微机与微控制器原理+实验指导书2016

1、微机与微控制器原理实验指导书（第一部分单片机原理及应用实验）哈尔滨工业大学电子与信息工程学院电子工程系2016年04月目录前言 1一 实验素养和一般知识 1二 单片机实验开发系统 1三、实验报告内容和要求 4第一部分软件实验 5实验一清零实验 6实验二拆字拼字实验 7实验三查找相同数个数实验 8实验四二进制转ASCII码实验9实验五数据块传送实验 10第二部分硬件实验 11实验一复杂 IO 控制实验 11实验二定时器中断实验 12实验三直流电机控制实验 13实验四PC串口通信实验 14实验五键盘扫描与显示实验 15附录一 主板布局图 16附录二ISP安装与使用17附录三 常见故障分析 20附录

2、四 硬件实验 5程序代码 21实验素养和一般知识1. 实验前准备工作(1) 明确实验目的、熟悉实验内容、掌握实验步骤、了解所用单片机实验 开发系统及仪器设备的性能。(2) 做好实验前预习和必要的准备(先编好程序)，做到有的放矢。2. 进入实验室后(1) 进入实验室后请首先了解关于实验仪器和相关操作的介绍，熟悉所用 的单片机实验开发系统及仪器设备。(2) 严格按照操作流程进行实验操作，保证自身安全和实验设备的完好无 损：接线要简单、正确、明了，一个人接线，另一个人检查，经老师 复查允许后才可通电。(3) 通电瞬间，应注意仪器是否正常工作，不要只看开关，如有不正常现 象，应立即断电查找原因。3.

3、实验进行时(1) 正常请况下，按规定步骤进行，读取数据，并及时记录。(2) 各种操作要有目的、按要求进行。4. 实验完成后经老师察看或签字，并把仪器、导线、工具等清理收拾完毕后，学生签到 方可离开实验室。单片机实验开发系统图1 Proteus软件与FB-EDU-MCU-F型微控制器仿真实训实验箱FB-EDU-MCU-F 型微控制器仿真实训实验箱可以支撑目前各高校普遍开设 的课程实验内容， 如“单片机（微控制器）原理与应用” ，“单片机（微控制器） 技术”，“微机原理与接口”， “单片机C语言程序设计”，“EDA与SOPC技 术”，“嵌入式系统与技术”等微控制器及其应用技术教学大纲的要求，本实验

4、 箱将Proteus仿真软件设计与硬件实践紧密结合，可提高实践环节的授课效果。FB-EDU-MCU-F型实验箱提供了计算机平台、Proteus软件、丰富的硬件资源 与接口电路、多种处理器模块、 CPLD/FPGA 模块，还包括一些典型应用系统电 路。既兼容传统的实验模式，又引入 Proteus仿真实验实训模式，提供完善的实 验例程，是本科教学中与单片机、 微处理器有关的实验教学、 课程设计以及实训、 考核竞赛的理想设备。【系统特点】综合性：该实验箱可支持 8051、 8086、 AVR、 PIC、 MSP430、 TI DSP2000、 ARM 、 CORTEX 等多种单片机的实验实训，还支持

5、 CPLD/FPGA 的实验实训。 不仅提供了大量的验证性实训电路， 还提供了大量的可选配的实训系统， 可完成 许多设计性实训及考核任务。软硬件结合：该实验系统包含仿真平台 Proteus 和硬件实验箱，本实验系统 具有较强的软硬件设计开发能力， 不仅支持传统实验模式， 还支持软件仿真与硬 件实际系统的实时互联，把软硬件紧密结合。该系统支持先进行Proteus仿真实验，然后对照进行硬件的实验， 而且在仿真层面可以实现更多复杂的实验与分析， 加深对电路及程序的理解。扩展性强：本系统有 1 个统一总线的处理器核心区同时支持扩展一个处理器， 可扩展处理器模块和实验扩展模块。 而且核心板和扩展模块还可

6、脱离实验箱自行 连接构成小系统，为实训、竞赛提供灵活选择。结合实际应用：支持非接触 IC 卡、传感网络系统等热点应用。 仪器丰富、功能强大：系统集成了大量的仪器工具，如 USB 示波器及信号 源、仿真器、通用编程下载器。同步与交互：选配USB接口的Proteus ICE仿真器，可以使实际硬件与虚拟 的Proteus电路进行同步与交互，实现各种实验创新与扩展。【工具资源】虚拟示波器、信号源、通用编程器、仿真器、多路电源输出。【教学方式】本系统提供了三种教学方法：软件仿真调试加上硬件实际操作。先通过 PROTEUS 软件对设计进行仿真和 调试，再将同样的 HEX 文件下载到硬件实验系统的处理器中运

7、行，最后查看实 验结果，并进行比较。软件辅助，硬件调试验证。需要使用单片机和硬件调试或仿真器。-3 -IDE联软件和硬件配合教学。需要使用PROTEUS仿真或者和相应的单片机调来进行实验。-# -# -图2软件仿真调试加上硬件实际操作流程【硬件资源电路】1) 16X16点阵显示实验电路2) LCD1602字符液晶屏显示电路3) LCD12864点阵液晶屏显示电路4) 八位8段码LED数码管电路5) 74LS373锁存器电路6) 74LS47BCD译码器电路7) 74LS245总线收发电路8) 74LS04反相器电路9) 有源蜂鸣器电路10) 硬件看门狗电路11) EEPROM 电路12) 时钟

8、电路13) 八位逻辑电平显示电路14) 八位逻辑电平开关电路15) 八位轻触按键电路16) 74LS164串入并出移位电路【扩展模块区】17) 74LS165并入串出移位电路18) 一路继电器控制电路19) 两路光耦隔离电路20) ADC0809模数转换电路21) DAC0832数模转换电路22) 热敏电阻传感电路23) DS18B20单线温度传感电路24) 温度加热控制电路25) 湿度检测电路26) 红外收发电路27) 两路MAX232接口通讯电路28) 两路MAX485接口通讯电路29) 直流电机及驱动电路30) 步进电机及驱动电路31) 直流电机测速电路32) 4X4矩阵键盘带中断输出电

9、路-# -# -7) 微型打印机模块8) RFID射频IC卡模块9) U盘读写模块10) CAN总线通讯模块11) 交通灯模块1) TLC2543模数转换和TLC5615数模转换模块2) ZIGBEE无线收发模块3) 人体红外传感和超声波测距模块4) 可燃气体和气体压力传感器模块5) ISD1760语音录放模块6) GPS定位模块综合以上的资源和特点， 本综合实验台可以软硬件兼施， 充分调动学生的积 极性，使实验的地点不再局限于教室或者教学。 通过多种方式的配合， 使学生能 快速入门和深入学习。 板上的处理器区和模块扩展区具有统一的总线接口， 学生 可以自己动手， 开发需要的硬件资源， 也可以

10、根据需求组合不同的模块， 满足课 程实验、课程设计和创新项目的需要。三、实验报告内容和要求1. 实验内容参考实验指导书，实验课前需完成程序设计。2. 实验报告内容及形式按照统一的报告格式（见实验报告模板） 。3. 实验报告分为软件部分和硬件部分，并提交实验报告。4. 每个实验后的思考题必须完成。对实验中发现的问题应加以讨论，并提出自己的改进意见和要求、希望-5 -第一部分软件设计实验本部分实验内容包括五个软件程序设计实验，进行汇编语言程序设计。利用 Proteus软件调试仿真完成。通过这些实验程序的调试，使学生熟悉MCS-51的指令系统，了解软件设计过程，掌握汇编语言设计方法以及如何使用实验系

11、统提 供的调试手段来排除软件错误。C1RESETR110kipF2 'F3019C230pFR2470U24PU278P041314P0617P07181ALE11P003crYstalRESETD118LED-BLUE8D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OELE74LS373i XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14

12、P2.7/A15P1 0/T2P3 0/RXDP1.1/T2EXP3.1/TXDP1 2P3 2/INI0P1 3P3 3/NTP1.4P3.4/T0P1 5P3 5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RD931124AT89C5229ALE 30U3596897126155164193Schematic Animation210P2025P2124” P2221P2323P242*P2526iP261201WR27.1RD22A0D0A1D1A2D2A3D3A4D4A5D5A6D6A7D7A8A9A10A11A12A13A14CEWEOE6225638P0137P0236P0335

13、P0434P0533P0U32P07t21P2022P2123P2224P2325P2426P252/P26P003928WRRD1112131516171819P00P01P02P03P04P05P06P07图3软件实验中单片机最小系统的Proteus原理图表1单片机最小系统原理图的元件清单号 标值号 标值1 U机片单cF U O1X1振 晶D1灯DLE色 蓝c2P ACF P302 U器 锁3UM A RRr 咅 外K232 RR1,阻 电S ERKO1-# -470实验一清零实验一、实验目的掌握汇编语言程序设计和调试方法。二、实验内容使用AT89C52单片机对单片机内部RAM进行清零操作

14、，实验内容如下:1. 把90H-AFH的内容置为#55H;2. 把90H-9FH的内容清零。三、程序框图开始20H->R155H->90H-丄地址 +1，(R1)-1/ N<(R1)=00H?>四、实验步骤用连续或单步方式运行程序，检查 90H-AFH地址中执行程序前后的内容变 化，将实验结果截图记录。五、思考问题1. 清零之后，90H-9FH的内容是什么？ A0H-AFH的内容是什么？累加器A、堆栈指针SP的初始状态是什么？-7 -实验二拆字拼字实验一、实验目的掌握汇编语言程序设计和调试方法。二、实验内容使用AT89C52单片机对单片机内部RAM存储的数据进行拆字和拼

15、字实验,实验内容如下：1. 将40H地址的内容设置为#8AH ；2. 将40H地址的内容进行拆分，高字节保存在31H，低字节保存在32H;3. 将31H、32H地址的内容进行合并，保存在30H。三、程序框图8AH->40HI四、实验步骤用连续或单步方式运行程序，检查30H-40H地址中执行程序前后的内容变化, 将实验结果截图记录。五、思考问题1. 运行程序后30H和40H的最终内容是？2. 如果欲使30H内容为0A5H，程序应如何修改？实验三查找相同数个数实验一、实验目的掌握汇编语言程序设计和调试方法。二、实验内容使用AT89C52单片机对单片机内部RAM进行查找相同数，输出其个数的实

16、验，实验内容如下：1. 初始化后，BOH-BFH地址的内容为#00H,将B9H的内容赋值为#01H,将 BBH的内容赋值为#01H；2. 在B0H-BFH中查找有几个单元存放的内容是 #00H，把个数放在R7中。三、程序框图1Y 结束-9 -四、实验步骤B0H-BFH地址中执行程序前后的内容变用连续或单步方式运行程序，检查 化，将实验结果截图记录。五、思考问题1. 如需使用第2组工作寄存器的R7,需如何修改程序？2. 如需从B0H单元开始，查32个单元的内容，需修改程序哪个语句，如何 修改？实验四二进制转ASCII实验一、实验目的熟悉ASCII的编码原理，学习其与二进制之间的转换。二、实验内容

17、使用AT89C52单片机对单片机内部RAM中存储的二进制数进行ASCII码转换操作，实验内容如下：1. 将#9FH转为相应的ASCII ；2. 将结果存放到30H、31H地址；3. 利用查表的方式实现。三、程序框图开始丄将二进制数#9FH放入寄存器I ! :取高字节查ASCII表保存于30H取低字节查ASCII表保存于31H丄 丁结束四、实验步骤用连续或单步方式运行程序，检查30H-31H地址中执行程序前后的内容变化，将实验结果截图记录。五、思考问题1. 简述ASCII、BCD码与二进制之间的关系。2. 简述MOVC两条指令，并说明其作用及区别。实验五数据块传送实验、实验目的掌握外部扩展RAM

18、中的数据操作 二、实验内容使用AT89C52单片机、锁存器（74LS373）和外部RAM存储器（62256）,对单片机外部RAM进行数据块传送操作，实验内容如下：1. 对2040H地址开始的100个字节进行赋值，值为#5AH ；2. 再将2040H地址开始的20个字节传送到以0030H开始的目的地址三、程序框图开始1Y源地址内容送A丄 （A）送目的地址丄源地址+1目的地址+1是否传送完毕？N_ 1 YQ结束）四、实验步骤用连续或单步方式运行程序，检查外部 RAM中2040H和0030H地址中执行 程序前后的内容变化，将实验结果截图记录。五、思考问题1. 简述MOVX两组指令，并说明其作用及区别

19、。2. 单片机访问外部RAM时，使用了哪几个控制信号引脚?第二部分硬件实验本部分包括五个硬件实验。硬件实验主要使用FB-EDU-MCU-F型实验箱，在 实验箱的硬件资源基础上开发并设计实验项目，使学生掌握单片机硬件结构和系 统扩展以及输入输出接口设计的方法， 理论联系实践，深入理解单片机原理，掌 握单片机应用设计过程，培养学生硬件调试方法和解决实际问题的能力。实验一 复杂IO控制实验、实验目的熟练掌握汇编语言的设计和调试方法，掌握对单片机IO的复杂控制、实验内容1. 通过开关控制实现8个LED的两种流水灯工作方式;2. 当开关为低电平时，依次循环点亮8个LED，时间间隔为0.2秒；3. 当开关

20、为高电平时，相互间隔的 4个LED点亮并与另外4个交替闪烁, 间隔为0.5秒。三、实验步骤将实验箱上，P00-P07接D1-D8，P10接SW1。通过ISP向单片机烧录编写 的程序代码，按实验要求进行操作，观察结果。四、实验电路QOOOOOOOASW6T70CON-TZ-8CONN-GIL8R10G R110 R111R112R113R114 R115 K1164JP33& SWT 2 讯用 寻W53 swa SW7''f SWBQQOQPPQPSW7 SW8SW2五、思考问题1. 实验箱上的8个LED共阴还是共阳，怎么判断？2. 对于两种状态，当间隔分别小于多长时间时

21、，通过肉眼观察不到LED闪烁（常亮）？实验二 定时器中断实验、实验目的了解与掌握定时器中断的使用方法。、实验内容1. 设定定时器1为工作方式2,即能自动再装入的8位定时器;2. 自定义定时器的初值，并开启总中断与定时器中断；3. 通过定时器中断，使P1.0引脚电平高低变化，完成1个LED灯的闪烁。三、实验步骤将实验箱上，P10接D8。通过ISP向单片机烧录编写的程序代码，按实验要 求进行操作，观察结果。四、实验电路R101IR102 T R1 03 Tr 104 T R105 Jf R1 06 Tr 1 011 R108JP32CONN 3IL06S0LED6LED7LEDSL£Q1

22、厂VLED3LED!D1D2D3D4D5DSD7©©©©© LE®D82><T69CON-TZ-5五、思考问题1. 简述定时器四种不同的工作方式的区别。2. 简述设计中断程序的一般方法。实验三直流电机控制实验一、实验目的了解单片机控制直流电机的工作原理。二、实验内容1. 编写程序查询P1.0引脚的电平，使其低电平时电机正转，反之，反转；2. 使用P2.1与P2.2两个引脚控制电机IN1与IN2的电平。三、实验步骤将实验箱上，P10接SW1，电机模块IN1接P21, IN2接P22, EN1接+5V电源。通过ISP向单片机烧

23、录编写的程序代码，按实验要求进行操作，观察结果。四、实验电路五、思考问题1. 电机的正反转是通过什么方式控制的？2. 如何控制电机的转速，给出一个可行的方案。实验四 PC串口通信实验、实验目的了解与掌握串行通信的工作原理。、实验内容1. 串行通信采用工作方式1,定时器采用工作方式2；2. 单片机时钟频率为11.0592MHz,波特率为9600bit/s，设定定时器的初 值；3. 以查表的方式，发送字符串，如“ ! welcome to you!，完”成串行通信；4. 其中用寄存器R0记录发送的数据个数。三、实验步骤将实验箱上，通信接口区 232A-RXD 接 P30, 232A-TXD 接 P

24、31; 232Aout- TXD接Pin2，232Aout-RXD接Pin3；串口线接主机箱后背板。通过ISP向单片 机烧录编写的程序代码，按实验要求进行操作，在PC机桌面打开串口助手，观察结果。四、实验电路T27OC'：H T7 ?R74D22L竺®D21D23PC-E- CQN-T-2D20T28"Zl 2 B232 rT24JJ 7 P|H2COri-TZ-27110 T25CONT7?1 iuL申U15 4丘r?rr：A2S2 TXDA捕痛灯C19C17唔B QWFCI +C1-T1IMTIOUTR10JJTR1 NI2IH<T2OU7H2OUTR7N

25、VS*VS-C2*C2-11T26O8CCN TZ-；五、思考问题1. 当串行通信工作在方式1的时候，是如何完成发送任务的?2. 当中断标志位TI置1的时候，为何要调用一段延时程序？实验五键盘扫描与显示实验一、实验目的实验例程，通过讲解熟悉矩阵键盘的扫描原理，了解数码管的译码方式。二、实验内容1. 规定4X 4的矩阵键盘从左到右、从上至下依次对应为十六进制的0F;2. 当按下某个键时，在七段数码管上显示出按键对应的数字；3. 参考程序设计见附录四。三、实验步骤将实验箱上，八位数码管电路 SA-SG接P00-P07, C0接P20;矩阵键盘R1- R4+C1-C4接P10-P17。通过ISP向单

26、片机烧录编写的程序代码，按实验要求进行 操作，观察结果。四、实验电路五、思考问题1. 参照键盘扫描的原理，简述如何实现 8个数码管的动态显示，即分别显示 出不同的字符。谈一谈对单片机实验课程的建议以及从中的收获与感想。-17 -is- is DDODODOQ DOODOQDC1M£甬吃住r 、L“丄塞D _ 匕 niB l幡L u?i审羽i列怙号洱l'SF小痕器VS3 rtlA t'Hllirnittw4?脚晖匚口 厂1二iD 口 n 口i L it 6 ll L l l, n. l L5 儿帀数冋甘业跆噌 0WM4"1)547 BCD即码船iTL Ui*I

27、'Su DM Dte t-R.5 (*：1 DL； D> fiD7I<Vj X53=007叹 n 11 s； I LK m ADC可谓血位r *EIKLLIJE(ni 电昴n s-打I5 5“.莊邛禺电詐音门何电賂HM吋榊电垮02锻呻眄OTiO71Ui：F7；m<frBI一 _opirr7 1LS -|.j：i>.t7£_ _D0-D7F-1F F4-> 卜'4S P- -it1-4 P4 V-l! 7.4 ItJ ' !. i r 1 IIhi |tb !>-.? m r；B. |7?> |-T l I©

28、l'F7 l"£l "I|HXIPOI MX! nu5Hrfil<K rw rw r»P21咤PSj屮 I帕P37Ml '5 dkM J Kl i. Jec：7”1 -nhrn IF? Iixi 14 IjAi I. U? lb-'hl- >-号耳冷、出 fi - flJ SJ-K| KZ 祗舄 KI k> 町强 Ki IV*A 也 U M 帖 M 741|应札SEJU OfiBWs)lfi I；二；初讯站 d b£ E> " ,K W B? IHIOO Q匚心00-.i( L 

29、3; 11匸向 9+o "J ，咼:IJ;L<1"回茴附录二：ISP安装与使用1.安装运行 WWISPSetup.exe,安装ISP下载软件。2.连接3.将USB下载器连接PC及目标板（USB接口端连接到PC的USB接口，ISP 端连接到MCU模块ISP插槽）。在连接USB下载器之前，注意：MCU模块或 者说主板应先接通电源。就是说主板先上电。驱动安装连接USB到PC后，将提示发现新硬件USBasp，如右图所示: 系统会自动弹出找到新的硬件向导，如下图所示：-17 -# -选择从列表或指定位置安装（高级）（S） ”选项，并点击下一步”。选择在这些位置上搜索最佳驱动程序

30、”和在搜索中包括这个位置”，并浏览到 WWISP 的安装目录下，默认的目录是 C:Program Files'Wi ndwayTechnologies'WWISP，具体的设置如下图所示：-# -# -# -点击下一步”，安装驱动安装完成4. 查看硬件 在硬件管理器里面将看到安装好的硬件。+ 3 DVB/CD-ROM 驱动黑 + 话 IDE A.TA?kTAPr 控儒U黑一 LiLUSfi-Wiii52 ftevices十裁SCSI和RAID揑制開5.安装完成.-# -WWISP安装完成后，桌面出现快捷方式*1鬼,-.1，点击进入后系统-19 -会自动识别器件型号，也可以手动选择

31、对应的单片机类型6.使用方法点击打开文件（Flash）”按钮找到HEX文件，然后点击 写Flash按钮，程 序将烧录到MCU当中。对于其它的功能，也可以进行操作。女口：先选取 擦除芯 片” 编程Flash ”然后点击 自动编程”刚系统会自动依次进行 擦除芯片”编程Flash的操作-# -附录三：常见故障分析1. 电源指示灯无指示1）是否面板有短路的连线，导致开关电源短路保护。 尝试清除连线，重新上电。2）请检查实验箱电源连线是否松动。2. 使用ISP下载器烧录芯片时，找不到目标器件1）首先检查目标板是否供电；2）拔下USB连线，重新插上，在设备管理器中能否找到USBasp,有显示,正常；马设备

32、管理：S文件 操作址）查看 帮助QD动 呃MJL0WD囱«"回回曰峠函呂留昭理ELTIMX Vartua StrLtl FortsJun的LiblEB-Iln32 DeicesIDE AT VAT API gi!)S3）如果仍不能连接，请拔出USB线，先给实验箱上电，再插入 USB线;4）通过以上步骤后还不能正常工作，请联系老师或助教。附录四：硬件实验5键盘扫描与显示实验的参考程序代码=屯1:JBP11,L2;P1.1等于1跳转到L2$N0M0D51MOVA,#04H；将第二行的行值送入ACC$INCLUDE (80C52.MCU)AJMPLK；跳转到键值理程序进行键值处理I Q.JBP12,L3;P1.2等于1跳转到L3L2:;DEFINITIONSMOVA,#08H；将第三行的行值送入ACCAJMPLK；跳转到键值处理程序I a