单片机实验指导书2010修订版

PAGEPAGE19目录第一部分实验系统概述 11.1系统整体 11.2系统主板 21.3主要模块 21.4实验项目 3第二部分uVision使用入门 42.1KeilC51简介 42.2uVision使用入门 5第三部分实验项目 12实验1跑马灯设计 12实验2交通灯控制 14实验3电子钟设计 16实验4矩阵式键盘显示 20实验5LED点阵显示 23实验6马达调速控制 27第一部分实验系统概述HNIST型单片机实验系统是一款针对单片机学习者进行单片机实验与开发的单片机学习开发系统。该系统采用模块化设计方法，整个系统由一个主板（89S52最小系统板）连接一个或多个实验板组成，主板可以完成单片机基本实验项目。该系统扩展功能较为丰富，可以满足不同层次的学生在不同学习时期的各种要求，主要可供学生进行单片机原理与接口的课程实验、单片机类课程设计，毕业设计，以及电子竞赛单片机技术的培训。本系统具有以下优点：1、支持USB口对程序进行在线下载，简单方便；2、可直接通过USB线连接电脑的USB口获取+5v电源，板上提供了一个专用电源接口，以备在脱机环境下运行本实验板；3、本系统扩展资源丰富，能满足不同层次学习使用，另外单片机的I/O口都用排针引出，便于外扩资源。1.1系统整体HNIST型单片机实验系统的整体如下图1.1所示。图1.1HNIST型单片机实验系统整体从上图可以看出，整个系统可以分为多个模块，各个模块之间相对独立，使用者通过此图可以较快找到相应模块对应位置。1.2系统主板图1.2HNIST型单片机实验系统主板1.3主要模块流水灯：对流水灯的操作可能是初学者最先体会到成就感的一个项目，该实验板的流水灯由四个发光二极管组成，流水灯的旁边设有四个针头的排针，这样可以用连接线接入单片机的任意I/O口来控制流水灯。我们可以用这几个发光二极管实现跑马灯、交通灯等功能。数码管：数码管是该实验板上最能验证程序功能的输出器件。数码管旁边有四个跳线帽，分别用来控制四个数码管工作状态。当然这种控制只是在硬件上的控制，在软件上的控制则可以通过对74SL573锁存器的编程实现。数码管可用于静态显示，和动态扫描。4x4矩阵键盘：我们可以通过键盘来控制流水灯的亮灭，也可用它来控制数码管上数字或字母的显示。键盘和数码管结合可以通过编写程序来实现计算器功能，日历等。EEPROM：AT24C02，在单片机应用中，作为EEPROM储存器用，与单片机通过I2C通信。优点是掉电后仍可以保存数据。比如单片机运行时，手动设置了一些参数，可以用它保存起来。即可对其进行读操作又可进行写操作，并且在断电后可保存数据。实时时钟芯片：本实验板含有一片DS1302芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信。另外该芯片含备份电源接口，掉电后，时钟仍然能够正确的运行。1.4实验项目HNIST型单片机实验系统可以进行多种创新设计项目，具体包括：单片机I/O控制实验，如跑马灯实验、交通灯实验等；定时器相关实验数码管显示实验LED点阵实验6264外部扩展RAM实验串转并的I/O口实验RS-232串口通信实验基于18B20的单总线实验直流电机实验交流电机实验LCD128×64点阵液晶显示实验串行A/D转换实验PS2接口键盘实验I2CDS1302实时时钟实验第二部分uVision使用入门2.1KeilC51简介KeilC51是德国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机开发工具。它集编辑、编译、仿真与调试于一体，支持C语言与汇编语言开发。与汇编相比，C语言在功能、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语言的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。C51工具包目前的集成开发环境uVision将项目管理，源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中（如下图2.1所示）。开发人员可用uVision集成开发环境所自带的编辑器或其他编辑器编辑C语言或汇编语言源文件，然后分别由C51急A51编译器编译生成可重定位的目标文件（.obj）。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经BL51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）。.ABS文件由OH51转换生成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，或直接写入程序存储器如EPROM进行验证。目前，集成开发环境使用较多的版本为uVisio，而且此集成开发环境支持8051的所有KEIL工具，因此，下面内容主要以uVision进行介绍。uVision集成开发环境uVision集成开发环境C51编译器A51汇编器LIB51库管理C库文件RTX51实时操作系统BL51连接/定位OH51转换图2.1uVision集成开发环境2.2uVision使用入门1、uVision的启动根据一般应用软件安装方法进行本软件安装，安装完成后就是软件的应用了。首先双击桌面uVision图标，运行uVision，几秒钟后出现进入KeilC51uVision启动界面，如下图2.2所示。图2.2uVision启动界面2、uVision的开发流程在进行下面工作之前，建议为一个项目建立一个文件夹，把和本工程相关的源程序，头文件，以及工程文件等都保存到此文件夹。1）建立工程单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选中NewProject选项，如下图2.3所示。图2.3建立工程菜单2）保存工程选择你要保存的路径，输入工程文件的名字，然后点击保存.图2.4保存所建立工程文件3）选择器件keilC51几乎支持所有的51核的单片机，这里以使用较多的Atmel公司的AT89S52来说明，如下图所示，先选择Atmel并双击展开。图2.5器件选择—选择公司然后选择AT89S52，右边栏是对这个单片机的基本描述，然后点击“确定”。图2.6器件选择—选择芯片4）加载标准启动文件单击“是（Y）”，屏幕如下图2.7所示。图2.7是否加载8051STARTUP文件5）编辑源程序在下图2.8中，单击“File”菜单，再在下拉菜单中单击”New”选项，或直接单击快捷按钮图2.8新建源程序新建文件后屏幕如下图2.9所示。图2.9源程序编辑界面单击菜单上的“File”，在下拉菜单中选中”SaveAs”选项单击，或单击保存快捷按钮，屏幕如下图所示，在”文件名”栏右侧的编辑框中，键入欲使用的文件名，同时，必须键入正确的扩展名。注意，如果用Ｃ语言编写程序，则扩展名为(.c)；如果用汇编语言编写程序，则扩展名必须为(.asm)。此处我们保存为“Test1.c”，然后，单击”保存”按钮。图2.10源程序保存6）添加源程序到工程回到编辑界面后，单击“Target1”前面的“＋”号，然后在“SourceGroup1”图2.11将源程序添加到工程然后单击“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’”屏幕如下图2.12所示。图2.12选择所要添加到工程中的源程序选中刚才保存的“Test1.c”文件，单击“Add”后关闭对话框，屏幕如下图2.13所示。此时，我们可以注意到“SourceGroup1”文件夹中多了一个子项“Text1.c”图2.13添加了源程序的工程管理器窗口7）设置目标文件属性单击“Project”菜单，在下拉菜单中单击“”在下图中，单击“Output”中单击“CreateHEXFile”选项，使程序编译后产生HEX代码，单击“确定”。图2.14目标文件属性设置8）编译工程单击“Project”菜单，再在下拉菜单中单击“BuiltTarget”选项（或者使用快捷键F7，或直接单击图标或图标），屏幕如下图2.15所示。图2.15编译工程示意图9）下载程序运行progisp，弹出对话框如下图2.16所示。图2.16下载程序过程示意图然后点击调入，在弹出的对话框中选中之前所生成的hex文件打开，再点击自动，即下载程序完毕。第三部分实验项目实验1跑马灯设计一、实验目的通过本次实验，掌握单片机通用I/O口和Keil平台的使用。二、实验仪器PC机，HNIST型单片机实验系统。三、实验原理1、系统方案利用单片机的P1口作为控制端口，使4个发光二极管按照一定的花样亮灭，循环变化。2、软件算法四、实验数据记录源程序五、问题与讨论在采用单片机的I/O口作为输入口或输出口时需要考虑哪些因素？实验2交通灯控制一、实验目的通过本次实验，掌握单片机内部定时器的使用和中断处理程序的编写。二、实验仪器PC机，HNIST型单片机实验系统。三、实验原理1、系统方案以单片机为核心，通过P2口控制4组发光二极管，每组有红绿蓝三色，模拟交通灯的控制。初始状态为南北通行：南北绿灯、东西红灯保持25秒；后转为过渡状态：南北黄灯、东西红灯保持5秒；再转为东西通行：东西绿灯、南北红灯保持25秒；最后转为过渡状态：东西黄灯、南北红灯保持5秒。以上过程循环执行。利用单片机内部的定时器实现定时。

2、软件算法主程序流程图定时器中断处理子程序流程图四、实验数据记录源程序五、问题与讨论1、扩充功能，实现救护车优先通过十字路口。2、显示交通灯各状态的倒计时。实验3电子钟设计一、实验目的通过本次实验，掌握数码管的动态显示。二、实验仪器PC机，HNIST型单片机实验系统。三、实验原理1、系统方案以单片机为核心，扩展三极管9013驱动数码管的位码，74573芯片驱动数码管的段码，显示时钟数据。时钟更新由单片机内部的定时器完成。2、数码管显示模块数码管结构如下图所示。对于共阴接法，要显示相应字符，使相应段点亮，则向相应的阳极端口提供高电平。共阴极数码管的码表如下所示：字符代码字符代码字符代码00xfc60xbeC0x9c10x6070xe0d0x7a20xda80xfeE0x9e30xf290xf6F0x8e40x66A0xee无显示0x0050xb6b0x3e数码管有两种工作方式：静态显示和动态显示。静态显示的特点是每个数码管的段码都需要独立的数据锁存器锁存，当送入字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止，显示亮度较高。动态显示则是轮流选中多个数码管显示不同字符，由于人眼的视觉惰性，感觉是同时显示。为了减少硬件成本，通常采用动态显示。3、整体电路

4、软件算法主程序流程图

定时器中断处理子程序流程图四、实验数据记录源程序五、问题与讨论引入校正时间和定时闹铃功能。

实验4矩阵式键盘显示一、实验目的通过本次实验，掌握矩阵键盘的应用。二、实验仪器PC机，HNIST型单片机实验系统。三、实验原理1、系统方案以单片机为核心，通过P2口驱动矩阵式键盘，高四位接入键盘的列线，低四位接入键盘的行线，并进行逐行扫描，若检测到按键，则计算出键值，并送数码管显示。2、键盘模块3、显示模块参看实验3相关内容。4、软件算法主程序流程图键盘扫描子程序流程图见下页。四、实验数据记录源程序五、问题与讨论1、怎样消除按键的机械抖动？2、如何处理多个键同时按下的情况？

键盘扫描子程序流程图

实验5LED点阵显示一、实验目的通过本次实验，掌握LED点阵显示的应用。二、实验仪器PC机，HNIST型单片机实验系统。三、实验原理1、系统方案以单片机为核心，扩展74138芯片驱动LED点阵的行线，74595芯片控制LED点阵的列线，实现在LED点阵上循环显示数字0~9。2、LED点阵模块LED点阵由行线驱动阴极，列线驱动阳极。其电路结构如下所示。3、行线驱动模块74LS138芯片是3线－8线译码器。当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/G2A和/G2B）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出，Y0-Y7为输出端。4、列线驱动模块74LS595芯片是串入并出8位锁存器。Qa~Qh为八位并行输出端，可以直接控制点阵LED的列线。SER为串行数据输入端。SCK上升沿时片内寄存器的数据移位。Qa→Qb→Qc→…→Qh。RCK上升沿时，片内寄存器数据送到输出端。5、软件算法主程序流程图定时器中断子程序流程图见下页。四、实验数据记录源程序五、问题与讨论若显示的数字出现左右倒相，上下倒位，请分析原因，给出解决方法。定时器中断子程序流程图

实验6马达调速控制一、实验目的指导学生设计步进电机调速控制器。通过本次实验，使学生掌握步进电机的驱动