极简51单片机：体系结构、程序设计与案例开发（汇编语言版）实验讲义

单片机原理实验讲义电气工程专业实验中心单片机原理（含实验）实验讲义向军编电气工程学院2023年9月

目录TOC\o"1-2"\h\u5093实验环境及基本操作 43663一、开发软件基本操作 4275981.1KeilC51软件的一般操作步骤 4165201.2Proteus软件基本操作 516489二、DICE-5210K多功能单片机实验箱简介 6137042.1实验箱简介 6274102.2仿真器连接及配置 729232三、普中A2型51单片机实验开发板简介 829269实验1单片机I/O口应用实验 1119292一、实验目的 119748二、实验内容 1119960三、实验原理 1112757四、实验步骤 1210389实验2键盘输入和数码管显示设计实验 1332384一、实验目的 1310922二、实验内容 1318202三、实验原理 1320206四、实验步骤 158251实验3LCD显示设计实验 1612649一、实验目的 1628754二、实验内容 165936三、实验原理 161782四、实验步骤 207407实验4波形产生实验 2113271一、实验目的 212716二、实验内容 21516三、实验原理 2132280四、实验步骤 218870实验5波形测量实验 2327529一、实验目的 2310856二、实验内容 2310660三、实验原理 237956四、实验步骤 2412622实验6串行通信接口实验 2532563一、实验目的 2513112二、实验内容 2531676三、实验原理 2531586四、实验步骤 267181实验7并行D/A转换实验 286567一、实验目的 281724二、实验内容 2816322三、实验原理 2815889四、实验步骤 302160实验8并行A/D转换实验 3121793一、实验目的 3114483二、实验内容 312782三、实验原理 3121128四、实验步骤 34

实验环境及基本操作本课程实验主要用到KeiluVision4.02（简称KeilC51）集成开发环境和Proteus电路设计与仿真软件，硬件平台考虑采用DICE-5210K多功能单片机实验箱和普中A2型嵌入式实验开发板。一、开发软件基本操作在本课程实验中，KeilC51主要用于实现单片机汇编语言和C51程序的编辑和调试，并生成HEX文件，下载到实验箱、开发板或Proteus原理图中。Proteus用于绘制硬件电路原理图，并对KeilC51软件中生成的HEX文件进行软硬件联合调试。1.1KeilC51软件的一般操作步骤1.新建工程首先在硬盘上的合适位置新建一个空白文件夹，本课程实验后面所有的工程和程序文件都将放在该文件夹中。之后，单击Project菜单下的NewuVisionProject菜单命令，在弹出的对话框中，找到刚创建的文件夹。在其中新建一个子文件夹，本节所创建的工程文件和其他程序文件都将放在该子文件夹中。在对话框中双击打开子文件夹，在下面的“文件名”框中输入工程名，再单击“保存”按钮。在接下来的对话框中，通过左侧的Database列表框，选择Atmel下面的AT89C51或者AT89S52等MCS-51系列单片机型号。在本课程实验所用的实验箱中，所用的单片机型号为AT89S52，因此这里可以选该型号单片机。单击OK按钮后将弹出对话框，提示是否将标准的8051启动代码复制到工程中，单击“否”按钮不复制添加启动文件。之后，回到主窗口，此时将在窗口左侧看到文件夹及工程列表，右侧为程序编辑区。2.汇编语言源程序的编辑和编译（1）新建汇编语言源程序文件单击File菜单中的New命令，或工具栏中的“New”按钮，新建程序文件。此时，在窗口右侧的编辑区顶部将显示Text1，这是默认的程序文件名。单击保存按钮，将其重新命名。注意在“文件名”框中输入完整的文件名，对于汇编语言程序，其扩展名必须为.asm。之后，在程序编辑区即可开始编辑录入程序。（2）工程编译录入并保存源程序后，在窗口左侧的工程列表中，右击SourceGroup1，在弹出的快捷菜单中选择AddFilestoGroup...命令，也可以直接双击SourceGroup1。在弹出的对话框中找到刚创建的程序文件，将其添加到工程中。注意在对话框下面的“文件类型”框中选择“AsmSourceFile”选项，才能在上面的文件列表中找到汇编语言程序文件。之后，单击Project菜单下的BuildTarget命令，或者单击工具栏中的Build按钮，编译工程。如果有错误，根据提示修改程序，再重新编译，直到没有错误（Errors）。注意编译过程中的警告（Warnings）可以忽略。编译成功后，将在工程文件夹中生成很多文件，主要有目标文件*.obj、列表文件*.lst，这些文件都与源程序文件名相同，只是扩展名不同。其中列表文件可以用普通的文本编辑器（例如Word）打开，该文件中列出了程序中每条指令对应的机器代码及变量、符号定义等。3.HEX文件的生成及下载在本课程的实验中，源程序必须生成HEX文件，然后通过仿真器下载到实验箱，或者下载到开发板、加载到Proteus的原理图中，以便进行硬件软件联合调试。为此，首先需要在Keil软件中进行相关配置。具体配置方法如下：在工程列表中选中Target1，之后在Project菜单中，单击OptionsforTarget...命令，在弹出的对话框（如图0-1所示）中，单击Output标签，勾选CreateHEXFile。图0-1HEX文件的生成单击OK按钮关闭对话框，再次编译程序。如果程序没有错误，即可生成HEX文件，并在左下角的BuildOutput窗口给出提示，如图0-2所示。图0-2编译输出信息窗口1.2Proteus软件基本操作Proteus是一款通用电子电路辅助设计、仿真分析软件，可以绘制普通模拟和数字电路，也可以绘制和仿真含有CPU和单片机、嵌入式微处理器的电路系统原理图，并可自动生成PCB板图。1.单片机电路原理图的绘制在Proteus中，含有单片机的电路原理图与普通电路原理图的绘制方法是一样的，具体绘制方法可以参看教材或其他资料。首先启动Proteus，在新建工程向导中，选择默认的原理图图纸，选择不生成PCB板图，选择创建非固件工程。之后，绘制原理图。这里主要说明一点，在后续各项实验中，绘制原理图时，不需要考虑单片机的时钟、复位等电路，只需要绘制出各实验功能所涉及到的主要原理接线图即可。2.程序的加载和运行在KeilC51中生成的HEX文件可以下载到Proteus的原理图中，并在Proteus中直接运行程序。为此，在原理图中双击单片机芯片，在弹出的对话框中单击ProgramFile右边的“打开文件”按钮，找到需要加载的HEX或.omf文件，再单击OK按钮，即可加载程序到原理图中，如图0-3所示。图0-3原理图中加载程序在Proteus窗口的左下角，将出现运行控制按钮工具栏，如图0-4所示。单击最左边的“运行”按钮，即可启动运行，并在原理图中观察运行效果（例如LED灯的亮灭、数码管的显示等）。图0-4Proteus中的运行控制工具栏此外，单击第3个暂停按钮暂停程序运行后，将自动弹出如图0-5所示对话框，在其中可以观察单片机内部的寄存器、特殊功能寄存器以及程序中的变量等，从而便于实现程序的调试。如果没有出现这些窗口，单击Debug/8051CPU子菜单中的相关菜单命令即可打开。图0-5Proteus中寄存器及SFR内容的观察二、DICE-5210K多功能单片机实验箱简介DICE-5210K多功能单片机实验箱是《MCS-51单片机原理与接口》等课程教学的最佳配套实验设备。本实验系统以小系统、多功能、易扩展为设计思想，系统的地址总线、数据总线、控制总线全部引出，对用户开放，并留有扩展单元（区）。2.1实验箱简介实验箱中各模块的布局如图0-6所示，各模块的功能名称如表0-1所示。图0-7给出了4个并口引脚布局及相应的插座和插孔，实验时需要根据原理图用排线或双头线将并口的相应引脚连接到底板上所需的其他模块。特别注意底板上标注的各并口引脚的排列顺序。图0-6实验箱中各模块的布局表0-1实验箱各模块的名称1用户CPU（AT89S52），带仿真接口21I/O口扩展模块（74LS244、74LS273）2ISP在线编程接口，标配ISP下载线和软件22蜂鸣器模块3单片机所有IO口，数据、地址线及译码地址区23射极跟随器实验模块4译码、锁存单元（由CPLD芯片1016设计）24红外遥控接收实验模块（配红外遥控器）5扩展ROM（64K）、扩展RAM（32K）25单脉冲与时钟模块6扩展模块区（USB、网卡、CAN总线等）26DS18B20数字温度传感器模块7RS232串行通讯口27DAC0832数模转换模块88251实验模块28模拟温度传感器实验模块98253实验模块29压力传感器实验模块108279实验模块30ADC0809模数转换模块118255实验模块31128´64LCD液晶显示模块（可换16´2LCD模块）12六位动态数码管实验模块32PWM转换模块134´6矩阵键盘模块33LM38音频功放模块148155实验模块34继电器模块158位LED发光二极管输出模块35RS485通讯模块168位开关量输入模块36直流电机模块（带霍尔传感器，可实现闭环调速）178250实验模块37四相步进电机模块（带驱动电路）1816´16点阵实验模块38接触式IC卡实验模块（标配一块IC卡）19可调电压模块39标配超强DICE-Keil51仿真器（USB接口）20直流电源模块（提供+5V、+12V、-12V、GND）图0-7并口引脚插孔布局（系统接口区）2.2仿真器连接及配置为了实现联机运行，需要用仿真器将上位机和实验箱相连接，并对Windows系统做必要配置。1.仿真器连接在实验箱断电的情况下，将40芯白色扁平线上的IDC40插头与DICE-KEILUSB仿真器的IDC40插座接插好，然后用随机配送的USB线将仿真器与PC机连接，再将40芯白色扁平线另一头的40芯仿真头插在DICE-5210K实验箱的1位置。2.Windows系统配置在电脑上插上仿真器，并打开实验箱电源。之后打开Windows设备管理器，其中将出现“端口”项，下面显示的即为仿真器设备及其所连接的端口，如图0-8所示。如果没有列出相应的设备，可以更新电脑的USB转串口驱动程序，重新尝试连接。在列出的端口设备中，记下端口号，图中为COM3，根据电脑配置端口号可能有所不同。之后，双击该设备，在打开的设备属性设置对话框中，设置端口传输速率为115200。图0-8仿真器连接端口设置（2）在图0-1所示对话框中，单击Debug标签，在右侧的Use列表框中选择第一个选项KeilMonitor-51Driver，如图0-9所示。注意勾选上下面的LoadApplicationatStartup。图0-9仿真器设置（2）在图0-10中，再单击仿真器选择框右侧的Settings按钮，打开如图0-10所示TargetSetup对话框，在其中设置Port为前面设备管理器中记下的端口号（这里为COM3），设置Baudrate（波特率）为115200。图0-10设置端口号和波特率做好上述设置后，进入调试模式，编译生成的HEX文件将自动下载到实验箱中。利用KeilC51软件中的运行控制和调试工具按钮，即可控制程序在实验箱中的运行，对程序进行联合调试。如果程序中需要用到单片机内部或外部资源，可以通过实验箱中的硬件模块观察。三、普中A2型51单片机实验开发板简介声明：仅供实验教学用，非广告或代言！开发板中各模块的布局如图0-11所示，各模块的功能名称如表0-2所示，核心板（最小系统）电路原理图如图0-12所示，4个并口P0~P1全部接了10kW上拉电阻。注意熟悉每个引脚的信号标签名称。在开发板上所有4个并口引脚都可以通过排针插座引出，以便与自行设计的其他电路相连接。开发板上提供的各模块已经与单片机连接好，所以编程时需要仔细查看厂家提供的原理图。开发板采用USB转串口线连接电脑，将HEX文件下载到开发板中。也可以另外购买仿真器，实现程序的在线调试。这里采用直接下载程序的方法，将HEX文件下载开发板后直接运行。在实验前需要安装USB转串口CH340驱动，对于大多数电脑系统，将USB线连接电脑和开发板的USB接口后会自动检测安装，也可以手动安装。图0-11普中实验开发板布局表0-2开发板中的模块图0-12普中实验开发板单片机最小系统电路PZ-ISP的使用界面如图0-13所示。注意在其中选择串口号和波特率，单击“打开文件”按钮选择需要下载的HEX文件，之后单击“程序下载”按钮下载程序到开发板。注意下载前打开开发板上的电源开关。图0-13PZ-ISP窗口前面对普中的A2型开发板作了简要介绍。本课程实验中也可以选用其他51单片机开发板，具体用法可以参考上述介绍和厂家提供的相关资料。

实验1单片机I/O口应用实验一、实验目的1.掌握各工具软件的操作使用方法；2.掌握利用P1口驱动LED、蜂鸣器等外设的硬件电路及应用程序编写方法；3.熟悉单片机的中断系统及其应用；4.熟悉编写和调试单片机汇编语言程序的基本方法。二、实验内容以下3项任选一项。1.仿真实验模仿实践案例3-1~3-4（参见理论课讲义），自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。2.实验箱实验利用并口字节操作驱动8个LED灯循环点亮，每按一次按钮，切换一次8个LED灯循环点亮的方向。要求采用中断方式检测按钮。3.开发板实验利用并口位操作使某一个LED闪烁，每按一次按钮，LED在闪烁、常亮、闪烁、…之间重复。要求采用中断方式检测按钮。三、实验原理1.实验箱相关电路及硬件资源本实验主要用到8个LED和一个按钮。图1-1为开关和LED模块的布局。8个LED灯采用共阳极接法，将L1~L8插孔接到并口引脚，即可通过程序写并口从而控制LED的亮灭；8个开关的上下触点分别接电源和地，上下搬动开关，相应的K1~K8插孔输出高电平或低电平。本实验中用按钮产生外部中断请求信号，对LED进行控制。实验箱上单脉冲与时钟模块（如图1-2所示）中的红色按钮产生单脉冲，由右下角的两个插孔之一输出，接到单片机的外部中断请求INT0或INT1引脚。图1-1开关和LED模块 图1-2按钮2.开发板相关电路原理图在开发板上提供了8个LED灯和4个独立按键，如图1-3（a）所示。在开发板上，所有LED和按键与单片机并口之间的连接以及固定，如图1-3（b）和（c）所示。根据4个独立按键的连接，用任何一个按键都可以采用查询方式读取其状态。如果采用中断方式，必须选用K3或K4按键，按键电路产生的负脉冲分别由P3.2和P3.3引脚送入单片机。图1-3开发板上的LED和独立按键四、实验步骤1.实验预习（1）复习单片机并口和中断系统的相关知识；（2）熟悉KeilC51和Proteus软件的用法。2.实验步骤以下3项任选一项。（1）仿真实验在KeilC51和Proteus软件中调试实践案例3-1~3-4（参见理论课讲义）；模仿上述案例，自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。（2）实验箱实验在实验箱关电的前提下，检查仿真器是否连接好，并正确设置仿真器串口相关参数；用8芯线连接单片机的并口和发光管模块上的8针插座，用双头线连接单脉冲输出插孔和P3.2（INT0）或P3.1（INT1）引脚；实验箱通电，运行并观察分析实验现象。（3）开发板实验用附带USB转串口配线连接开发板和电脑U盘插口，打开开发板电源；在KeilC51中编辑编译程序，并生成HEX文件；打开PZ-ISP，在窗口中注意选择串口号和波特率，单击“打开文件”按钮选择生成的HEX文件，之后单击“程序下载”按钮下载程序到开发板；程序下载后会自动运行，观察实验现象。实验2键盘输入和数码管显示设计实验一、实验目的1.掌握矩阵式键盘的工作原理、线路连接及键盘扫描程序的编写方法；2.掌握数码管的显示原理、线路连接及数码管显示程序的编写方法。二、实验内容以下3项任选一项。1.仿真实验模仿实践案例4-1和4-2（参见理论课讲义），自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。2.实验箱实验（1）利用程序向内部RAM缓冲区中任意存入6个字符，并将这6个字符顺序显示在数码管上。（2）在键盘上依次按下6个按键，将各按键对应的字符顺序存入内部RAM的缓冲区。3.开发板实验将键盘上每次输入的字符显示到8位数码管的最右侧，并将数码管上原来显示的字符顺序移动。三、实验原理1.实验箱中的数码管和矩阵键盘实验箱中提供了6个共阴极数码管和4´6矩阵键盘，其布局如图2-1所示。当左侧的红色拨码开关SW3~SW5打在左侧“ON”位置时，单片机通过左侧的8155扩展并口对数码管和键盘进行控制。图2-1数码管和键盘布局本实验利用单片机直接控制数码管和矩阵键盘。此时应将SW3~SW5打在右侧的“OFF”位置，JLED输入数码管的字段码；JR输入数码管的位选码，并与矩阵键盘的行回读线相连接；JS输出矩阵键盘的列扫描码。图2-2给出了这种情况下数码管和矩阵键盘与单片机并口的一种连接方案。需要注意以下几点：（1）在本实验平台中，数码管采用共阳极接法。在图2-2所示连接电路中，8位字段码由P0口送入后经过反相再作为数码管的位选码，因此P2口某位输出低电平时才选中对应的数码管。（2）本实验箱中，共有24个按键，其中包括16个十六进制的数字按键0~F和8个功能按键，图5-2中只画出了本实验要用到的16个数字按键。图2-2数码管和键盘电路连接（3）数码管的位选码和键盘的列扫描码共用了P2口。在同时使用数码管和矩阵键盘时必须考虑到这点，以避免数数码和键盘扫描时的相互干扰。（4）连线时注意各并口的位序方向。2.开发板中的数码管和矩阵键盘开发板上提供了8个共阴极数码管和4´4矩阵键盘，其内部电路（如图2-3所示）已经在底板上连接好，无需自行再连接，但编程时必须确定所操作的并口与硬件电路连接一致。（1）8个共阴极数码管的8位字段码由单片机的P0口通过缓冲驱动器74HC245和限流电阻排RP3送入；（2）8个数码管的位选码LED8~LED1由P2口的P2.4~P2.2经3/8译码器译码后提供，确保任何时刻只选中一位数码管；（3）4´4矩阵键盘的列扫描线和行回读线分别接P1口的高4位和低4位，可以实现逐列扫描法或行列反转法扫描；图2-3开发板上数码管和矩阵键盘的电路连接（4）矩阵键盘上的16个按键S1~S16的键码可以自行定义，例如，依次定义为一位十六进制代码0~F。根据电路连接，可以编写程序实现矩阵键盘的逐列扫描法或行列反转法按键扫描。四、实验步骤1.实验预习（1）复习有关数码管动态扫描显示和矩阵键盘逐列扫描法和行列翻转法的相关知识。（2）根据实验原理中的相关电路连接，编写数码管动态扫描显示子程序、矩阵键盘扫描显示子程序，并在KeilC51中编译通过。2.实验步骤以下3项任选一项。（1）仿真实验在KeilC51和Proteus软件中调试实践案例4-1和4-2（参见理论课讲义）；模仿上述案例，自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。（2）实验箱实验在实验箱关电的前提下，检查仿真器是否连接好，并正确设置仿真器串口相关参数；根据图2-2，用8芯线分别连接JP1和JR、JP2和JS、JP0和JLED。特别注意：实验箱中JP2插座上最低位（P2.0）到最高位（P2.7）是从下往上排列的，与另外3个并口插座的位序相反；JP0从上往下各位（P0.0、P0.1、…、P0.7）分别与JLED插座上的a、b、…、dp插针相对应，不能插反了。实验箱通电，进入调试状态运行，观察分析实验现象。（3）开发板实验用附带USB转串口配线连接开发板和电脑U盘插口，打开开发板电源；在KeilC51中编辑编译程序，并生成HEX文件；下载程序到开发板并运行，观察实验现象。

实验3LCD显示设计实验一、实验目的1.了解点阵和液晶显示器显示点阵、图形和字符的基本原理。2.掌握各种显示器与单片机的连接和驱动程序的编写方法。二、实验内容以下3项任选一项。1.仿真实验模仿实践案例4-3和4-4（参见理论课讲义），自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。2.实验箱实验利用单片机的P1口作为数据线，P3口作为控制线，在LCD12864液晶屏上显示期望的图形和字符。3.开发板实验在LCD1602上显示任意两行字符。三、实验原理1.实验箱中的LCD12864模块LCD12864是一种图形点阵液晶显示器，主要由行驱动器/列驱动器及128×64点阵液晶显示器组成，可实现图形显示，也可以显示4行8列共32个16×16点阵汉字。LCD12864点阵型液晶显示器有128（列）´64（行），共有128´64=8192个像素点，分为左半屏和右半屏。左右半屏每8行称为一页。（1）引脚及电路连接LCD12864的主要引脚功能如表3-1所示。与LCD1602相比，主要增加了CS1和CS2引脚，用于控制左右半屏的显示。表3-112864LCD的引脚说明管脚名称管脚功能描述RSRS=“H”（高电平），表示DB7-0为显示数据RS=“L”（低电平），表示DB7-0为命令R/W、ER/W=“H”，E=“H”，数据读出到DB7-0R/W=“L”，E=“H→L”，数据锁存DB0-7数据线CS1H：选择左半屏CS2H：选择右半屏在实验箱中，LCD12864模块及其与51单片机的连接如图3-2所示。单片机通过P1口和JX12插座传送字模点阵数据和命令，P3.0、P3.1、P3.2和P3.4、P3.5通过JX14插座传送RS、R/W、E信号和CS1、CS2信号。在Proteus中，与该连线最接近的液晶显示器件是AMPIRE128X64。（2）常用命令LCD12864的常用指令如表3-2所示。（3）点阵数据及字模提取LCD12864显示器的左/右半屏分别有64行、64列点阵，同一列的8行点阵用一字节二进制数表示和控制，其中1位对应的像素点亮，0对应的像素熄灭。图3-1实验箱中的LCD12864模块及其与单片机的连接表3-2LCD12864的常用指令指令名称控制信号控制代码R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0显示开关0000111111/0页设置0010111XXX列地址设置0001XXXXXX写数据01写数据读数据11读数据为便于程序显示控制，将同一页中的64列点阵顺序定义，共需定义64字节。每个半屏共需定义64´8=512字节，按照页号顺序定义。全屏共需定义2´64´8=1024=1kB，先定义左半屏，再定义右半屏。这1kB数据构成点阵数据表。对于字符，假设所有中英文字符都用16´16点阵显示，则每个字符的字模点阵数据为32字节，并且每个字符在屏幕上占用相邻的两页。为便于程序控制，可以考虑将一个字符的32字节点阵数据分为两组，对应字符的上下两半部分。字符的字模点阵数据可以用专门的字模提取软件得到。4.显示驱动程序下面给出部分参考代码，其他代码可根据理论课内容自行编写。 （1）引脚符号定义 RS EQU P3.0 ;P3.0-数据/命令输入控制端RW EQU P3.1 ;P3.1-数据读写控制端E EQU P3.2 ;P3.2-使能控制端CS1 EQU P3.4 ;P3.4-左半屏片选CS2 EQU P3.5 ;P3.5-右半屏片选（2）命令、点阵数据读写子程序RWRITE:CLR RS ;写命令(RS=L)子程序 CLR RW SETBE CLR E ;E端产生负跳变 RETDWRITE:SETB RS ;写数据（RS=H)子程序 CLR RW SETBE CLR E RET（3）左/右半屏显示子程序调用该子程序之前，需要正确设置CS1和CS2，以确定显示在左半屏还是右半屏。DISP:MOV R7,#08H ;总页数->R7 MOV R0,#0B8H ;起始页命令字初始化->R0LP1: MOV R6,#64 ;一页总列数->R6 MOV P1,R0 LCALL RWRITE ;设置起始页 MOV P1,40H LCALL RWRITE ;设置起始列LP0: CLR A MOVC A,@A+DPTR ;读点阵数据 MOV P1,A LCALL DWRITE ;写点阵数据 INC PTR ;修改点阵数据表指针 DJNZ R6,LP0 ;一页未完，循环 INC R0 ;修改起始页命令字 DJNZ R7,LP1 RET2.开发板上的LCD1602模块LCD1602只能显示两行16列英文字符，程序中只需要向其送入字符的ASCII码即可显示，因此控制程序简单。（1）外观及电路连接开发板上LCD1602与单片机的连接电路、外观及布局如图3-2所示，其中LCD1602的8位数据口DB0-DB7与单片机的P0.0-P0.7引脚连接，RS、RW、E引脚与单片机的P2.6、P2.5、P2.7引脚连接。RJ1是一个电位器，用来调节LCD1602对比度即显示亮度。（2）LCD1602的命令字LCD1602模块内部除了DDRAM用于接收待显示的字符数据以外，还有指令寄存器IR和地址寄存器DR这两个8位的寄存器，用户可以通过RS和R/W输入信号的组合选择指定的寄存器，利用E控制信号向其中写入各种命令，实现相应的操作，如表3-3所示。表3-3LCD1602控制信号的作用RSRWE操作00正脉冲将D7~D0的指令代码写入指令寄存器IR（写命令）011将状态标志BF和地址计数器AC的内容分别读出到D7和D6~D0（读状态和地址）10正脉冲将D7~D0线上的数据写入DDRAM指定的单元（写数据）111将DDRAM中的数据送到D7~D0线上输出（读数据）（a）连接电路0（b）显示器模块外观（c）底板插座图3-2开发板中的LCD1602模块及其与单片机的连接让液晶显示器显示字符，首先对其进行初始化设置：对是否显示光标、光标的移动方向、光标是否闪烁以及字符移动的方向等进行设置，才能获得所需显示效果。这些操作都是由单片机通过向LCD1602写入不同的命令字来实现的。LCD1602的常用命令字如表3-4所示。表3-4LCD1602的命令字命令RSR/WD7D6D5D4D3D2D2D0清屏0000000001显示模式设置000001I/DS显示开关设置00001DCB光标或字符移位0001S/CR/L´´功能设置001DLNF´´DDRAM地址设置1DDRAM地址写数据10待写数据（3）LCD1602的一般编程步骤写命令字01H，清屏；写命令字38H，设置显示模式为2行显示、5×7点阵，8位数据接口；写命令字0EH或0CH，开显示，显示/不显示光标，字符不闪烁；写命令字06H，设置字符不动，光标自动右移1个字符位置。以上步骤为初始化操作，可以集中编写为一个初始化子程序。写命令，发送DDRAM地址，以设置字符的显示位置。写数据，将字符的ASCII码数据送LCD1602。上述各步骤都是反复调用写命令和写数据操作实现的。因此，可以将这两个基本操作编写为子程序。子程序主要实现具体的写操作时序：①写命令：先将RS置为低电平，RW置为低电平，再将数据送到数据口D0~D7，最后在E引脚上输入一个正脉冲。②写数据：先将RS置为高电平，RW置为低电平，再将数据送到数据口D0~D7，最后在E引脚上输入一个正脉冲。由此可见，写命令和写数据的区别只是在开始设置RS的高低电平不同，其他的操作步骤都完全一样。四、实验步骤1.实验预习（1）复习并查阅相关资料，了解点阵液晶显示的基本原理和典型的芯片型号；（2）手工或利用字模提取软件提取得到你希望在点阵和液晶显示器上需要显示的图形和字符的点阵数据，并整理为程序中合法的字模点阵数据表。2.实验步骤以下3项任选一项。（1）仿真实验在KeilC51和Proteus软件中调试实践案例4-3和4-4（参见理论课讲义）；模仿上述案例，自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。（2）实验箱实验在断电的前提下，用8芯线将JP1（P1口）连接到JX12（DB0~DB7），JP3（P3口）连接到JX14插座。特别注意8芯线两端插入时的方向及位置！启动程序运行，观察液晶屏上的显示，分析实验现象。（3）开发板实验用附带USB转串口配线连接开发板和电脑U盘插口，打开开发板电源；在KeilC51中编辑编译程序，并生成HEX文件；打开PZ-ISP，在窗口中注意选择串口号和波特率，单击“打开文件”按钮选择生成的HEX文件，之后单击“程序下载”按钮下载程序到开发板；程序下载后会自动运行，观察实验现象。

实验4波形产生实验一、实验目的1.掌握单片机内部定时/计数器的基本功能和使用方法；2.掌握利用定时/计数器产生波形的基本方法；3.熟悉定时/计数器的硬件连接和控制程序编制方法。二、实验内容以下3项任选一项。1.仿真实验模仿实践案例5-1、5-6或5-8（参见理论课讲义），自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。2.实验箱实验利用单片机内部的定时/计数器产生周期方波脉冲，由P1.7引脚输出，要求每按动一次实验箱中的按钮，输出脉冲的频率在两种频率之间切换一次。3.开发板实验利用单片机内部的定时/计数器产生给定频率或周期的周期方波脉冲，由P1.7引脚输出，要求每按动一次开发板上的独立按键，输出脉冲的占空比在两种频率之间切换一次。三、实验原理利用单片机产生周期波形的基本思想是：利用内部集成的定时/计数器实现周期性定时，每次定时时间到时将指定的并口输出端输出电平取反，则可通过该端子输出周期脉冲。利用这种方法输出的脉冲幅度不能调节，只能分别为高低电平。但是，通过设置不同的定时/计数器计数初值和软件循环次数，可以对输出脉冲的频率、周期和占空比等参数进行灵活调节。这里主要介绍实现输出脉冲占空比调节的基本原理和方法。假设用单片机中的定时/计数器T0工作于定时方式2，实现0.1ms的定时。如果重复定时a和b次，则定时时间分别为t1=0.1ams和t2=0.1bms。假设使T0轮流定时a和b次，每次定时到使输出端交替输出高低电平，则输出周期为T=t1+t2=0.1(a+b)ms的脉冲，其中高电平持续的时间在脉冲一个周期内的占比（即脉冲的占空比）s=t1/T=a/(a+b)。上述各参数之间的关系示意图如图2-1所示。由此可见，通过设置不同的定时次数a和b，即可调节脉冲的占空比，而a+b决定了脉冲的周期或频率。例如，假设a=50，b=150，则输出脉冲周期为0.1(a+b)=20.0ms，而占空比为s=a/(a+b)=50/(50+150)=25%。如果设置a=50，b=50，则输出脉冲周期为0.1(a+b)=10.0ms，而占空比为s=a/(a+b)=50/(50+50)=50%。aabt1t2Ta+b图2-1输出脉冲的周期和占空比示意图四、实验步骤1.实验预习复习单片机定时/计数器的相关知识。2.实验步骤以下3项任选一项。（1）仿真实验在KeilC51和Proteus软件中调试实践案例5-1、5-6或5-8（参见理论课讲义）；模仿上述案例，自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。（2）实验箱实验在实验箱关电的前提下，检查仿真器是否连接好；示波器连接到P1.7，按钮输出单脉冲插孔连接到P3.2；将程序下载到实验箱或开发板，启动运行，用示波器观察输出波形；按动按钮，观察示波器上脉冲波形的变化。（3）开发板实验示波器连接到P1.7引脚；用附带USB转串口配线连接开发板和电脑U盘插口，打开开发板电源；在KeilC51中编辑编译程序，并生成HEX文件；打开PZ-ISP，在窗口中注意选择串口号和波特率，单击“打开文件”按钮选择生成的HEX文件，之后单击“程序下载”按钮下载程序到开发板；程序下载后启动运行，按动按键，观察示波器上脉冲波形的变化。

实验5波形测量实验一、实验目的1.了解单片机内部定时/计数器的典型应用；2.掌握利用定时/计数器实现脉冲宽度和频率测量的基本原理和方法。二、实验内容以下3项任选一项。1.仿真实验模仿实践案例5-2或5-5（参见理论课讲义），自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。2.实验箱实验将实验箱中时钟与单脉冲模块产生的250kHz、125kHz、62.5kHz和31.25kHz的方波脉冲作为待测脉冲，测量其周期，并将测量结果保存到内部RAM单元。3.开发板实验利用开发板上的独立按键K3或K4产生任意宽度的脉冲，用单片机内部的定时/计数器T0或T1测量其宽度，并将测量结果用二进制形式控制8位LED的亮灭。三、实验原理1.脉冲宽度与周期测量的基本原理实现脉冲周期测量的基本原理是：利用待测脉冲控制定时/计数器，对标准的内部计数脉冲进行计数，其示意图如图3-1所示。图3-1脉冲周期测量的基本原理在待测脉冲信号的一个周期T内，假设标准脉冲信号的周期为T0，定时/计数器对标准脉冲信号的计数值为N，则待测信号的周期为T=NT0根据上述原理，利用51单片机内部的定时/计数器实现脉冲周期的测量时，定时/计数器工作在定时方式，从而将单片机内部频率较高的标准时钟脉冲作为计数脉冲。设置定时器/计数器的TR和GATE都为1，则可将待测脉冲从INTx引脚接入，作为计数器的门控信号。在待测脉冲的高电平期间，定时/计数器对标准脉冲进行计数。在计数停止时，根据计数值即可求得脉冲的宽度。如果待测脉冲是方波，其占空比为50%，则根据测量得到的脉冲宽度，只需要将其计数值再乘以2，即可得到脉冲的周期为2NT0。2.实验箱相关硬件模块在实验箱的时钟与单脉冲模块中，提供了4MHz、2MHz、1MHz、500kHz、250kHz、125kHz、62.5kHz和31.25kHz的方波时钟源，如图3-2所示。由于单片机的主频脉冲为12MHz，因此对频率不超过500kHz的脉冲信号，可以根据上述原理实现周期测量。3.开发板上单脉冲信号的产生在开发板上提供了4个独立按键K1~K4，其内部电路参见图1-3。对任何一个按键，每按动一图3-2实验箱中上的单脉冲与时钟模块次，将由P3.0~P3.3输出负脉冲；按键释放后，输出正脉冲。若连续不断按动按键，则将连续输出高低电平交替的脉冲。但需要注意的是，根据按键按下和释放的时间，输出的脉冲不一定是方波。图3-2实验箱中上的单脉冲与时钟模块根据上述测量原理，如果直接将K3或K4对应的P3.2或P3.3输出信号作为门控信号，测量结果代表的将是相邻两次按键之间的时间间隔。思考：这里为什么不用K1或K2？需要注意的是，人工按动按键的速度相对于单片机的工作速度是非常慢的。如果直接采用上述方法进行测量，得到的结果将远超过8位二进制能够表示的范围。为此，可以考虑将单片机内部的一个定时/计数器用作分频器，将单片机的时钟脉冲分频后作为测量过程中的计数脉冲。四、实验步骤1.实验预习（1）复习单片机定时/计数器的相关知识；（2）复习脉冲宽度和周期、频率测量的基本原理和方法。2.实验步骤以下3项任选一项。（1）仿真实验在KeilC51和Proteus软件中调试实践案例5-2和5-5；模仿上述案例，自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。（2）实验箱实验用双头线将时钟与单脉冲模块上的125kHz、62.5kHz和31.25kHz插孔分别与P3.2（INT0）插孔连接，引入不同频率的待测方波。启动运行，观察并分析实验结果。注意结果观察可以利用Keil窗口右下角的Mermory1窗口观察。如果该窗口没打开，可以单击View/MermoryWindows/Mermory1菜单命令。此外，全速运行时需要单击停止按钮停止运行后再观察，也可以通过设断点运行观察运行结果。（3）开发板实验用附带USB转串口配线连接开发板和电脑U盘插口，打开开发板电源；在KeilC51中编辑编译程序，并生成HEX文件；打开PZ-ISP，在窗口中注意选择串口号和波特率，单击“打开文件”按钮选择生成的HEX文件，之后单击“程序下载”按钮下载程序到开发板；程序下载后启动运行，按动按键，观察LED显示的测量结果。

实验6串行通信接口实验一、实验目的1.了解串行通信协议及波特率的产生方法；2.熟悉串行通信的典型接口及数据收发过程；3.了解单片机串口的基本结构及典型应用；4.了解串口调试助手的使用方法。二、实验内容以下3项任选一项。1.仿真实验模仿实践案例5-3、5-4或5-7，自拟题目在KeilC51和Proteus软件中调试。2.实验箱实验利用两台实验箱实现双机点-点通信，用一台实验箱中的8个开关控制另一台实验箱中8个LED的亮灭。3.开发板实验开发板与PC机之间的串行通信，利用串口调试助手向开发板发送数据，开发板收到后原样发回PC机，并显示在串口调试助手中。三、实验原理1.实验箱中的串口模块在实验箱中，串口对应的P3.0和P3.1引脚可以直接引出，实现两台实验箱之间的双机点-点通信。实验时只需要将两台实验箱中系统接口区的RxD（P3.0）和TxD（P3.1）相互交叉连接，两台实验箱的地线直接共地连接。实验箱A中8个开关的状态由P1读入后，再通过串口发送到实验箱B。在实验箱B中，从串口读取接收到的数据，再通过P2口输出控制8个LED的亮灭，从而即可实现两台实验箱中开关和LED的交叉控制。两台实验箱串口的工作方式、传输波特率和控制程序完全相同。连接好RxD和TxD引脚后，在两台实验箱中同时启动程序运行。在一台实验箱中搬动开关，即可在另一台实验箱中观察到LED灯的亮灭与开关的状态完全对应。当设置串口工作在方式2和3，并且SM2=0时，还可以利用TB8和RB8实现串行通信的奇偶校验。2.开发板中的USB转串口模块开发板上板载一个USB转串口模块。其硬件电路如图6-1所示。该模块的主要作用是将单片机的串口引脚信号转换为USB接口引脚信号。图中，P5为跳线帽。当1-2、3-4接通时，单片机的两个串口引脚RxD和TxD分别与RxD-U和TxD-U引脚连接，而这两个信号作为CH340芯片的输入信号，在内部将其转换USB接口所需的两个信号引脚D+和D-，再送到USB1插座。使用USB转串口芯片，免去了一根串口线，使用普通USB数据线（支持安卓手机数据线）就可以进行串口通信。如果使用黄色跳线帽将P5端子的1、2短接，3、4短接，那么CH340串口与单片机串口是连接一起的，此时即可实现程序的下载或串口通信。需要注意的是，开发板上使用的是11.0592MHz晶振，在计算波特率和定时/计数器的计数初值时必须用该参数进行计算，否则会导致比较大的波特率误差，在通信过程中出现乱码等错误信息。3.串口调试助手串口调试助手的基本功能是在Window系统模拟电脑的串口，实现PC机与单片机系统之间的串行数据传输。串口调试助手有很多版本，开发板提供的版本界面如图6-2所示。图6-2串口调试助手SSCOM启动串口调试助手后，特别注意设置正确的波特率（与程序中定时/计数器的计数初值必须相对应），并注意到“端口号”中显示的串口号是否与Windows设备管理器中的一致（一般情况下会自动识别）。在程序运行过程中，通过右下角的文本框可以输入需要发送到开发板中单片机的数据。在窗口上部的空白文本框中会显示开发板上单片机通过串口发送回PC机的数据。四、实验步骤1.实验预习（1）复习单片机串口的相关知识；（2）复习串口方式1中波特率的计算方法及定时/计数器T1的作用；（3）了解串口调试助手的作用和使用方法；2.实验步骤以下3项任选一项。（1）仿真实验在KeilC51和Proteus软件中调试实践案例5-3、5-4或5-7；模仿上述案例，自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。（2）实验箱实验实验箱关电，用双头线将两台实验箱中的P3.0和P3.1插座交叉连接，地线直接连接。在两台实验箱中，分别用八芯线连接JP1与开关量输入模块区的8芯插座、JP2和发光管输出模块的8芯插座。启动运行，在一台实验箱中搬动开关，观察另一台实验箱中LED的亮灭与开关的对应情况。（3）开发板实验用附带USB转串口配线连接开发板和电脑U盘插口，打开开发板电源；在KeilC51中编辑编译程序，并生成HEX文件；打开PZ-ISP，在窗口中注意选择串口号和波特率，单击“打开文件”按钮选择生成的HEX文件，之后单击“程序下载”按钮下载程序到开发板；程序下载后启动运行，打开串口调试助手，在文本框中输入任意字符或数字，发送后观察串口调试助手中的显示。注意：在打开串口调试助手时，如果需要重新下载程序到开发板，必须先在串口调试助手中关闭串口。因为下载程序和运行程序实现开发板与PC机缠绵的串行通信，都是用的同一个端口。

实验7并行D/A转换实验一、实验目的1.掌握D/A转换器和单片机的连接方法。2.掌握控制程序的编制和调试方法。3.掌握利用D/A转换器产生任意波形的基本方法。4.了解PWM信号产生的基本原理及其应用。二、实验内容以下3项任选一项。1.仿真实验模仿实践案例8-1、8-2、8-5和8-6，自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。2.实验箱实验利用实验箱中提供的DAC0832输出任意期望的波形。3.开发板实验利用开发板上提供的PWM模块，模拟实现D/A转换的功能。三、实验原理1.实验箱中的DAC0832模块图7-1实验箱中的DAC模块布局实验箱中DAC0832数模转换模块的布局如图7-1所示，相应的原理接线如图7-2所示。图7-1实验箱中的DAC模块布局在原理接线图中，DAC0832的CS和XFER直接短接后接CS5插孔，WR1和WR2直接短接后接WR插孔，因此0832工作在单缓冲方式。假设将WR插孔接到单片机的WR（P3.6）引脚，CS5接实验箱并口区的“8000H”插座，则表示用P2.7经反相后作为片选信号CS，因此DAC0832作为外部RAM的一个单元，其地址为8000H。图7-2实验箱中DAC0832的原理线路图除上述连接以外，还需要用8芯线将DAC0832模块区的D0~D7与系统接口区的数据总线P0口相连接。当用MOVX指令向DAC0832输出一个数字量时，CS和WR有效，立即将数字量打入0832内部，并启动转换，转换结果由AOUT端子输出。利用上述原理线图可以产生各种周期波形，并用示波器观察。2.开发板上的DAC要让51单片机输出模拟信号，可以选用DAC，在实际应用中还广泛使用PWM技术来模拟DAC输出。在开发板上集成了一个DAC（PWM）模块电路，通过单片机IO口生成PWM波来模拟DAC输出。（1）PWM信号控制LED亮度的基本原理PWM信号是频率或周期恒定不变，而占空比可随意调节的信号，广泛用于直流电机调速、LED亮度调节等。图7-3是两种不同占空比下的PWM信号。其中，蓝色的矩形脉冲是周期固定、占空比分别为50%和25%的信号。将PWM信号经过低通滤波提取其中的直流成分，如图中黄色的水平线所示。（a）占空比50%（b）占空比25%图7-3不同占空比输出的PWM信号显然，输出直流信号的幅度等于PWM脉冲在一个周期内的平均幅度，从而决定于脉冲的占空比。占空比越大，输出直流成分的幅度越大。如果用该直流成分控制LED，则LED的亮度也就越高。在单片机系统中，可以用定时/计数器实现定时，以决定输出PWM脉冲的周期或频率。同时通过程序控制一个周出内高低电平切换的时间，从而调节PWM信号的占空比和输出直流电压的幅度。如果占空比用一个数字量进行控制和调节，并使得输出直流信号的幅度随之变化，从而就实现了类似D/A转换的功能。（2）开发板中的PWM模块开发板中的PWM模块电路原理图如图7-4所示。图7-4开发板上的PWM模块图中，利用单片机内部的定时/计数器和程序产生的PWM信号由单片机的P2.1引脚送出，经过R31和C32构成的低通滤波器进行滤波，从而提取其中的直流成分，再经过由运算放大器LM358构成的跟随器后由DAC1端子输出，控制LED灯DA1的亮度。（3）控制程序本质上说，PWM信号实际上是频率恒定，占空比可调的脉冲波。因此相应的控制程序可以参考实验4。本实验要求：通过修改程序中决定占空比的数字量参数，观察DA1亮度的变化。程序中需要注意：PWM信号的频率在1KHz左右，如果频率较低，DA1将闪烁，不便于观察亮度变化；占空比尽量在比较大的范围内变化，以便清晰地观察到亮度变化；当占空比超过70%以后，LED亮度变化将不太明显。四、实验步骤1.实验预习（1）复习DAC0832的基本概念及其与51单片机的接口方法；（2）查阅资料，了解PWM信号的相关概念及其应用。2.实验步骤以下3项任选一项。（1）仿真实验在KeilC51和Proteus软件中调试实践案例8-1、8-2、8-5和8-6；模仿上述案例，自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。（2）实验箱实验用双头线将DAC0832数模转换区的CS5端口接至系统接口区的8000H端口，WR端口接至系统接口区的P3.6或/IOWR插孔；用8芯线将DAC0832数模转换区的JX2接至数据总线JX0；DAC0832数模转换区的AOUT输出接示波器；运行程序，观察示波器上的电压波形，分析计算输出信号的周期和频率。（3）开发板实验用附带USB转串口配线连接开发板和电脑U盘插口，打开开发板电源；在KeilC51中编辑编译程序，并生成HEX文件；打开PZ-ISP，在窗口中注意选择串口号和波特率，单击“打开文件”按钮选择生成的HEX文件，之后单击“程序下载”按钮下载程序到开发板；程序下载后启动运行，修改程序中的占空比参数，观察DA1亮度的变化。

实验8并行A/D转换实验一、实验目的1.掌握A/D转换器和单片机的连接方法。2.掌握ADC控制程序的编制和调试方法。二、实验内容以下3项任选一项。1.仿真实验模仿实践案例8-3和8-4，自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。2.实验箱实验图8-1实验箱ADC模块的布局利用实验系统上的ADC0809实现A/D转换，由实验系统中的电位器提供模拟量输入。编制程序，将输入模拟电压转换为数字量，转换结果用8个LED以二进制形式显示。图8-1实验箱ADC模块的布局3.开发板实验利用开发板上提供的12位ADC芯片XPT2046采集电位器电压值，并将其用一位整数和一位小数的十进制形式在数码管上显示。三、实验原理1.实验箱中的ADC0809模块在实验箱中，ADC模块的布局如图8-1所示，利用ADC0809实现并行A/D转换的原理线路图如图8-2所示。IN7IN0IN7IN0图8-2实验箱ADC0809的原理线路图在图8-2中，模拟电压由IN0~IN7插孔送入，ADD-A、ADD-B、ADD-C端相应地接电源或地。例如，假设模拟电压由IN3端输入，则3个地址输入端分别接+5V电源、+5V电源和地。ADC0809所需的转换时钟由CLK插孔送入。在实验箱中，可以用单脉冲与时钟模块输出的500kHz作为转换时钟。EOC插孔输出的EOC信号可以接到P3.2端，以便采用查询或中断方式读取转换结果。注意如果采用中断方式，根据ADC0809的工作时序，必须将EOC信号反相后再接到INT0引脚。在图8-2中，WR和RD插孔分别与P3.6和P3.7相连接。CS4插孔可以接某一个外部RAM地址译码输出端，例如“8000H”，则ADC0809的地址为8000H。因此，当执行MOVX@DPTR,A指令向8000H单元输出任意一个字节数据时，由CS4和WR送入负脉冲，则ADC0809的START端得到一个正脉冲，ALE端得到一个负脉冲，将ADD-A、ADD-B、ADD-C端的地址打入，选中通道后立即启动转换。当转换结束时，单片机再执行MOVXA,@DPTR指令从ADC0809读取转换结果。此时，由CS4和RD端送入负脉冲，使得ADC0809的ENABLE端得到一个正脉冲，从而将转换结果通过JX6插座输出，再由数据总线D7-0（P0口）读入单片机。之后，可以再通过某个并口输出控制LED以二进制形式显示。2.开发板中的ADC模块XPT2046是一款4线制电阻式触摸屏控制器，内含12位、125KHz的逐步逼近型A/D转换器。内置的ADC电路包含了采样/保持、模数转换、串行数据输出等功能。模拟电压可以采用单端或双端模式，从X+、X-、Y+、Y-、VBAT和AUX引脚送入。（1）ADC模块原理图开发板上XPT2046的电路连接原理图如图8-3所示。其中X-和Y-端子接地，可以从X+、Y+、VBAT和AUX端子分别输入单端形式的4路模拟电压AIN0~AIN3。在开发板中，这4路模拟电压分别来自AD1电位器、NTC1热敏传感器、GR1光敏传感器、DAC模块输出的PWM信号。图8-3开发板上的ADC模块电路（2）2046的控制字图8-4为XPT2046控制字格式，其中最高位必须为1；D6-D4用于选择模拟量输入通