单片机原理及应用实验指导—竞赛版V4

1、SOC 单片机原理及应用实验指导书C 语言版Version 5.02013.02实验一KeiluVision2 开发环境入门 2实验二单片机最小系统设计 4实验三单片机人机接口设计 6实验四SPI按键显示接口设计 7实验五数字频率计设计 8实验六数据采集系统设计 10实验七函数信号发生器设计 1111实验一 Keil uVision2开发环境入门一、实验目的1 .初步熟悉Keil uVision2开发环境的使用。2 . 了解汇编语言程序设计和调试方法。二、实验内容1 .存储块清零程序设计。指定内部 RAM中某块的起始地址和长度，要求能将其内容清零。2 .二进制到BCD转换。将给定的一个单字节二

2、进制数，转换成非压缩的二一十进制(BCD)码。三、实验说明通过本实验，初步熟悉Keil uVision2开发环境的使用了解单片机的存储器结构及读写存储器 的方法，了解各种数制之间的转换，同时也可以了解单片机编程、调试方法。四、实验仪器和设备PC 机、Keil uVision2 软件。五、实验原理及参考程序流程图设置块起始地址设置块长度当前地址内容清零地址加1结束图1存储器块清零参考程序流程图图2单字节二进制数转换成非压缩BCD码程序流程图实验二单片机最小系统设计一、实验目的1 .掌握C8051F020单片机最小系统设计方法。2 .进一步熟悉Keil uVision2开发环境的使用。3 . 了解

3、C语言程序设计和调试方法。4 .熟悉C8051F优先权交叉开关译码器，掌握I/O 口交叉开关设置和引脚配置。5 . 了解C8051F单片机内部和外部振荡器结构和配置方法。二、实验内容1. C8051F020单片机最小系统设计、制作与调试。2. C8051F020单片机系统时钟配置为外部晶体振荡器。3. I/O 口交叉开关配置。为 UART0、/INTO和/INT1分配端口弓I脚。将 P1.2、 P1.3和P1.4配置 为模拟输入。4. 在P1.7输出一个矩形波，用示波器观察波形，并记录信号频率、周期与脉宽；改变系统时钟 为外部晶体振荡器的二分频，并记录信号频率、周期与脉宽。三、实验说明通过本实

4、验，掌握 C8051F020单片机最小系统设计、制作和调试方法；进一步初步熟悉 Keil uVision2开发环境的使用；了解 C8051F020单片机的I/O 口交叉开关和振荡器及配置使用；了解 C语言程序设计和调试方法。四、实验仪器和设备PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理及参考程序流程图1 .最小系统原理框图输出输入图3最小系统原理框图2 . C8051F系列MCU振荡器每个C8051F系列MCU都有一个内部振荡器和一个外部振荡器驱动电路，每个驱动电路都 能产生系统时钟，MCU在复位后从内部振荡器启动。系统时钟可在内部振荡器和外

5、部振荡器之 间进行切换。也可以在选择内部振荡器时让外部振荡器保持在允许状态，这样可以避免在系统时 钟被切换到外部振荡器时的启动延迟。外部振荡器具有很高的可配置性，为系统设置者提供了多 种选择。时基信号可以从外部CMOS电平时钟源、晶体或陶瓷谐振器、RC组合电路或外部电容获得。内部和外部振荡器的工作受两个SFR寄存器控制，即 OSCICN内部振荡器控制寄存器和OSCXCN外部振荡器控制寄存器。3 . C8051F020交叉开关配置C8051F020单片机内部的数字和模拟资源可以通过P0P3, 32个I/O引脚使用。每个端口引脚都可以被定义为通用I/O （GPIO）,又可以分配给一个数字外设或功能

6、（例如：UART0或/INT1 ）,如图所示。其中P1 口的引脚可以用做ADC1的模拟输入。设计者完全控制数字功能的引脚分配， 只受I/O引脚数的限制。这种资源分配的灵活性是通过使用优先权交叉开关译码器实现的。sn.一端口 J代存器比较 物曲TO, T1ST2, T2EX.T4JEX U dNTD, /IMT1履 jpSTR(Ptl.O-PO.7)| PH(P2 am 7)z(P1I.0-P1.7)优 5tsi 语码疆XfiRO. XSAL KBR2. PlMDlN 书存注外部引卿高优九级他优罡能PNMDOUT. PIMDDUnr P2MDOUT. F-3MDOUT 寄存霹效字交又开美可由产土

7、打图4交叉开关原理框图端口 I/O初始化包括以下步骤：1）用端口输入方式寄存器（PnMDIN ）选择所有端口引脚的输入方式（模拟或数字） 。2）用端口输出方式寄存器 （PnMDOUT ）选择所有端口引脚的输出方式（漏极开路或推挽）3）将引脚分配给要使用的外设。5）使能交叉开关（XBARE = 1）。4 .程序流程图实验三 单片机人机接口设计一、实验目的1 .掌握单片机简单人机交互接口电路的设计方法。2 .进一步熟悉 C8051F020单片机I/O 口交叉开关设置和 I/O端口的使用。3 .掌握独立式按键和 LED显示接口电路和程序设计方法。二、实验内容1 . C8051F02单片机按键（3个）

8、和LED （4个）显示接口电路设计、制作与调试。2 .用按键输入脉冲，在 P1 口按16进制计数方式点亮发光二极管。其中一个按键为加法计数键, 一个按键为减法计数键，最后一个为清零键。三、实验说明通过本实验，掌握单片机简单人机交互接口电路的设计、制作和调试方法和程序设计方法。进一步熟悉C8051F020单片机的I/O 口交叉开关和振荡器及配置使用；熟悉C语言的模块化程序设计方法。必须用模块化方法进行 C语言程序设计。四、实验仪器和设备PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理1. LED显示接口电路R2F100R1F1KC3A22pFU1F

9、P1.01P1.0P1.12P1.1VCCP1.23P1.2RESETP1.3P1.445P1.3P1.4P1.5P1.667P1.5P1.6P1.78C3FP1.710uFP3.0910RSTP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.1P3.21112P3.313P3.414P3.515P3.616P3.6/WRP3.71718P3.7/RDXTAL211.0592MHz1920XTAL1VSS89C51VCC P0.0 P0.1P0.2 P0.3P0.4 P0.5P0.6P0.7EAALE/PROGPSEN P2.7 P2.6P2

10、.5P2.4 P2.3P2.2 P2.1P2.0VCC4039P0.038P0.137P0.236P0.335P0.434P0.533P0.632P0.731 EA30 ALE29 PSEN28P2.727P2.626P2.525P2.424P2.323P2.222P2.121P2.0C2A22pFK02.独立式按键接口电路JD2BBO1PBlipB21PB31PB41PB51PB61PVCCR16BR15B|R14BR13B_R12B R11B；R10B R9B,B5 yekB6 YE KB7 yek10*8实验四 SPI 按键显示接口设计一、实验目的1. 掌握ZLG7289 专用按键显示芯

11、片电路设计。2. 掌握SPI 通信程序设计方法。3. 掌握基于 ZLG7289 按键显示驱动程序设计。二、实验内容1. ZLG7289 专用按键显示芯片接口电路设计、制作与调试。2. ZLG7289 按键显示驱动程序设计。(1)设计一个秒表。要求：计时精度为10ms,计时范围为1000秒；显示格式为：XX.XX.XX;功能按键：启动、停止、清零。(2) 设计一个定时器。 要求： 能够输入定时时间， 定时最长时间为 99 分 59 秒； 按启动键后开始倒计时，数码管显示当前剩余时间，每秒钟刷新一次数码管显示的数值；定时时间到达后，用数码管闪烁指示。三、实验说明通过本实验， 掌握 ZLG7289

12、专用按键显示芯片接口电路设计、 制作与调试； 掌握 SPI 串行通信接口驱动程序设计；掌握基于专用芯片的人机交互程序设计方法。逐步掌握C 语言的模块化程序设计方法。必须用模块化方法进行C 语言程序设计。四、实验仪器和设备PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理参考 ZLG7289 使用说明。实验五数字频率计设计一、实验目的1 .掌握单片机片内定时器的使用方法。2 .掌握基于单片机片内定时器的数字频率计设计方法。二、实验内容基于单片机片内定时器的数字频率计设计。要求：(1)测频率范围：10Hz 10K Hz。为保证测量精度分为三个频段：10

13、Hz 100 Hz100Hz 1K Hz1 K Hz 10K Hz当信号频率超过规定的频段上限时，设有超量程指示。三个频段之间用手动切换。(2)输入波形：低频函数信号发生器输出的矩形波，幅度为 3V 。(3)测量误差：(rW1%。(4)显示和响应时间：测量结果用三位半导体数码管显示，要求显示数码稳定清晰。三个频段的最大显示数分别为99.9 Hz, 999. Hz, 9.99 K Hz ,为此需要控制小数点位置，并用两个发光二极管分别显示频率单位:Hz或K Hz,详见表1。表1频率范围小数点位 置单位响应时间10Hz f 100 HzX X . XHzw 12秒100Hz f 1KHzXXX.H

14、z 2秒1 KHz f 10KHzX . X XK Hz 2秒三、实验说明通过本实验，掌握单片机片内定时器的使用方法，了解数字频率计的测量原理及测量电路设 计方法。掌握基于单片机的数字频率计工作原理与设计方法。必须用模块化方法进行 C语言程序设计。四、实验仪器和设备PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理频率测量的方法常用的有测频法和测周法两种。(1) 测频法测频法的基本思想是让计数器在闸门信号的控制下计数1秒时间，计数结果是 1秒内被测信号的周期数，即被测信号的频率。若被测信号不是矩形脉冲，则应先变换成同频率的矩形脉冲。测频法的原理框图

15、如图 6所示。图中，秒脉冲作为闸门信号，当其为高电平时，计数器计数；低电平时，计数器停止计数。显然，在同样的闸门信号作用下，被测信号的频率越高，测量误差越小。当被测频率一定时，闸 门信号高电平的时间越长，测量误差越小。但是闸门信号周期越长，测量的响应时间也越长。例如，闸门信号高电平时间为1秒，被测信号频率的真值为2Hz,如图2-2-2所示。由Vi图6图可知，无论被测信号的频率是多少,f 测-f 真= 1Hz 所以，最大相对误差为频率测量原理框图测量时可能产生的最大绝对误差均为土1Hz,即m max=（ f 测-f 真）/ f 真= 1/ f 真由上式可知，在闸门信号相同时，测频法的相对误差与被

16、测信号的频率成反比。因此测频法适合 于测量频率较高的信号。闸门信号1sf真=2图7测频法的误差(2) 测周法当被测信号频率较低时，为保证测量精度，常采用测周法。即先测出被测信号的周期，再换 算成频率。测周法的实质是把被测信号作为闸门信号，在它的高电平的时间内，用一个标准频率 的信号源作为计数器的时钟脉冲。若计数结果为N,标准信号频率为 力，则被测信号的周期为T=T1- N被测信号的频率为f = 1/T1 - N = f1/N利用测周法所产生的最大绝对误差，显然也等于土1个标准信号周期。如果被测信号周期的真值为 T 真= N ,则 T 测=( N 1)bmax= (f 测-f 真)/ f 真=T

17、 真/T 测 T = 1/ (N1)由上式可知，对于一定的被测信号，标准信号的频率越高，则 N的值越大，因而相对误差越小。(3) 低频段的测量鉴于上述困难，对于低频信号，为了达到规定的精度，要采取一些比较特殊的方法。例如，可考虑将被测信号倍频后再用测频法测量。或将闸门信号展宽。由于倍频电路比较复杂，所以一 般采用后一种方法，实际上闸门信号展宽与被测信号倍频在效果上是相同的。闸门信号展宽比较 容易做到，例如采用分频电路就可以实现。若闸门信号高电平时间从 1秒展宽到10秒，则相对误差可以按比例下降，但响应时间也增大相同的比例。实验六 数据采集系统设计一、实验目的1. 掌握单片机片内 ADC 及温度

18、传感器的使用及应用程序设计二、实验内容应用单片机片内 ADC 实现数据的采集，使用片内温度传感器实现温度的测量。要求：1. 应用 C8051F020 单片机片内温度传感器实现温度的测量， 并用数码管显示实测温度值， 显示精度为0.1oC。2. 应用 C8051F020 单片机内 ADC 实现两路数据的采集，要求对外部输入 0-2V 的直流电压进行数据采集，测量精度为 5mV ，显示精度为 0.001V。3. 两种采集功能可以用按键进行切换，可以用按键控制数据采集的通路。三、实验说明通过本实验，掌握单片机片内 ADC 使用方法，掌握基于单片机的数据采集系统的工作原理与设计方法。必须用模块化方法进行C 语言程序设计。四、实验仪器和设备PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理C8051F020 单片机内 ADC 的工作原理及使用参考C8051F020 数据手册。实验七 函数信号发生器设计一、实验目的1. 掌握单片机片内 DAC 的使用及应用程序设计二、实验内容应用 C8051F020 单片机内 DAC 设计制作一个