《单片机原理与应用》第1次上课实验演示

1、单片机原理与应用实验 信息与通信工程学院 单片机原理及应用单片机原理及应用 性质：选修课性质：选修课 学时：学时：32 学分：学分：2个个 本课程是一门实践性、应用性很强的学科本课程是一门实践性、应用性很强的学科仅仅听懂还不够仅仅听懂还不够, ,重在培养动手能力重在培养动手能力硬件硬件/ /软件同样重要、不可偏废软件同样重要、不可偏废 硬件是骨架，软件是灵魂硬件是骨架，软件是灵魂本课程的前期基础课程是数字电路与微机原理本课程的前期基础课程是数字电路与微机原理这方面知识掌握得不够好的请自己补上这方面知识掌握得不够好的请自己补上预习、听课、复习、作业、实验环环都重要预习、听课、复习、作业、实验环环

2、都重要用科学的方法学习用科学的方法学习教材：教材：单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术 编著：胡汉才等编著：胡汉才等 清华大学出版社清华大学出版社参考书：参考书：1 1、李朝青等李朝青等. 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术. 北京：北京航空航天大学北京：北京航空航天大学 出版社，出版社，2000 2 2、蔡美琴等蔡美琴等. MCS-51系列单片机系统系列单片机系统及其应用及其应用. 北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2003 李华等李华等. MCS-51系列单片机实用接口技术系列单片机实用接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社，北京：北京航空航天大学出版社，2003

3、 沙占友等沙占友等. 单片机外围电路设计单片机外围电路设计. 北京：电北京：电子工业出版社，子工业出版社，2003 王幸之等王幸之等. 单片机应用系统抗干扰技术单片机应用系统抗干扰技术. 北北京：北京航空航天大学出版社，京：北京航空航天大学出版社，2003 何立民等何立民等.MCS-51单片机应用系统设计单片机应用系统设计 单片机原理与应用课程是一门技术性和实践性很强的学科，必须通过一系列的软硬件实验理论联系实际才能学好学懂，取得良好的教学效果。 基于伟福lab2000P实验开发系统，精心设计和整理了8个单元实验，从软件到硬件，再设计完成一个单片机综合课程设计实验。通过实验贯穿整个单片机的教学

4、过程，覆盖了单片机应用的许多方面。 最终成绩为8次单元实验成绩加上课程设计成绩。课程内容 老师检查前一次未完成实验的同学并总结的思考题。 老师讲解本次实验课的课程知识点； 分析本次实验课的实验要求和重点； 学生完成本次实验课的内容，尽量完成思考题； 检查和记录实验结果。 布置下一次实验课资料。 实验前必须进行预习，实验后写实验报告。单元实验要求 遵守实验室规章制度，爱护实验仪器和设备； 不要从事与实验无关的事情。 保持实验室卫生； 请注意实验室的计算机有保护卡，重启计算机存在计算机里的程序全部消失。不要随意重启计算机； 不要带电插拔计算机接口。实验室要求 92020世纪世纪7070年代问世年代

5、问世，广泛地应用在工业自动化、自动检测与控，广泛地应用在工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器制、智能仪器仪表、机电一体化设备、汽车电子、家用电器等各个方面。什么是单片机？等各个方面。什么是单片机？1.1 1.1 什么是单片机什么是单片机一片半导体硅片集成一片半导体硅片集成：中央处理单元（中央处理单元（CPUCPU）、存储器（）、存储器（RAMRAM、ROMROM）、并行）、并行I/OI/O、串行、串行I/OI/O、定时器、定时器/ /计数器、中断系统、系计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线统时钟电路及系统总线的微型计算机。的微型计算机。具有具有微型计

6、算机微型计算机的属性的属性，因而被称为单片微型计算机，简称，因而被称为单片微型计算机，简称单单片机片机。单片机概述 时钟OSCCPU各种I/O定时器/计数器程序存储器ROM数据存储器RAM中断MCS-51单片机组成框图11主要应用于测控领域。单片机使用时，通常是处于测控系统主要应用于测控领域。单片机使用时，通常是处于测控系统的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌入式控制器（入式控制器（EMCUEMCU，Embedded MicroController UnitEmbedded MicroController Unit），），或微控制

7、器（或微控制器（MCUMCU，MicroController UnitMicroController Unit）。我国习惯）。我国习惯于使用于使用“单片机单片机”这一名称。这一名称。单片机是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，标志着计单片机是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。分支。单片机体积小、成本低，嵌入到工业控制单元、机器人、智单片机体积小、成本低，嵌入到工业控制单元、机器人、智能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办公能仪器仪表、汽车电子系统、武器系统、家用电器、办

8、公自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通讯产品中。产品中。（1 1）基本型）基本型典型产品：典型产品：8031/8051/87518031/8051/8751。80318031内部包括内部包括1 1个个8 8位位CPUCPU、128B RAM128B RAM，2121个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器（SFRSFR）、）、4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口、口、1 1个全双工串行口，个全双工串行口，2 2个个1616位位定时器定时器/ /计数器，计数器，5 5个中断源，但片内无程序存储器，需外个中断源，但片内无程序存储器，需外扩

9、程序存储器芯片。扩程序存储器芯片。80518051是在是在80318031的基础上，片内又集成有的基础上，片内又集成有4KB ROM4KB ROM作为程序存作为程序存储器。所以储器。所以80518051是一个程序不超过是一个程序不超过4KB4KB的小系统。的小系统。ROMROM内的内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的。程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的。87518751与与80518051相比，片内集成的相比，片内集成的4KB EPROM4KB EPROM取代了取代了80518051的的4KB 4KB ROMROM来作为程序存储器。来作为程序存储器。121315MCS-51MCS-51系

10、列设计上的成功，以及较高的市场占有率，已成为许多系列设计上的成功，以及较高的市场占有率，已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象。厂家、电气公司竞相选用的对象。IntelIntel公司以专利形式把公司以专利形式把80518051内核技术转让给内核技术转让给ATMELATMEL、PhilipsPhilips、CygnalCygnal、ANALOGANALOG、LGLG、ADIADI、MaximMaxim、DALLASDALLAS等公司。等公司。生产的兼容机与生产的兼容机与80518051兼容，采用兼容，采用CMOSCMOS工艺，因而常用工艺，因而常用80C5180C51系列系列单片机来称呼所有这些

11、具有单片机来称呼所有这些具有80518051指令系统的单片机，这些兼指令系统的单片机，这些兼容机的各种衍生品种统称为容机的各种衍生品种统称为5151系列单片机或简称为系列单片机或简称为5151单片机，单片机，是在是在80518051的基础上又增加一些功能模块（称其为增强型、扩的基础上又增加一些功能模块（称其为增强型、扩展型子系列单片机）。展型子系列单片机）。16在我国，除在我国，除8 8位单片机得到广泛应用外，位单片机得到广泛应用外，1616位单片机也得到位单片机也得到了广大用户的青睐，例如，美国了广大用户的青睐，例如，美国TITI公司的公司的1616位单片机位单片机MSP430MSP430和

12、台湾的凌阳和台湾的凌阳1616位单片机。本身带有位单片机。本身带有A/DA/D转换器，转换器，一片芯片就构成了一个数据采集系统。设计使用非常方便。一片芯片就构成了一个数据采集系统。设计使用非常方便。尽管这样，尽管这样，1616位单片机还远远没有位单片机还远远没有8 8位单片机应用的那样位单片机应用的那样广泛和普及，因为目前的主要应用中，广泛和普及，因为目前的主要应用中，8 8位单片机的性能位单片机的性能已能够满足大部分的实际需求，况且已能够满足大部分的实际需求，况且8 8位单片机的性能价位单片机的性能价格比也较好。格比也较好。在众多厂家生产的各种不同的在众多厂家生产的各种不同的8 8位单片机中

13、，与位单片机中，与MCS-51MCS-51系列系列单片机兼容的各种单片机兼容的各种5151单片机，目前仍然是单片机，目前仍然是8 8位单片机的主位单片机的主流品种，若干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、流品种，若干年内仍是自动化、机电一体化、仪器仪表、工业检测控制应用的主角。工业检测控制应用的主角。17 单片机开发系统是单片机的开发调试的工具，有单片单板机和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发。ICE（在线仿真器）8031无无CPU运算器电路运算器电路CPU控制器电路控制器电路CPU控制器电路控制器电路1 1 内部数据存储器低内部数据存储器低128128单元单元2 2 内部数据存储器高

14、内部数据存储器高128128单元单元3 3 内部程序存储器内部程序存储器4 4 存储器结构特点存储器结构特点低低128单元是单片机的真正单元是单片机的真正RAM存储器。存储器。 分为三个区域：分为三个区域：1 寄存器区：寄存器区： 4组寄存器（寄存器阵列）。组寄存器（寄存器阵列）。即即4个工作寄存器个工作寄存器0区区3区。每区。每组组8个寄存单元（每单元个寄存单元（每单元8位），位），以以R0R7作寄存器名，暂存运作寄存器名，暂存运算数据和中间结果。算数据和中间结果。 字节地址为字节地址为00H1FH。2 位寻址区位寻址区 ： 字节地址为字节地址为20H2FH，既，既可作可作RAM，也可位操作

15、。，也可位操作。 共有共有16个个RAM单元，共单元，共128位，位地址为位，位地址为00H7FH。3 用户用户RAM区：区： 32个单元，地址为个单元，地址为30H7FH，在一般应用中常作在一般应用中常作堆栈区堆栈区。 用用PSW中的两位中的两位PSW.4和和PSW.3来切换工作寄存器区，选用来切换工作寄存器区，选用一个工作寄存器区进行读写操作一个工作寄存器区进行读写操作。字字节节地地址址位地址位地址 内部内部RAM的高的高128单元单元 专用寄存器专用寄存器( (SFR) )区区 地址为地址为80HFFH （也称特殊功能寄存器）（也称特殊功能寄存器）80C51内有内有4KB ROM，其地址

16、为，其地址为0000H0FFFH（内部（内部ROM）。）。其中其中0000H0002H是系统的启动单元。是系统的启动单元。系统复位后系统复位后( (PC) )0000H，开始取指令执行程序。，开始取指令执行程序。 如果不从如果不从0000H开始，应存放一条无条件转移指令，以便直接转去执开始，应存放一条无条件转移指令，以便直接转去执行指定的程序。行指定的程序。作用：作用：（1）用来存放固化了的用户程序，取指地址由程序计数器）用来存放固化了的用户程序，取指地址由程序计数器PC给出，给出， PC具有自动加具有自动加1的功能；的功能；（2）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。）固化一片数据区，存

17、放被查询的表格和参数等。 0003H000AH外部中断外部中断0（INT0）中断地址区）中断地址区 000BH0012H 定时器定时器/记数器记数器0（T0）中断地址区）中断地址区 0013H001AH外部中断外部中断1（INT1）中断地址区）中断地址区 001BH0022H定时器定时器/计数器计数器1（T1）中断地址区）中断地址区 0023H002AH串行（串行（RI/TI）中断地址区）中断地址区中断服务程序存放方法：中断服务程序存放方法：（1）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放；）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放；（2）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指

18、令，）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令， 以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务 程序的程序的实际入口地址实际入口地址区去。区去。一、实验目的二、实验说明三、实验仪器四、实验内容五、实验报告要求1了解并熟悉伟福软件了解并熟悉伟福软件lab2000P的使用的使用2学会在汇编软件环境下编写、修改、调试、学会在汇编软件环境下编写、修改、调试、和运行程序和运行程序 伟福软件集成了编辑器、编译器、调试器，源程伟福软件集成了编辑器、编译器、调试器，源程序编辑、编译、下载、调试全部可以在一个环境序编辑、编译、下载、调试全部可以在一个环境下完

19、成。且伟福的多种仿真器，及所支持各种下完成。且伟福的多种仿真器，及所支持各种CPU仿真全部集成在一个环境下。可仿真仿真全部集成在一个环境下。可仿真MCS51系列，系列，MCS196系列等等。系列等等。 伟福软件支持多语言多模块混合调试，支持伟福软件支持多语言多模块混合调试，支持ASM（汇编）、（汇编）、PLM、C语言多模块混合源程序调试，语言多模块混合源程序调试，在线直接修改、编译、调试源程序。如果源程序在线直接修改、编译、调试源程序。如果源程序有错，可直接定位错误所在行。有错，可直接定位错误所在行。 计算机计算机 伟福软件（伟福软件（ lab2000P ） 伟福软件的下载和安装伟福软件的下载

20、和安装 伟福软件的最新版本可以从伟福公司的网站上下载，其网伟福软件的最新版本可以从伟福公司的网站上下载，其网址为址为http:/www.wave-。本实验以。本实验以WAVE6000版版本为使用软件，其它实验亦如此。本为使用软件，其它实验亦如此。 在安装过程中，如果用户没有指定安装目录，安装完成后，在安装过程中，如果用户没有指定安装目录，安装完成后，会在会在C：盘建立一个：盘建立一个C：WAVE6000目录，结构如下：目录，结构如下： 在PC机上安装伟福仿真开发系统集成调试软件。进行8051单片机实验时，应插上POD51仿真板，并插上8051或8052 CPU。将配套的串行通讯电缆的一端与实验

21、仪上的“仿真器串口” 9芯D形插座相连，另一端与PC机的串行口相连。将实验台的电源线与220V电源相连。（实验结束后应拔下）（实验结束后应拔下）打开实验台电源开关，红色电源指示灯亮。仿真开发器初始化成功后，LED会显示8051，表示仿真系统正常。打开PC计算机电源，执行伟福(WAVE)集成调试软件。下拉菜单下拉菜单快捷工具图标快捷工具图标编辑编辑/调试窗口调试窗口项目窗口项目窗口 通过下拉菜单“仿真器”对仿真实验系统进行设置，如图所示。 选择仿真器： 伟福Lab2000P实验系统。 选择仿真头： MCS51实验。 选择CPU：（803132）。 通过仿真器设置中的“语言”栏可以设置用户所采用的

22、编程语言。采用汇编语言编程时，应选中“伟福汇编器”复选框，采用C51高级语言编程时，应选中“Keil C”复选框。 通过仿真器设置中的“目标文件”栏可以设置最终生成的用户目标文件，如图所示。 通过仿真器设置中的“通信设置”栏可以设置集成调试环境与PC机的通信端口和波特率，如图所示。 建立新程序建立新程序 选择菜单文件|关闭项目； 选择菜单文件|新建文件，或点新建文件按钮 编辑程序，如下图保存程序保存程序 选择菜单文件|保存文件或点保存文件按钮，默认的文件保存位置为C:WAVE6000SAMPLES，再给出文件名，例如MY1.ASM。 注意：汇编源程序的文件名扩展名必须是ASM。 软件仿真设置

23、选择菜单设置|仿真器设置，对开对话框。伟福软件有两种工作方式：硬件仿真和软件仿真。本实验只使用软件部分，故使用软件仿真工作方式。具体设置如下图所示。编译程序编译程序 选择菜单项目|编译或按编译按钮，进行编译。如果程序完全正确，编译成功，就会生成目标文件MY1.ASM，如下图所示。如果在编译过程中出现有错，可以在信息窗口中显示出来，双击错误信息，可以在源程序中定位所在行。纠正错误后，再次编译直到没有错误。执行程序程序 选择执行|跟踪或按跟踪按钮进行单步跟踪调试程序。 单步跟踪就是一条一条地执行指令，若有子程序调用，也会跟踪到子程序中去。可以观察到程序每步执行的结果，“”所指的就是下次将要执行的程

24、序指令。“O”代表此行为可执行指令 也可以选择全速执行，所有指令一次性全执行完。程序运行的结果可以在全类窗口中观看到。一、实验目的二、实验说明三、实验仪器四、实验内容五、思考题六、实验报告要求1进一步掌握汇编语言程序设计和调试方法。进一步掌握汇编语言程序设计和调试方法。 2了解单片机了解单片机RAM中的数据操作。中的数据操作。 要求：编写程序把要求：编写程序把R2、R3源源RAM区首地址内区首地址内的的R6、R7字节数据传字节数据传送到送到R4、R5目的地址目的地址的的RAM区。区。 计算机计算机 伟福软件（伟福软件（ lab2000P ） 在在R0、R1中输入源地址（例如：中输入源地址（例如

25、：3000H）,R2、R3中输入目的地址（例如中输入目的地址（例如4000H）,R6、R7中输入字节数（例如：中输入字节数（例如：1FFFH）。）。查看查看RAM 区区300030FFH和和400040FFH内内容，也可自己重新赋值。容，也可自己重新赋值。运行程序，首先单步，然后用执行到指定位运行程序，首先单步，然后用执行到指定位置，最后用连续运行方式。置，最后用连续运行方式。记录下运行结果，检查记录下运行结果，检查300030FFH中内容是中内容是否和否和400040FFH内容完全一致。内容完全一致。cjne r1, #0ffh, Goon1 inc r0Goon1: inc r1 cjne

26、 r3, #0ffh, Goon2 inc r2Goon2: inc r3 djnz r7, Loop ljmp $ end org 0000H mov r0, #30h mov r1, #00h mov r2, #40h mov r3, #00h mov r7, #0Loop: mov dph, r0 mov dpl, r1 movx a, dptr mov dph, r2 mov dpl, r3 movx dptr, a1、改变源地址，例如、改变源地址，例如00FFH； 2、改变目的地址，例如、改变目的地址，例如2000H； 3、改变传输的个数，小于、改变传输的个数，小于256个和大于个和

27、大于256个的情况。个的情况。4、把程序改为对某一数据存储区、把程序改为对某一数据存储区RAM赋都相赋都相同一个数值。同一个数值。1、实验目的和内容、实验目的和内容 2、记录下对原程序修改的地方，分析原理、记录下对原程序修改的地方，分析原理3、写清相关程序运行结果，并详细说明结果、写清相关程序运行结果，并详细说明结果 的正确性的正确性一、实验目的二、实验说明三、实验仪器四、实验内容五、思考题六、实验报告要求1进一步掌握汇编语言程序设计和调试方法。进一步掌握汇编语言程序设计和调试方法。 2了解数据排序的简单算法了解数据排序的简单算法 。 要求：有序的数列更有利要求：有序的数列更有利于查找。本程序用的是于查找。本程序用的是“冒冒泡排序泡排序”法，算法是将一个法，算法是将一个数与后面的数相比较，如数与后面的数相比较，如果比后面的数大