个实验任务都有三个基本实验步骤，即电路搭建、软件编译和仿真调试、试运行这三个步骤。每个步骤的具体操作内容依实际的实验条件而定。3.2 实验步骤1自制实验电路的实验步骤(1)根据实验任务作电路原理图设计、作电路布局设计、再焊接电路(或面包板软线连接)来完成单片机硬件系统的搭建。上电之前要作电源回路的检查。(2) 通过“Vision4”软件将编写好的程序代码进行编译和仿真调试，然后输出*.hex文件。(3)通过单片机开发板将*.hex文件写入到单片机芯片的程序存储器之中，然后将单片机芯片插入实验电路，再将实验电路加电运行，察看现象并分析结果。若不成功，则必须根据分析结果来修改程序代码或者系统硬件，重复有关步骤直至成功。2. 利用单片机实验板(配有下载*.hex文件的接口)的实验步骤(1)利用实验板的电路部件和连接导线来搭建相应的实验电路。注意必须将实验板断电后再做电路搭建操作。(2) 通过“Vision4”软件将编写好的程序代码进行编译和仿真调试，然后输出*.hex文件。(3)通过实验板专用的接口将*.hex文件写入到单片机芯片的程序存储器中，然后试运行，察看现象并分析结果。若不成功，则要分析原因，重复有关步骤直至成功。说明：单片机实验板使用STC89C51RC-RD+系列单片机，利用RS232串口和STC-ISP V33.exe通信软件（或开发板自带下载软件）来下载*.hex机器程序代码。3.3 参考电路与程序代码1. 参考电路（1）P1口控制输出的流水灯电路简图LED510+5VP1.0 P1.1P1.7 8051图2.1 流水灯电路简图该电路图是在最小系统的基础上，将P1口接LED发光管电路，如图2.1所示。（2）P1口控制的输入输出电路简图该电路图是在最小系统的基础上，将P1口的P1.4 P1.7接LED发光管，同时P1.0 P1.3接按键开关或拨码开关，如图2.2所示。+5VP1.0 P1.3P1.4P1.78051图2.2 输入输出电路简图2 程序代码（1）移位法控制的流水灯程序代码详见实验一的参考程序代码。（2）查表法控制的流水灯程序代码ORG 0000HLJMP START ；转入运行用户程序ORG 0100H ；从0100H开始分配主程序地址START： MOV DPTR，#TAB ；DPTR等于常数表第一个数的存储地址LOOP： CLR AMOVC A， A+DPTR ；从ROM区常数表读数据CJNE A， #0FFH，GOON ；非最后一位数值则转移到GOON句AJMP START ；是最后一位数值则回头再读第一位GOON： MOV P1， A ；非最后一位数值则输出LCALL DELAY ；调用延时子程序INC DPTR ；改变读常数表的地址指针AJMP LOOP ；转到LOOP，准备读常数表的下一位DELAY： MOV R5，#255DELAY1：MOV R6， #255DJNZ R6，$ ；R6减1后非0则再取本句指令来执行DJNZ R5，DELAY1RETTAB： DB 0FEH，0FDH，0FBH，0F7H，0EFH ；ROM区常数表DB 0DFH，0BFH，7FH，0FFH ；常数表续END（3）P1口控制输入输出的程序代码ORG 0000HLJMP START0ORG 100H ；EL-MUL- 型实验箱从4100H开始分配主程序地址START0：MOV P1，#0FFH ；P1口引脚都输出高电平START： MOV A，P1 ；I/O口读指令，开关量在A的低4位之中 SWAP A ；半字节交换指令，开关量在A的高4位之中 ORL A，#0FH ；准备置位P1.0 P1.3引脚 MOV P1，A ；I/O口写指令，A的高4位送至LED灯显示出来 AJMP START ；转回START，循环IO END3）深入实验问题（要求学生完成）(1)对于P1口控制输出的流水灯程序，计算延时子程序的总延时时间。再编程改变延时子程序的延时时间，使之变长或变短，然后进行调试和验证。(2)对于P1口控制输出的流水灯程序，试修改程序将亮灯从左循环改成右循环，然后进行调试和验证。分别说明移位法程序的修改之法和查表法程序的修改之法。(3)对于P1口控制输出的流水灯程序，试编程将亮灯由一个改成两个，然后进行调试和验证。分别说明移位法程序的修改之法和查表法程序的修改之法。(4)试新编一个P1口控制输出的程序，如“每秒加1计数”，然后进行调试和验证。(5)针对P1口控制输入输出的程序，拨动平推开关，看P1口指示灯变化情况，说明此现象的原因(即指出与现象相关联的语句及其所起的作用)。(6)针对P1口控制输入输出的程序，将ORL A，#0FH语句修改成ANL A，#0F0H，再拨动平推开关，看P1口指示灯变化情况，说明现象的原因。(7)若修改P1口控制输入输出的硬件电路，将P0口接8个开关，同时P1口接8个LED发光二极