单片机--实验指导书

《单片机原理与应用》实验指导书编写人：吕宏强物理系2012年9月2前言《单片机原理与应用》实验课程是面向电子类专业开设的一门必修技术基础课。通过本课程的各个实践教学环节，将使学生初步掌握MCS51单片机的基本原理及内部资源，在单片机开发设计方法和常用基本电路设计、程序设计方面得到系统训练；使学生了解本课程的性质、特点、内容以及单片机技术在经济建设中的重要作用，熟悉通用的单片机接口集成电路的类型、结构特点、工作原理、常用电路及应用场合；了解凌阳单片机的特性、61板结构、IED软件及编程、编译、下载的方法等；系统掌握基于单片机的基本设计理论、设计方法和步骤，初步具备嵌入式系统设计的能力。为今后从事单片机系统、外设与接口电路的设计工作打下基础。为了加深学生对单片机结构的理解，掌握单片机内部资源，培养汇编语音的程序设计能力，学会单片机的开发流程及基本开发方法，特开设以下实验：MCS-51汇编语言与程序设计（验证性）、定时器/计数器及中断应用（设计性）、串口通信（设计性）、*基于单片机的动态扫描显示（设计性）、基于单片机的数字钟（综合性）、*语音报时钟（综合性）等。教学大纲要求总学时58，其中理论教学54学时.实验18学时，必修实验个数6个（打*者为选修）。对于“MCS-51汇编语言与程序设计”实验，要求在熟悉89S51资源的基础上，熟悉WAVE编译系统的操作，掌握汇编指令，养成按结构化模块化要求设计程序的习惯。对于单片机“I/O口的应用”实验,3要求掌握端口的输入输出设置方式，掌握对端口的字节操作和位操作的方法。对于“定时器/计数器及中断应用”，要求熟悉单片机89S51的最小系统，熟悉中断的声明、设置及中断响应子程序的结构，定时器初值的计算，学会WAVE的模拟仿真的用法，尝试ISP下载，用LED等观测运行状况。对于“串口通信”，要求熟悉串口通信方式的设置及波特率的设置方法，编写简单的读P口状态并串口发关、接收的程序。对于“基于单片机的动态扫描显示”，在读懂电路图的基础上，理解动态扫描的原理与方法，编写出数码管显示程序。对于“基于单片机的数字钟”，在前面实验的基础上，要求读懂目标电路板，按照结构化的方式，编写出数字钟完整程序，并能正确运行。对于“语音报时钟”，要求在熟悉凌阳单片机特性的基础上，学会凌阳IDE软件的用法，能打开语音时钟的项目，能粗略看懂主程序结构，学会ICE仿真、下载运行。本指导书是为学生在理论学习的基础上、为完成实验内容而编写的指导性文本，对有汇编语言基础的同学都适用。4目录一MCS-51汇编语言与程序...................1二I/O口的应用.....................................5三外中断应用........................................9四定时器/计数器应用........................12五串口通信..........................................15六*基于单片机的动态扫描显示........18七数字钟..............................................21八*语音报时钟....................................231一MCS-51汇编语言与程序一、实验学时：3二、实验类型：验证性三、开出要求：必修四、实验目的：通过本实验的学习，使学生熟悉WAVE编译系统及操作，掌握汇编指令，熟悉程序结构及模块化程序设计，为今后继续在单片机的开发应用方面的学习奠定基础。五、实验内容、实验原理、方法和手段及实验组织运行要求：（一）熟悉伟福编译环境：启动WAVE软件,窗口如图所示，1、熟悉菜单：如：文件中的新建项目、新建文件等，项目中的编译、加入文件模块等，执行中的执行到光标处等，仿真器中的仿真器设置等2、熟悉工具栏：如：仿真器设置、打开文件、编译、复位、单步执行、CPU窗口等。3、熟悉打开的窗口：如：编程窗口，CPU窗口，DATA窗口（二）熟悉汇编语言指令：1、新建一个项目，新建一个文件，在文件中输入：ORG0000H，END，保存项目，保存文件（注意：拓展名为ASM），观察编程窗口文本颜色的变化。22、在文件中加入如下代码（在ORG与END之间），编译并查看信息窗口，除错（主要是语法的），编译通过后单步运行（进行模拟仿真运行：复位后，按F8键），观察CPU及DATA窗口的变化；要观察子程序的运行，可先将光标放在子程序第一条指令前，再按F4键；用注释形式对每条指令的功能、作用及引起的寄存器或RAM的变化做出说明。LOOP：MOVP1，#0H；CALLDELAYMOVP1，#0FFH；JMPLOOP3、搭建单片机最小系统，并与来自电脑的下载器的插头连接好，如图所示。将1K电阻与LED串连后，接到Vcc与P1.0（1脚）之间。4、启动电脑上的下载器的程序，窗口如下。先做“芯片选择”，再点“读取”，这时能看到更新的芯片特征字，表明下载器工作正常。点击“装载Flash”，找到编译好的机器语言文件（.HEX或.BIN），选好编程选项，点击“编程”，程序就立即装入了单片机，并开始运行，能看到LED的变化！35、自己编写一个子程序，其中包含有加（ADDC）、减（SUBB）、乘（MUL）、除（DIV）、与（ANL）、或（ORL）、异或（XRL）等运算。在主程序中调用该子程序；将程序段编排好后，编译，除错，编译通过后单步运行，观察相应窗口的变化，用注释形式对每条指令的功能、作用及引起的寄存器的变化做出说明。6、编写控制转移类的程序语句，观察分析执行过程；编写位操作的程序语句，观察分析执行过程；7、实验总结：对编写程序、编译出错处理、单步仿真运行的具体情况做认真总结！附：所编写的原程序及对应说明。（三）实验组织运行：集中授课。六、实验条件：PC机，WAVE软件，下载器及51单片机。七、实验步骤：（一）熟悉WAVE编译环境1、启动WAVE软件，浏览菜单，工具栏2、打开CPU、DATA窗口，打开一个示例程序。（二）熟悉汇编指令1、按实验内容1到4的要求，录入程序指令，保存，编译，记录错误，排错，运行，记录结果。2、按实验内容5的要求，将程序段变为子程序，并在主程序中调用。注意做好实验记录。3、按实验内容6、7的要求，编写无语法错误的子程序。注意做好实验记录。注意记录自己所有的原始程序，并写到实验报告中。八、思考问题：1、怎样能观察到位操作的变化？2、CODE与XDATA窗口中显示的是什么内容？43、编译的机器语言程序的扩展名是什么？九、实验成绩评定办法：主要评分点：做实验：专心认真做实验（40分），各种操作严谨规范（20分），结果正确性与纠错能力（10分）；实验报告：原理描述、实验流程及调试过程（10分），数据记录、实验结果、实验效果、解决问题的能力（10分），报告的完整、表述及资料搜集（10分）。十、其它说明：请勿动其它不相关设备，保洁室内卫生。5二I/O口的应用一、实验学时：3二、实验类型：设计性三、开出要求：必修四、实验目的：通过本实验的学习，使学生熟悉单片机4个P口的程序设计，为今后继续在单片机P口驱动数字设备应用方面的学习奠定基础。五、实验内容、实验原理、方法和手段及实验组织运行要求：（一）实验原理与方法：1、硬件电路：单片机电路如图所示，在89S51的最小系统上接上LED（或用实验板上已有的LED、数码管等）,P1口接上按键，当P0和P2口有输出时，点亮（或熄灭）LED，以指示端口工作状态。2、程序设计指导：读P1口，让LED的亮灭交替变换。3、WAVE模拟仿真的方法：先在仿真器设置中选好芯片8751，选工作频率为12MHZ（与实验电路相同），选择软件模拟仿真，OK。单步执行：复位后，每按F8键（或点、选工具栏菜单，下同）一次，就执行一行汇编程序，同时CPU、DATA窗口有变化的显示为红色，窗口下方状态栏有运行时间显示（μS）。注意：将要执行的当前行为浅蓝底色、行首带三角符（下同）。执行到光标处：将光标放在指定的汇编语句前，按F4键，则程序从执行的当前行，全速执行到光标处暂停，窗口下方状态栏有执行此的总计时间显示，执行到此CPU、DATA窗口有变化的显示为红色。例如，要知道定时中断一次所用的时间，可将光标放在定时中断服务程序入口处，反复按F4键，观察窗口下方状态栏的运行时间显示（μS）即知。全速运行与暂停：点击工具栏中三角形工具，则从要执行的当前行开始全速执行程序，直到点击暂停（当然要适时暂停）才停在某行。应用：全速运行一段时间（窗口下方状态栏有运行时间显示）后，各种寄存器及RAM的数据发生了变化，暂停之后再结合F8、F4键，可查看之后的程序运行的具体状况，以分析判断程序运行的正确性。（二）实验内容与要求：请原则上遵循以下要求，编写程序：ORG0000HVccEAP0.0P2.7P1.089S51X1X2红ISP接口12MHzVcc红红共16个LED按键6跳转到主程序主程序：调用子程序1；调用子程序2；调用子程序3；保持主程序循环运行；子程序1：让P2口的LED按二进制数递增，亮为0灭为1；注意调用延时程序，使LED变化清晰可见。子程序2：16个LED做成一个亮点的跑马灯；注意调用延时程序。子程序3：读P1口状态，用P0口显示，用P2口做位移循环显示。延时子程序：延时约0.5S。学习WAVE的模拟运行，注意观察端口变化。在Proteus中仿真运行。最后将程序下载到芯片上，实时运行，排错。注意记录自己所有的原始程序，仿真电路，一并写到实验报告中。（三）实验组织运行：集中授课。六、实验条件：PC机，WAVE、Proteus、AVR-fighter，ISP下载线，面包板及器件（或单片机实验板）。七、实验步骤：（一）搭建识读电路：1、在面包板上接好AT98S51的最小应用系统，晶振为12MHZ，在P1.0口接上按键，接好LED，接好ISP接口，注意：31脚（EA）接VCC。2、或识读实验板上元器件的连接关系，确认可用的LED及按键。7（二）编程实验：1、新建一个汇编文件；2、按实验内容要求写好程序；3、编译，排错，模拟仿真，直到无错；注意做好记录。4、在Proteus中仿真。5、接好单片机电路电源，接好下载线，下载程序。6、实时运行，排错，直到无错；注意做好记录。八、思考问题：1、程序设计：让P1.0从高电平跳到低电平，并延时480微秒之后，转换为输入口，捕捉到低电平后，再延时450微秒，结束。2、设计。九、实验成绩评定办法：主要评分点：做实验：专心认真做实验（30分），各种操作严谨规范（20分），结果正确性与纠错能力（20分）；实验报告：原理描述、实验流程及调试过程（10分），数据记录、实验结果、实验效果、解决问题的能力（10分），报告的完整、表述及资料搜集（10分）。十、其它说明：请注意用电安全；请勿动其它不相关设备，保洁室内卫生。附录：AT89S51的资料：8-bitMicrocontrollerwith4KBytesIn-SystemProgrammableFlashAT89S51Features•CompatiblewithMCS®-51Products4KBytesofIn-SystemProgrammable(ISP)FlashMemory–Endurance:1000Write/EraseCycles•84.0Vto5.5VOperatingRange•FullyStaticOperation:0Hzto33MHz•Three-levelProgramMemoryLock•128x8-bitInternalRAM•32ProgrammableI/OLines•Two16-bitTimer/Counters•SixInterruptSources•FullDuplexUARTSerialChannel•Low-powerIdleandPower-downModes•InterruptRecoveryfromPowe