单片机实验指导书(2014)

1、单片机原理及应用实验指导书单片机原理及应用实验指导适合于“EL-MUT-”型单片机/微机实验系统中国农业大学工学院2014年5月说明：为配合中国农业大学工学院机电、测控、汽电等相关专业开设单片机原理与应用方面的课程，编写出本实验指导。完成本实验指导中的实验，可使学生基本掌握 MCS-51系列单片机的结构原理、接口技术、程序设计技巧。指导书中详细叙述了各实验的目的、内容，列出了接线图、程序框图和实验步骤。将实验系统连接在PC机上，通过串行口通讯线控制单片机开发系统进行实验。实验仪上的晶振是6MHz。所有实验都是相互独立的，次序上也没有固定的先后关系，在使用本书进行教学时，教师可根据实际的教学要求

2、，选择相应实验。对同一问题的解决办法往往不是唯一的，欢迎学生和老师在使用本书过程中提出最为优秀的实验方案，指示错误和不足。实验和实验报告的要求1、 严格按照实验步骤做实验；2、 注意检查核对自己实验所用元器件、仪器、设备、用户板，做到齐全整齐；3、 整理好实验程序和实验结果；4、 实验报告书写清楚，字迹端正；5、 实验报告中所附程序要有必要的注释，流程框图条理性要好；6、 详细记录在组装、调试和测试中出现的故障或问题，进行故障分析并简述排除故障的过程和方法；第一章：系统概述1.1 EL 型微机教学实验系统结构EL-MUT-III 型微机教学实验系统由电源、系统板、CPU 板、可扩展的实验模板、

3、微机串口通讯线、JTAG 通讯线及通用连接线组成。系统板的结构简图见图1-1。图 1-1 系统板的结构简图1.2硬件资源1、可编程并口接口芯片8255 一片。2、串行接口两个：8250 芯片一个，系统与主机通讯用，用户不可用。单片机的串行口，可供用户使用。3、键盘、LED 显示芯片8279一片，其地址已被系统固定为CFE8H、CFE9H。硬件系统要求编码扫描显示。4、六位LED 数码管显示。5、ADC0809 A/D 转换芯片一片，其地址、通道18 输入对用户开放。6、DAC0832 D/A 转换芯片一片，其地址对用户开放，模拟输出可调。7、 8 位简单输入接口74LS244 一个，8位简单输

4、出接口74LS273一个，其地址对用户开放。8、配有8 个逻辑电平开关，8 个发光二极管显示电路。9、配有一个可手动产生正、负脉冲的单脉冲发生器。10、配有一个可自动产生正、负脉冲的脉冲发生器，按基频6.0MHz 进行1分频（CLK0）、二分频（CLK1）、四分频(CLK2)、八分频 (CLK3)、十六分频（CLK4）输出方波。11、配有一路0-5V 连续可调模拟量输出（AN0）。12、配有可编程定时器8253一个，其地址、三个定时器的门控输入、控制输出均对用户开放。13、配有可编程中断控制器8259 一个，其中断IRQ 输入、控制输出均对用户开放。14、2 组总线扩展接口，最多可扩展2 块应

5、用实验板。15、配有两块可编程器件EPM7064，一块被系统占用。另一块供用户实验用。两块器件皆可通过JTAG 接口在线编程。使用十分方便。16、灵活的电源接口：配有PC 机电源插座，可与PC电源直接接驳。另外还配有外接开关电源，提供所需的+5V，±12V，其输入为220V 的交流电。1.3 8051单元1）、微处理器：i80c31，它的P1 口、P3 口皆对用户开放，供用户使用。2）、时钟频率：6.0MHz3）、存储器：程序存储器与数据存储器统一编址，最多可达64k，板载ROM(监控程序27C256)12k；RAM1(程序存储器6264)8k 供用户下载实验程序，可扩展达32k；R

6、AM2(数据存储器6264)8k供用户程序使用，可扩展达32k。(RAM 程序存储器与数据存储器不可同时扩至32k，具体与厂家联系)见图1-2。在程序存储器中，0000H-2FFFH为监控程序存储器区，用户不可用，4000H-5FFFH 为用户实验程序存储区，供用户下载实验程序。数据存储器的范围为：6000H-7FFFH，供用户实验程序使用。注意：因用户实验程序区位于4000H-5FFFH，用户在编写实验程序时要注意，程序的起始地址应为4000H，所用的中断入口地址均应在原地址的基础上，加上4000H。例如：外部中断0的原中断入口为0003H，用户实验程序的外部中断0 的中断程序入口为4003

7、H，其他类推，见表1-1。图1-2 存储器组织图中断名称8051原中断程序入口用户实验程序响应程序入口外中断00003H4003H定时器0中断000BH400BH外中断10013H4013H定时器1 中断001BH401BH串行口中断0023H4023H表1-1 用户中断程序入口表4）可提供的对8051 的基本实验为了提高微机教学实验质量，提高实验效率，减轻主讲教师和实验教师的劳动强度，在该系统的实验板上，除微处理器外、程序存储器、数据存储器外，还增加了8255 并行接口、8250串行控制器、8279 键盘、显示控制器、8253 可编程定时器、A/D、D/A 转换、单脉冲、各种频率的脉冲发生器

8、、输入、输出电路等模块，各部分电路既相互独立、又可灵活组合，能满足各类学校，不同层次微机实验与培训要求。可提供的实验如下：（1）、8051P1 口输入、输出实验（2）、简单的扩展输入、输出实验（3）、8051 定时器/计数器实验（4）、8051 外中断实验（5）、8279 键盘扫描、LED 显示实验（6）、8255 并行口输入、输出实验（7）、8253 定时器/计数器实验（8）、8259 中断实验（9）、串行口通讯实验（10）、ADC0809 A/D 转换实验(11)、DAC0832 D/A 转换实验（12）、存储器扩展实验（13）、交通灯控制实验5）资源分配本系统采用可编程逻辑器件（CPLD

9、）EPM7128 做地址的编译码工作，可通过芯片的JTAG 接口与PC 机相连，对芯片进行编程。此单元也分两部分：一部分为系统CPLD，完成系统器件，如监控程序存储器、用户程序存储器、数据存储器、系统显示控制器、系统串行通讯控制器等的地址译码功能，同时也由部分地址单元经译码后输出（插孔CS0-CS5）给用户使用，他们的地址固定，用户不可改变。具体的对应关系见表1-2。另一部分为用户CPLD，它完全对用户开放，用户可在一定的地址范围内，进行编译码，输出为插孔LCS0-LCS7，用户可用的地址范围见表12，注意，用户的地址不能与系统相冲突，否则将导致错误。表1-2：CPLD地址分配表地址范围输出孔

10、/映射器件性质（系统/用户）0000H-2FFFH监控程序存储器系统*3000H-3FFFH数据存储器系统*4000H-7FFFH用户程序存储器系统*8000H-CFDFHLCS0LCS7用户CFE0HPC机串行通讯芯片8250系统*CFE8H显示、键盘芯片8279系统CFA0H-CFA7HCS0系统CFA8H-CFAFHCS1系统CFB0H-CFB7HCS2系统CFB8H-CFBFHCS3系统CFC0H-CFC7HCS4系统CFC8H-CFCFHCS5系统CFD0-FFFFHLCS0LCS7用户注：系统地址中，除带“*”用户既不可用，也不可改外，其他系统地址用户可用但不可改。第二章 8051

11、调试软件的使用2.1与计算机建立连接步骤1、用串口交叉线将实验箱与计算机串口连接好；2、检查实验箱的电源线是否连接好；3、给实验箱上电，此时LED显示“199502”；4、打开8051调试软件，此时上位机如图2-1所示，图2- 1 上位机软件界面5、点击确定，并且及时按下实验箱上的黄色PRESET按钮，则软件进入EL型（80C51）教学实验环境，LED显示“C”，表示实验箱与上位机连接正常，可进行编程调试。注意：1、 给实验箱上电后要及时打开软件，按下“确定”，否则，LED显示“P_”，表示实验箱未与上位机建立连接；2、如果操作未成功，检查计算机的COM口是否为“COM1”，如不是，选择相应的

12、COM口再次操作。2.2编辑程序主窗口下。在“文件”中选择“新建”菜单，可进行C 语言编辑或汇编语言编辑。也可以选择“打开”，打开现有的实验程序（选择后缀.ASM 或.C,可分别打开汇编语言程序和C 语言实验程序）。2.3编译程序程序编辑完成后,即可进行编译调试。主菜单中有“编译”栏，可对当前文件进行编译。“调试”栏可进行系统复位及其他调试手段。“选项”栏“通讯串口选项”可进行通讯口设置。“查看”栏可打开内存、外存、寄存器等窗口，通过修改存储器地址可查看不同地址区的内容，也可以对其进行修改。2.4程序调试步骤如程序是以“.ASM”为扩展名的汇编程序，则程序编辑完成后。在工具栏中选择“汇编”命令

13、（F3）（），编译完成后弹出编译结果信息。如汇编不成功，请检查错误并重新编辑程序，直到汇编成功。在工具栏中选择“调试”命令（F5）（），将程序下载到实验箱的程序存储器。调试程序，可进行如下操作：程序复位（Ctrl+F2）（）、设置/清除断点（Ctrl+F8）()、跟踪调试（F7）（）、单步执行(F8)( )、执行到光标行(F4)( )、运行（F9）（）。在调试的过程中不可以对程序进行编辑，如果要对程序进行编辑，请执行“停止调试”命令(Shift+F5)（），然后方可对程序进行编辑；或对单片机进行复位，从主菜单的“调试”下拉菜单中选择“单片机复位”命令（Ctrl+R），马上按下实验箱的复位按钮，

14、复位成功后，对程序进行编辑。第三章 实验部分实验一 P1口实验一一、 实验项目1 P1口做输出口，接8只发光二极管，编写程序使发光二极管循环点亮。2 P1口做输入口，接8个按钮开关，74LS273做输出口，用发光二极管实时显示8个按钮的开关状态。二、 实验目的1 学习P1口的使用方法。2 学习延时子程序的编写和使用。三、 实验原理P1口为准双向口，它的每一位都能独立地定义为输入位或输出位；当定义为输入位时，必须向锁存器相应位写入“1”。延时程序的实现常有两种方法：定时器中断、指令循环；大多采用后一种。本实验系统晶振为6.144MHz，则一个机器周期为即。现要实现0.1s的程序，可大致如下： M

15、OV R7，#200 （1） DEL1：MOV R6，#X （2） DEL2：DJNZ R6，DEL2 （3） DJNZ R7，DEL1 （4）MOV一个机器周期、DJNZ指令两个机器周期，一个机器周期需，现求出X的值：指令1 指令2 指令3 指令4x=126代入指令2即可。 四、 实验连线项目1：P1.0P1.7接发光二极管L1L8项目2：P1.0P1.7接按钮K1K8；74LS273的SO0SO7接发光二极管L1L8，片选端CSU8接CS0(由程序选择的入口地址而定)。五、 实验电路 六、 程序框图 七、 参考程序项目1：CSEG AT 0000H LJMP STARTCSEG AT 41

16、00HSTART: MOV A, # H ; 先让第一个发光二极管点亮LOOP: MOV P1, A ; 从P1口输出到发光二极管 MOV R1, # ; 延时0.1秒DEL1: MOV R2, #200DEL2: DJNZ R2, DEL2 DJNZ R1, DEL1 A ; 左移一位，点亮下一个发光二极管.4. LJMP 项目2：NAME T1_2 ;P1口输入实验OUT_PORTEQU0CFA0H ;片选地址CS0CSEG AT 0000H LJMP STARTCSEG AT 4100HSTART: MOV P1,# H ;复位P1口为输入状态 MOV A,P1 ;读P1口的状态值入累加

17、器A MOV DPTR,#OUT_PORT ;将输出口地址赋给地址指针DPTR MOVX DPTR,A ;将累加器A的值赋给DPTR指向的地址 JMP ;继续循环监测端口P1的状态 END八、 问题思考1 项目1 中，如何实现相反方向循环移动？两个一起循环移动？2 项目2中，P1口初值置“0”行不行，为什么？实验二 简单I/O口扩展实验一 交通灯控制实验一、 实验项目 74LS273做为扩展输出口，控制8个发光二极管，模拟交通灯管理二、 实验目的1 学习在单片机系统中扩展I/O接口的方法初态是两个路口的红灯全亮2 学习数据输出程序的设计方法三、 实验原理了解交通灯的亮灭规律： 东西路口绿灯亮，

18、南北路口红灯亮南北路口绿灯灭，黄灯闪烁 东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮 东西路口绿灯灭，黄灯闪烁 四、 实验连线将L1、L3、L5做东西方向指示灯，L2、L4、L6做南北方向指示灯，即74LS273的SO0SO7接发光二极管L1L8，片选端CSU8接CS0(由程序选择的入口地址而定)。 五、 实验电路 六、 程序框图七、 参考程序NAME T3 ;I/O口扩展实验一PORT EQU 0CFA0H ;片选地址CS0CSEG AT 0000H LJMP STARTCSEG AT 4100HSTART: MOV A,# H ;两个红灯亮，黄灯、绿灯灭 ACALL DISP ;调用273显示单元（以下

19、雷同） ACALL DE3S ;延时3秒LLL: MOV A,# H ;东西路口绿灯亮;南北路口红灯亮 ACALL DISP ACALL DE10S ;延时10秒 MOV A,# H ;东西路口绿灯灭;南北路口红灯亮 ACALL DISP MOV R2,# H ;R2中的值为黄灯闪烁次数TTT: MOV A,# H ;东西路口黄灯亮;南北路口红灯亮 ACALL DISP ACALL DE02S ;延时0.2秒 MOV A,# H ;东西路口黄灯灭;南北路口红灯亮 ACALL DISP ACALL DE02S ;延时0.2秒 DJNZ R2,TTT ;返回TTT，使东西路口;黄灯闪烁五次 MOV

20、 A,# H ;两个红灯亮，黄灯、绿灯灭 ACALL DISP ACALL DE02S ;延时0.2秒 MOV A,# H ;东西路口红灯亮;南北路口绿灯亮 ACALL DISP ACALL DE10S ;延时10秒 MOV A,# H ;东西路口红灯亮;南北路口绿灯灭 ACALL DISP MOV R2,# H ;黄灯闪烁五次GGG: MOV A,# H ;东西路口红灯亮;南北路口黄灯亮 ACALL DISP ACALL DE02S ;延时0.2秒 MOV A,# H ;东西路口红灯亮;南北路口黄灯灭 ACALL DISP ACALL DE02S ;延时0.2秒 DJNZ R2,GGG ;返

21、回GGG，使南北路口;黄灯闪烁五次 MOV A,# H ;两个红灯亮，黄灯、绿灯灭 ACALL DISP ACALL DE02S ;延时0.2秒 JMP LLL ;转LLL循环DE10S: MOV R5,#100 ;延时10秒 JMP DE1DE3S: MOV R5,#30 ;延时3秒 JMP DE1DE02S: MOV R5,#02 ;延时0.2秒DE1: MOV R6,#200DE2: MOV R7,#126DE3: DJNZ R7,DE3 DJNZ R6, DJNZ R5,DE1 DISP: MOV DPTR,#PORT ;273显示单元 CPL A DPTR,A RET END八、 问

22、题思考 如果74LS273的片选端CS273接CS1可不可以，如何实现？ 实验三 简单I/O口扩展实验二一、 实验项目 74LS244做输入口读取开关状态；74LS273做输出口将开关状态通过发光二极管显示出来二、 实验目的1 学习在单片机系统中扩展I/O口的方法2 学习数据输入、输出程序的编制方法三、 实验原理74LS244是一个扩展输入口，同时也是一个单向驱动器四、 实验连线74LS244的SI0SI7接按钮K1K8，片选端CS244接CS0；74LS273的SO0SO7接发光二极管L1L8，片选端CS273接CS1五、 实验电路 开始六、 程序框图置端口地址从74LS244读入开关状态从

23、74LS273输出开关状态延时0.01秒.11.七、 参考程序NAME T4 ;I/O口扩展实验CSEG AT 0000H LJMP STARTCSEG AT 4100HINPORT EQU 0CFA8H ;74LS244端口地址OUTPORT EQU 0CFB0H ;74LS273端口地址START: MOV DPTR,# LOOP: A,DPTR ;读开关状态 MOV DPTR,# MOVX DPTR,A ;显示开关状态 MOV R7,#10H ;延时DEL0: MOV R6,# HDEL1: DJNZ R6,DEL1 DJNZ R7, JMP END实验四 定时器实验循环彩灯实验一、 实

24、验项目由8031内部定时器1按方式1工作，P1口做输出，发光二极管显示。要求编写程序模拟循环彩灯，变化花样为：L1L8依次点亮、依次熄灭、全亮、全灭，时序间隔0.5秒。二、 实验目的1 学习8031内部定时器有使用和编程方法2 进一步掌握中断处理程序的编写方法三、 实验原理 由8031内部定时器1工作在方式1工作时，作16位定时器使用。定时器/计数器的输入脉冲周期与机器周期一样，为。本实验系统，要实现0.5秒延时，要在定时器中设置一个时间常数使其每隔0.1秒产生一次中断，CPU响应中断后R0值减一，令皂=05H即可。机器周期=；设计数初值为X，则定时器和中断系统初始化主要是对IP、IE、TCO

25、N、TMOD的相应位设置，并将时间常数送入定时器中。四、 实验连线 P1.0P1.7相应接发光二极管L1L8。五、 实验电路六、 程序框图重装计数初值R0指向下一个显示码单元是否到数据表最后？重装偏移量从表中取显示码R0=0 ？输出显示开始置首显码、数据地址偏移量、计数初值（R0）定时器1初始化，设计数初值开放EA、ET1、TR1重装入时间常数开放计数控制位中断返回中断入口关闭计数控制位计数值减一中断程框图 Yes No Yes主程序框图 .16.七、 参考程序NAME T5 ;定时器实验OUTPORT EQU 0CFB0HCSEG AT 0000H LJMP CSEG AT 401BH ;定

26、时器/计数器中断程序入口地址 LJMP CSEG AT 4100HSTART: MOV A,#01H ;首显示码 MOV R1,# H ;设置偏移量，即从基址寄存器到表首的距离 MOV R0,#05H ;05是计数值 MOV TMOD,# H ;计数器置为方式 MOV TL1,# H ;装入时间常数 MOV TH1,# H ORL IE,#88H ;CPU中断开放标志位和定时器 ;1溢出中断允许位均置位 SETB TR1 ;开始计数LOOP1: CJNE R0,#00,DISP MOV R0,#05H ;R0计数计完一个周期，重置初值 INC R1 ;表地址偏移量加 CJNE R1,#31H,

27、LOOP2 MOV R1,#03H ;如到表尾，则重置偏移量初值LOOP2: MOV A,R1 ;从表中取显示码入累加器 MOVC A,A+PC JMP DISP DB 01H,03H,07H,0FH,1FH,3FH,7FH,0FFH,0FEH,0FCH DB 0F8H,0F0H,0E0H,0C0H,80H,00H,0FFH,00H,0FEH DB 0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH,0BFH,0DFH DB 0EFH,0F7H,0FBH,0FDH,0FEH,00H,0FFH,00HDISP: ;MOV DPTR,#OUTPORT ;MOVX DPTR,A M

28、OV ,A ;将取得的显示码从P1口输出显示 JMP LOOP1INT: CLR TR1 ;停止计数 DEC R0 ;计数值减一 MOV TL1,# H ;重置时间常数初值 MOV TH1,# H SETB ;开始计数 RETI ;中断返回END八、 问题思考在中断子程序中省去指令CLR TR1和指令 SETB TR1行不行？会有什么结果？实验五 8255A可编程并行接口实验一、 实验项目 用8255A可编程并行接口芯片，重复实验四的内容。PA口作为显示输出口，PB口作为开关量输入口。二、 实验目的1 了解8255A芯片的结构及编程方法2 掌握通过8255A并行接口读取开关数据的方法三、 实验

29、原理 设置好8255A各端口的工作模式：三个端口都工作于方式0，PA口作为显示输出口，PB口作为开关量输入口。四、 实验连线 8255A的PA0-PA7接发光二极管L1-L8，PB0-PB7接开关K1-K8，片选信号CS8255接CS0。五、 实验电路 六、程序框图开始置控制字从B通道读入开关状态从A通道输出到发光二极管延时一段时间七、参考程序CSEG AT 0000H LJMP STARTCSEG AT 4100HPA EQU 0CFA0HPB EQU 0CFA1HPCTL EQU 0CFA3HSTART: MOV DPTR, #PCTL ;置8255A控制字，A、B、C口均工作 MOV A

30、, # H ;方式0，A、C口为输出，B口为输入 MOVX DPTR, ALOOP: MOV DPTR, #PB ;从B口读入开关状态值 MOVX A, MOV DPTR, #PA ;从A口将状态值输出显示 MOVX , A MOV R7, #10H ;延时DEL0: MOV R6, #0FFHDEL1: DJNZ R6, DJNZ R7, LJMP LOOPEND八、问题思考 试分析改置8255A控制字，A、B、C口工作方式1，B、C口为输出，A口为输入，可不可以。实验六 模/数转换（A/D）实验一、 实验项目 利用实验台上的ADC0809做A/D转换器，实验台上的电位器提供模拟电压信号输入

31、。编制程序，将模拟量转换成数字量，用六个数码管分别显示三路模拟量转换的结果。二、 实验目的1 掌握A/D转换与单片机的接口方法2 了解A/D芯片ADC0809转换性能及编程方法3 通过实验了解单片机如何进行数据采集三、 实验原理A/D 转换器大致有三类：一是双积分A/D 转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近法A/D 转换器，精度、速度、价格适中；三是并行A/D转换器，速度快，价格也昂贵。实验用的 ADC0809 属第二类，是八位A/D 转换器。每采集一次需100us。ADC0809 START 端为A/D 转换启动信号，ALE 端为通道选择地址的锁存信号。实验电路

32、中将其相连，以便同时锁存通道地址并开始A/D采样转换，故启动A/D 转换只需如下两条指令： MOV DPTR，#PORT MOVX DPTR，AA 中为何内容并不重要，这是一次虚拟写。在中断方式下，A/D 转换结束后会自动产生EOC 信号，将其与8031CPU 板上的INT0相连接。在中断处理程序中，使用如下指令即可读取A/D 转换的结果： MOV DPTR，#PORT MOVX A ，DPTR四、 实验连线 ADC0809的片选线CS0809接CS0，电位器的输出信号AN0接ADC0809的ADIN0，EOC接CPU板的INT0。五、 实验电路七、参考程序PORT EQU 0CFA0HCSE

33、G AT 0000H LJMP STARTCSEG AT 4100HSTART: MOV DPTR,# ;启动通道 MOVX DPTR,A MOV R0,#0FFHLOOP1: DJNZ R0,LOOP1 ;等待中断 MOVX A,DPTR MOV R1,A ；转换结果送R1DISP: SWAP A ANL A,# H ;分离高四位和低四位 MOV 50H,A ;并依次存放在50H到51H中 MOV A,R1 ANL A,# H MOV 51H,A LOOP: MOV DPTR,#0CFE9H ;写显示RAM命令字 MOV A,#90H MOVX DPTR,A MOV R0,#50H ;存放转

34、换结果地址初值送R0 MOV R1,#02H MOV DPTR,#0CFE8H ;8279数据口地址DL0: MOV A,R0 ACALL TABLE ;转换为显码 MOVX DPTR,A ;送显码输出 INC R0 DJNZ R1,DL0 SJMP DEL1TABLE: INC A MOVC A, RETDB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDEL1: MOV R6,#255 ;延时一段时间使显示更稳定DEL2: MOV R5,#255DEL3: DJNZ ,DEL3 DJNZ ,DEL2 LJ

35、MP ;循环 END实验七 串行口实验 单机实验一、 实验项目利用8031串行口发送和接收数据，并将接收的数据通过扩展I/O口74LS273输出到发光二极管显示，结合延时来模拟一个循环彩灯。二、实验目的1 掌握8031串行口方式1的工作方式及编程方法；2 掌握串行通讯中波特率的设置；3 在给定通讯波特率的情况下，会计算定时时间常数。三、实验原理 MCS-51单片机串行通讯的波特率随串行口工作方式选择的不同而不同，它除了与系统的振荡频率f，电源控制寄存器PCON的SMOD位有关外，还与定时器T1的设置有关。1.在工作方式0时，波特率固定不变，仅与系统振荡频率有关，其大小为f/12。2.在工作方式2时，波特率也只固定为两种情况： 当SM