单片机原理实验指导书

-20-第2章基础实验2.1实验一系统认识实验一、实验目的学习实验系统的基本操作，了解在实验系统中进行程序设计、仿真和调试的操作方法和步骤。二、实验设备Keil单片机程序开发软件。Proteus仿真软件DP51-PROC单片机综合实验仪。DT-2003数字万用表。三、实验内容和步骤内容：简单单片机应用程序的编辑、编译、仿真和调试。实验程序：功能：使连接在MCS-51单片机P1.0引脚的LED闪烁。设计思路：①点亮LED需要约3~10mA电流，此时LED两端电压差约2V。因此，将LED的阴极通过一个电阻连接到P1.0引脚（电阻阻值约为1000），阳极连接到电源VCC（5V）。②为便于观察，交替的时间间隔不应太小（建议选择在0.5s左右），由于该时间不要求严格精确，所以，可采用软件延时的方法实现。③程序可采用图2.1中的流程结构。开始让P1端口初值为11111111BP1.0求反软件延时图2.1实验一程序流程图-21-预习：1）提前一周预约好实验时间。2）自学Keil和Proteus两软件的基本使用方法。3）按设计思路，用汇编语言或C51语言编制实验程序。4）了解本次实验的步骤和操作方法。图2.2实验一电路图步骤：1）在S:\STUDY\Kiel文件夹中新建Ex01文件夹（该文件夹用于保存本次实验的所有内容），通过网上邻居将服务器上本次实验共享文件夹下的所有文件拷贝到S:\STUDY\Kiel\Ex01文件夹中。2）运行Keil并创建一个新工程。工程保存为S:\STUDY\Kiel\Ex01\Ex01.Uv2。选择单片机型号为Generic中的8051。创建新工程的操作方法：菜单ProjectNewProject…3）设置工程选项，将工程选项设置如下：Target页夹：Xtal=12MHzOutput页夹：CreateHEXFile-22-BL51Locate页夹：取消UseMemoryLayoutfromTargetDialog设置CodeRange属性为0x40-0xFFF如用C51编程，设置此页夹。设置工程选项的操作方法：鼠标右击ProjectWindow中的Target1弹出菜单OptionforTarget‘Target1’，在对话窗口中根据需要选择不同的页夹项4）创建新文件并输入实验程序，然后保存在与工程相同的文件夹中（文件名为Ex01.ASM或Ex01.C），最后将其加入到工程中并编译。操作方法：创建文件：菜单FileNew保存文件：菜单FileSave或SaveAs…加入工程：ProjectWindow中展开Target1，鼠标右击SourceGroup1弹出菜单AddFilestoGroup‘SourceGroup1’，在对话窗口中选择文件类型（CSourcefile或AsmSourcefile）和文件名（Ex01.C或Ex01.ASM）编译工程：菜单ProjectBuildtarget或Rebuildalltargetfiles编译中若发现错误，必须修改程序后重新编译。注意：i.如果在工程选项中设置了CreateHEXFile选项，编译成功后则会生成目标文件(*.hex)，该文件将在利用Proteus调试程序时用到；反之，编译成功后不会生成目标文件(*.hex)。ii.目标文件的文件名由工程选项Output页夹中NameofExecuteable属性决定，目标文件的扩展名为.hex。5）利用Keil自身的软件仿真功能调试程序。任务：单步和带断点执行程序，观察程序执行过程，记录程序执行过程中相关寄存器、存储器的变化情况和指令执行时间，从而验证程序的正确性。具体操作如下：①在Keil中设置工程选项如下（操作方法参见步骤3）：Debug页夹：选中左侧Use：Simulator选中左侧LoadApplicationatStart和Gotillmain()②进入调试。进入或退出调试命令的操作方法：-23-菜单DebugStart/StopDebugSession③单步调试程序中的指令或语句，观察和记录相关寄存器、存储器的变化情况和程序执行时间。在此过程中尝试打开或关闭DisassemblyWindow（操作方法参见后面[说明]的第3项），观察它们的不同。单步命令的操作方法：菜单DebugStep（详细跟踪当前指令或语句的执行）或StepOver（完整执行当前指令或语句）查看寄存器、存储器和程序执行时间的操作方法：参见后面[说明]的第1、2项④复位程序。复位CPU命令的操作方法：菜单PeripheralsResetCPU⑤在软件延时开始的指令或语句处设置断点。设置断点的操作方法：先用鼠标点击断点处的指令或语句，再使用设置或取消断点命令：菜单DebugInsert/RemoveBreakpoint⑥多次使用连续运行命令控制程序的执行，当程序执行到断点处时观察P1.0引脚的状态和程序运行时间。根据多次的信息推断LED的闪烁状态和间隔时间。连续运行命令的操作方法：菜单DebugGo观察P1.0引脚状态的操作方法：菜单PeripheralsI/O-PortsPort1，在ParallelPort1窗口中显示当前P1端口各个引脚的状态。⑦退出调试。操作方法参见前面的操作②。说明：查看结果主要通过ProjectWindow中的Regs页夹和MemoryWindow中的各个页夹。-24-1、若MemoryWindow窗口没有打开，可通过菜单ViewMemoryWindow命令显示，选取其中任何一个页夹，在地址输入框中输入地址后，该页夹将从这个地址开始显示存储体中的数据。由于MCS-51的存储体在地址值上存在着重叠，为了区分不同类型的存储体，地址必须按照下面的格式输入（段符及其说明参见表2.2）：段符：地址值地址值可以用十进制或十六进制表示。其中十六进制数用汇编或C语言的表达方式均可。例：D:0x00或D:00H2、在ProjectWindow的Regs页夹中显示常用的一组值，其中大部分可以直接修改（操作方法：先用鼠标左击选择要修改的对象，然后再次左击就可以输入修改），详细说明参见表2.1。3、在Keil进入调试状态后，若希望查看当前程序的机器编码及其反汇编代码，可通过菜单ViewDisassemblyWindow命令显示或关闭DisassemblyWindow窗口。表2.1Regs页夹中的内容及其说明符号说明是否可修改r0工作寄存器r0的值是r1工作寄存器r1的值是r2工作寄存器r2的值是r3工作寄存器r3的值是r4工作寄存器r4的值是r5工作寄存器r5的值是r6工作寄存器r6的值是r7工作寄存器r7的值是A累加器的值是BB寄存器的值是Sp堆栈指针寄存器的值是sp_max堆栈的最大值Dptr数据指针寄存器的值是PC$当前指令的地址值是States程序执行的机器周期数Sec程序执行的时间（秒）Psw程序状态字的值是，还可展开单独修改位值-25-6）利用Proteus调试程序。任务：单步和带断点执行程序，观察程序执行过程，并按表2.3中的内容进行记录和计算。具体操作如下：①双击S:\STUDY\Kiel\Ex01\Proteus仿真\Led_light.DSN文件，将电路中单片机对象的ProgramFile属性设置为步骤4生成的目标文件(*.hex)，然后检查Proteus是否打开了远程仿真监视。操作方法：设置目标文件：鼠标右击单片机对象弹出菜单EditProperties，在对话窗口中设置ProgramFile属性。打开仿真监视：菜单Debug选中UseRemoteDebugMonitor。②在Keil中设置工程选项如下（操作方法参见步骤3）：Debug页夹：选中右侧Use：及ProteusVSMSimulator（下拉选项框的项）选中右侧LoadApplicationatStart和Gotillmain()③在Keil中进入调试，检查在软件延时开始的指令或语句处是否有断点，若没有则设置（操作方法参见步骤5）。④在Keil中多次使用连续运行命令控制程序的执行（操作方法参见步骤5）。当程序运行到断点时，观察Proteus窗口中LED1的燃亮情况，将P1.0引脚支路电路的相关信息记录到表2.3中。⑤在Keil中去除断点，继续运行程序，观察Proteus窗口中实验电路的工作情况（LED1闪烁情况及其间隔时间）。⑥在Keil中退出调试（操作方法参见步骤5）。表2.2常用段符及其说明段符说明示例C程序存储地址区，地址范围0x0000~0xFFFFFF。C:0x30D直接寻址数据存储区，地址范围0x00~0xFF，其中0x80~0xFF是SFR。D:0x30D:0xE0I间接寻址数据存储区，地址范围0x00~0xFF。I:0x30I:0xE0X外部数据存储区，地址范围0x0000~0xFFFFFF。X:0x30-26-7）利用实验仪调试程序。任务：单步和带断点执行程序，观察程序执行过程，并按表2.3中的内容进行记录和计算。具体操作如下：①检查实验仪与计算机之间的通信线连接，然后打开实验仪电源（电源开关在实验仪箱体右侧方）。②测试实验仪中涉及本次实验的电路是否完好。操作方法：i.双击S:\STUDY\Kiel\Ex01\Test1\Test1_0.Uv2文件（此操作会打开一个新的Keil窗口）。ii.在新窗口中进入调试，然后连续运行程序（操作方法参见步骤5）。iii.在实验仪上观察连接到P1端口的8个LED是否循环依次熄灭，如果发现某个LED常亮或常灭，则意味着P1端口的对应位损坏。iv.测试完成后退出调试，然后关闭这个用于测试的Keil窗口。在本次实验中如果发现P1.0损坏，可用P1其它完好的位替代完成实验（此时，实验程序及其他相关操作都应做出调整）。③在实验程序的Keil窗口中设置工程选项如下（操作方法参见步骤3）：Debug页夹：选择右侧Use：及KeilMonitor-51Driver（下拉选项框的项）点击右侧的Settings按钮，在对话窗口中选择SerialInterrupt选中右侧LoadApplicationatStart和Gotillmain()④在Keil中进入调试。检查在软件延时开始的指令或语句处是否有断点，若没有则设置（操作方法参见步骤5）。⑤多次使用连续运行命令控制程序的执行（操作方法参见步骤5）。当程序运行到断点时，观察实验仪上LED1的燃亮情况，用万用表测量P1.0引脚支路电路的相关信息并记录到表2.3中。测量中万用表的使用方法：i.万用表使用时应平稳放在实验台上，既要便于观察又不能防碍实验操作。ii.万用表的黑笔应插在实验仪C1区的GND插孔。iii.C1区的VCC插孔电压就是所有LED的阳极电压，A2区的P10-P17插孔电压就是P1各引脚电压，D1区LED上方编号为R65-R72的贴片电阻的下端电压就是对应LED的阴极电压（因空间小，测量时须格外小心，防止通过万用表笔短路。）-27-⑥在Keil中去除断点，继续运行程序，观察实验仪中实验电路的工作情况（LED1闪烁情况及其间隔时间）。⑦在Keil中退出调试（操作方法参见步骤5）。四、实验报告要求1、记录实验过程中的操作过程及其结果。2、工整书写实验程序并画出其流程图。3、对比表2.3中的数据，分析差异及原因。4、总结三种仿真调试方法的特点。5、[选做]比较用汇编编写程序与用C51编写程序各自的特点。表2.3测量点数据表对象P1.0输出值记录计算LED1燃亮情况LED1阳极电压VLED1阴极电压VP1.0引脚电压VLED1电压降VLED1电流mAProteus01实验议01