SL-I型51单片机综合试验箱指导用书v0.5

SLI型51单片机综合实验箱指导用书南京邮电大学自动化学院200912121目录预备知识2实验一I/O口输入输出实验4实验二数码管静态显示与动态扫描实验7实验三独立键盘应用与矩阵键盘实现实验9实验四定时器应用实验12实验五串口应用实验14实验六温度传感器与液晶显示实验以及EEPROM读写实验16实验七DS1302实时时钟应用实验18实验八A/D转换实验与PWM输出与语音实现实验20附录一整版测试程序22（参考电子版）22附录二整版电路图222预备知识1电平。电平是数字系统中经常提到的概念，在5V单片机应用系统中，常用到两种电平1）TTL电平。输出高电平24V,输出低电平20V，输入低电平A,11B,12C,13D,14E,15F。3与（014数据类型FORXTIME_MSX0XFORY110Y0Y在SLI型实验箱上的晶振的情况下形参TIME_MS就是要延时的毫秒数。6控制蜂鸣器鸣叫，大约响1S停2S。控制P2口发光二极管，产生流水效果（自上向下逐个点亮，周而复始）。7实验二数码管静态显示与动态扫描实验实验平台SLI型51单片机综合实验箱。软件KEILC实验目的掌握七段数码管的显示原理。掌握四位连体七段数码管的动态扫描原理。实验原理七段数码管的静态显示。图21数码管原理由图21所示，数码管分共阴与共阳两种，本试验箱是共阳接法。现以共阳为例，数码管的各段都是一个发光二极管，共阳的含义顾名思义就是把这些发光二极管的阳极连接到一起并接到VCC上，AG,DP是每一段的控制位，当控制位为高时，二极管两端电势差几乎为0，小于15V，发光二极管不发光；当控制位为低时发光二极管可正常发光。通过对控制位的组合就可以显示数字及一些字母。如图A，要显示0就8需要A,B,C,D,E,F对应的段发光，如果我们定义A段对应一个字节的最低位，DP对应一个字节的最高位，我们可以写出控制字就是00111111转换成十六进制就是0X3F。这样只要通过控制控端的电平就可以控制数码管的显示数据。本实验箱为减少数码管对I/O口的占用，用74HC164移位寄存器进行了串并转换。四位连体数码管的动态扫描。在上面的静态显示中，我们的控制端只是发光二极管的一端，动态扫描中，不仅要对控制端进行控制，还有对公共端进行控制。四位连体数码管是将四个数码管的控制端AG,DP分别连接在一起，再将四个公共端引出。当给第一位数码管送数据时让第一位数码管显示，当给第二位数码管送数据时让第二位数码管显示，当给第三位数码管送数据时让第三位数码管显示，当给第四位数码管送数据时让第四位数码管显示。利用发光二极管的余晖以及人眼的暂留现象，只要每位数码管的显示频率大于25HZ，就能达到稳定的显示效果。实验内容控制第一位数码管从1到F循环显示。控制四位数码管显示2009。控制四位数码管显示从0到9999。注可以用实验一时的DELAY函数进行延时。9实验三独立键盘与矩阵键盘应用实验实验平台SLI型51单片机综合实验箱。软件KEILC实验目的掌握独立键盘的使用方法。掌握矩阵键盘的扫描原理。实验步骤独立键盘的应用。图31独立按键电路为了正确的读入键盘输入，一般建议如图31带上拉电阻的接法。对键盘的读取也有两种方法（1）接到普通I/O口，扫描输入。（2）接到外部中断，中断输入，实时性能好。（中断触发又有跳变沿触发和电平触发，通过ITX来设置。）注意事项1键盘是一种机械触点，在按下和弹起时有抖动，去抖动有两种方法（1）硬件去抖动在输入口加RC滤波器。10（2）软件去抖动延时法，当读到有低电平时说明有键按下，这时并不做按键处理，延时一段时间再次读取，如还是低电平说明真正有键按下，再做按键处理。这样不仅可以去抖动还有较好的抗干扰效果。2不要忘记做按键松手处理。矩阵键盘应用图32矩阵键盘电路图（1）扫描法如图32可以看到上面是一组44的矩阵键盘，4行4列。键盘的识别原理是逐行送低电平，同时读取列线，这样就可以识别出是哪个键被按下。P2口对应高到低COL4,COL3,COL2,COL1,ROW4,ROW3,ROW2,ROW1。例如给P2口送0XFE的时候，第一行是低电平，这时读取列线有没有低电平，如没有低电平就让第二行为低，如有低电平再判断是哪一列为低，在一个2维的矩阵中，11两个方向上的坐标都有了，便可以唯一的确定是哪个按键被按下。这种方法的缺点是，CPU开销大，实时性不好，如有较多的中断，并且中断服务子程序耗时较多时不宜采用。（2）中断法我们通过逻辑门电路将列线逻辑进行判断，无论是哪个列线变成了低电平都通过逻辑门电路产生低电平，并将这一逻辑输出接至单片机的外部中断。这样就不需要时刻扫描键盘，只须在有中断产生的时候去扫描确定一下按键就可以了。缺点是占用了一个外部中断源，并且需要另加硬件电路。实验内容用两个独立键盘做计数输入，用数码管做输出。KEY1按下时使计数值增加，KEY2按下时使计数数值减小，注意溢出处理。对矩阵键盘编号，从0F，当按键按下时在数码管上显示按键的相应编号。12实验四定时器应用实验实验平台SLI型51单片机综合实验箱。软件KEILC实验目的掌握定时器的应用。实验步骤基础知识计数器模式控制寄存器TMOD的内容76543210GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE0定时器的启停只与TRX有关。1定时器的启停不仅与TRX有关还与INTX外部输入有关。C/T0计数。1定时。注计数和定时没有实质性的不同，都是在计数。作定时器用时，其时钟源是内部时钟，而作为计数器时，时钟源为外部输入脉冲。定时计数器的工作模式M1M0方式说明00013位计时计数器1301116位计时计数器1028位计时计数器，可自动重新载入计数值113两个独立的8位计时计数器应用步骤（1）先暂停接受所有的中断（2）关闭TIMERX（3）设置计数器X的工作模式（4）设置计数器X的计数值（5）设置计数器X的优先级（6）设置接受X的中断（7）启动TIMERX（8）设置系统接受中断实验内容利用定时器0的方式1，在P11口产生高30MS,低20MS的矩形波，并用示波器观察其周期及占空比。（周期50MS，频率20HZ，占空比60。）14实验五串口应用实验实验平台SLI型51单片机综合实验箱。软件KEILC实验目的掌握单片机串口通讯的设置及应用。实验步骤基础知识串口有关寄存器BRT9CH独立波特率发生器定时器，装入重装载数AUXR8EHT0X12T1X12UART_M0X6BRTRS2SMODBRTX12EXTRAMS1BRSSCON98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISBUF99H位说明REN设置串口是否接受数据REN1设置串口接收数据TB8第9个传送位方式2，3时用到15TR8第9个接收位方式2，3时用到T1传送中断位T11发送完中断R1接收中断位R11接收完中断串口工作方式及波特率设定BRT独立波特率发生器的溢出率FOSC/12/256BRT0,当BRTX120时。BRT独立波特率发生器的溢出率FOSC/256BRT0,当BRTX121时。应用步骤1）根据所选择的串口工作方式选择合适的波特率发生方式，并对相关的寄存器进行初始化。2）如选用独立波特率发生器，要注意对BRTX12的设置。实验内容1）用定时器1的自动从装载功能设定串口1工作在方式一，波特率位9600。SM0SM1方式功能说明串口一波特率000同步移位串行方式FOSC/12,UART_M0X61时，波特率是FOSC/20118位UART，波特率可变（2SMOD/32）BRT独立波特率发生器的溢出率1029位UART（2SMOD/64）FOSC系统工作时钟频率1139位UART波特率可变（2SMOD/32）BRT独立波特率发生器的溢出率162）用独立的波特率发生器完成上述设定。实验六温度传感器与液晶显示实验以及EEPROM读写实验实验平台SLI型51单片机综合实验箱。软件KEILC实验目的掌握DS18B20数字温度传感器的应用及连接方法。掌握LCD1602液晶显示器的控制方法。实验步骤基础知识DS1820数字温度计提供9位温度读数,指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS1820或从DS1820送出，因此从中央处理器到DS1820仅需连接一条线和地。读写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。因为每一个DS1820有唯一的系列号，因此多个DS1820可以存在于同一条单线总线上。在进行编程的时候，可以通过对DS18B20的设置来确定它的测量精度，以12位精度为例我们在对DS18B20做完相应的设定等其转换结束后我们将读取两次数据，先读到的是低位，后得到的是高位。组合成一个INT型，总共16位。17其中前五位表达的是一个意思，当为0时表示温度是正，当为1时表示温度为负当温度为正时直接将数据乘上精度就是想要的实时的温度。当温度为负时，要将现有的数据进行取反码再去乘上精度得到的数据就是实时的低于零度的数值。下图是关于1602液晶显示器管脚的说明。下图是液晶操作的部分基本命令实验内容1）控制1602液晶显示器从第一行的第三个位置开始显示WELCOME。同时在第二行的靠中间的位置显示通过DS18B20温度传感器采集回来的数据。并将数据写入18EEPROM，保证保存的是最近时刻的温度数据组。在需要的情况下可以调看相关数据。实验七DS1302实时时钟应用实验实验平台SLI型51单片机综合实验箱。软件KEILC实验目的掌握DS1302系列的读写时序与操作。掌握LCD1602液晶显示器的控制方法。掌握独立键盘的原理。实验步骤基础知识DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1RES复位2I/O数据线3SCLK串行时钟时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方19式通信DS1302工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1MW。DS1302具有一个可编程的涓流充电器，主电源和备份电源的双电源引脚，7个附加字节的暂存寄存器，包括移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟和RAMDS1302引脚图见图2所示，引脚描述如下GND电源地；VCC1在单电源供电系统中的电源引脚，在双电源系统中接备份电源；VCC2在双电源供电系统中的主电源引脚，DS1302由VCC1和VCC2两者中较大者供电。SCLK串行接口的同步时钟；IO双向数据线引脚；RST复位信号，在一个读写期间必须保持高电平；X1，X2连接一个标准的32768HZ石英晶体DS1302也可用外部振荡器驱动，这时X1引脚连接外部振荡器信号，X2悬浮。实验内容1）运用DS1302、独立按键和1602液晶显示器完成一个简易万年历。20实验八A/D转换实验与PWM输出与语音实现实验实验平台SLI型51单片机综合实验箱。软件KEILC实验目的掌握A/D与D/A操作。掌握PCM编码与语音输出原理原理。实验步骤基础知识在模拟系统中，语音信号是连续信号。为了便于计算机存储和处理，音频信号经过采样、量化、编码，被转化成数字信号，如图1所示，虚线即为采样点。语音信号的频率范围为3003400HZ，根据香农采样定理1，只要采样频率高于2倍的信号最高频率，即可无失真地恢复原信号。但实际中采样频率通常需大于理论值，以更好地恢复信号。采样频率越高，也即采样点越密，因采样丢失的数据就越少，还原出的信号失真也越小。但提高采样率会导致数据量的增加，这就对处理器提出来更高的要求。综合考虑，选取8KHZ作为采样频率。鉴于单片机内部FLASH通常较小，因此，在获得WAV文件后，首先将其转换成8KHZ采样频率、8BIT数据方式，这样既节省了单片机内部FLASH，又不会造成声音失真严重。语音播放的原理就是将波形文件中的数据通过DAC恢复离散后的各点的电压值，如图2所示。但目前只有中高档微处理器提供D/A外设，不具通用性。然而，PWM信号产生模块是大多数微处理器都具备的，通过调节PWM信号的占空比来调节输出电压，在精度要求不高的情况下，采用PWM加低通滤波来代替DAC无疑是很好的选择5，如图3所示。获得WAV文件以后，通过上位机进行数据解析得到音频数据的字节数，此字节数将作为语音播放结束的判断依据；单片机采用8KHZ的频率获取语音数据，并将获得的数据转换为PWM输出。PWM输出后须通过低通滤波器滤波,才能还原成