单片机原理实验教案

概述实验教学是学生对理论知识的应用和深化，也是学生感受单片机应用开发过程,培养实际能力的重要环节，因此，必须科学设计实验内容。首先,实验内容要包含单片机应用的常用元器件、基本电路和基本技术，突出基础训练，注重实用性；其次，实验必须反映电子技术和单片机的发展，尽量采用新技术、新元件，具有技术先进性；第三，实验原理必须清楚，易于学生掌握，有一定的难度层次，便于因材施教；第四，实验内容和实验装置都应易于组合、扩充，使学生思维有一定的灵活性，有利于培养学生的创造能力。实验采用“单元模块化”的教学方法，目的在于加强学生对知识的层次性和系统性的认识，学会逐步学习知识和综合运用知识的方法。其思路是：首先将教学内容按知识点分成若干个单元，每一单元达到一定的教学目的；其次，每一单元对知识内容的要求和学生能力的要求都力求循序渐进，一环扣一环；各个模块的组合构成对学生基本应用能力的支撑。实验重视硬件和软件的结合，注重系统能力的培养，通过实践训练，最后达到对单片机应用开发整体掌握的目的。学生的综合应用能力将在课程设计中有所体现。实验一DICE-5103H单片机仿真开发系统的使用（验证性实验，2学时）实验目的：熟悉仿真开发系统5103H实验箱，通过调试运行几个简单的程序，练习手工汇编，并利用实验仪的小键盘输入程序的机器码、调试运行程序，为以后的实验掌握必要的操作方法。 重点： 熟悉仿真开发系统5103H实验箱的使用，掌握手工汇编的方法和机器码的录入和程序的运行、调试。DICE-5103H实验系统简介1．实验系统的资源分配1、CPU资源100％出借(栈顶资源共享)2、程序／数据资源分配：（1）仿真空间100％出借，目标系统程序与数据寻址能力均达64KB；（2）实验系统内部存贮器空间分配如下：空间地址器件选用用途与说明0000H~0FFFFH27512／27256监控管理空间0000H~7FFFH62256(32KB)仿真实验空间8000H~0FEFFH扩充空间用户自选空间E000H~FDFFHTV空间用户自选空间（3）系统I／O口地址具体分配如下：口地址扩展口名称用途FF20H8155控制口写方式字FF21H8155A口数码管字位口FF22H8155B口数码管字形口FF23H8155C口键盘扫描输入口FF28H8255A口EPROM数据总线FF29H8255B口EPROM地址总线A0~A7FF2AH8255C口EPROM地址总线A8~A15FF2BH8255控制口写方式字2、通用电路简介DICE-51实验仪采用模块式设计，包含有地址译码模块、A/D转换模块、D/A转换模块、并行接口模块、串行接口模块…….等。我们可以根据需要任意组合，完成不同的实验。下面简单介绍几个常用的模块：ABABCE3E2E1Y4Y5Y6Y7Y0Y1Y2Y3C000HD000HE000HF000H8000H9000HA000HB000HP2.4(A12)P2.5(A13)P2.6(A14)P2.7(A15)图1-1（2）LED显示：实验系统上装有16只发光二极管及相应驱动电路。见图1—2的LI~L16为相应发光二极管驱动信号输入端，该输入端为低电平“0”时发光二极管亮。VCCVCCR15LED15L15R1LED1L1R2LED2L2R16LED16L16图1-2（3）逻辑电平开关电路：见图1-3实验台上有8只开关K1~K8与之相对应的K1~K8引线孔为逻辑电平输出端。开关向上拨相应插孔输出高电平“1”，向下拨相应插孔输出低电平“0图1-3图1-3K1K2K3K4K5K6K7K8（4）单脉冲电路：实验台上单脉冲产生电路如图1-4，标有和的两个引线插孔为正负单脉冲输出端。附近按钮AN为单脉冲按钮，每按—次产生—个单脉冲。图1图1—4（5）计数器电路，该电路由1片74LS393组成。见图1-5，实验系统上U30的T0~T7为分频输出插孔，另—个插孔T为脉冲输入端。该计数器在上电时由RESET信号清零。当脉冲输入为8.0MHz时，T0~T7输出脉冲频率依次为4.0MHz、2.0MHz、1.0MHz、500KHz，250KHz、125KHz，62.5KHz、31.25KHz。CLKCLKMRQ0Q1Q2Q31312CLKMRQ0Q1Q2Q312T4T5T6T7111098T0T1T2T33456TRST74LS393图1—5(6)脉冲发生器电路：实验台上提供一个8MHz的脉冲源，见图1—6，实验台上标有8MHz的插孔即为脉冲的输出端。图1图1—6实验台上除以上通用电路外，还包括有常用微机接口电路，如A／D、D／A转换电路、定时／计数器电路、锁存器电路、缓冲电路、存储器电路键盘电路以及数码管显示电路等。每一部分电路及连线方法将在实验指导部分详细说明。实验二8051单片机的位处理功能实验（验证性实验，2学时）实验目的：对给定的逻辑表达式，（例如：Y=AVB，Y=A+B+C等）利用8051单片机的位处理功能模拟解逻辑表达式对应的硬件电路。让学生了解用单片机来实现数字逻辑电路的灵活性和方便性。重点： 利用实验系统提供的硬件资源，设计硬件连接，验证用单片机实现的逻辑功能的正确性。实验要求：让学生回顾、观察实验系统的硬件资源，选择信号输入部件（控制输入电平）、信号输出显示部件。设计单片机的引脚分配，并将信号输入部件、信号输出显示部件连接到对应的引脚。设计控制程序，运行程序，使输入遍历所有可能的状态，观察输出状态是否正确，如有问题分析调试。写实验报告。实验三 软件实验（验证性实验，2学时）实验内容：双字节乘法的实现。 实验目的：了解用汇编语言设计较复杂的算术运算程序的特点，掌握MCS-51汇编语言程序设计的过程和方法。实验原理：双字节乘法。被乘数在R2B3中，乘数在R6R7中，结果存放在33H、32H、31H、30H中3、原理分析：单字节乘法指令MULAB结果的低字节在A寄存器中，高字节在B寄存器中；用R2B3表示被乘数R6R7表示乘数，若将每个字节看成256进制数，考虑到高字节的位权是256即28,故可以根据下面的公式进行乘法运算：(R2B3)*(R6R7)＝(R2*28+R3)*(R6*28+R7)＝R2*R6*216+(R2*R7+R3*R6)*28+R3*R7*216表示需要左移2个字节；*28表示需要左移1个字节；故结果应当是：R2*R6R2*R6低字节R2*R7高字节R2*R7低字节R3*R6高字节（33H）R3*R6低字节R3*R7低字节R3*R7高字节＋R2*R6高字节（32H）（30H）（31H）实验要求：根据双字节乘法的原理，画出算法流程图；根据流程图编写汇编语言的程序（定义输入变量、输出变量，便于控制和检查）；运行程序、检查结果、调试程序。实验四 简单输入/输出实验（验证性实验，2学时）实验内容： 利用实验箱提供的8个电平拨动开关和16个LED发光二极管作为输入输出，对8051的P1口进行编程设计实现自己的创意。实验目的： 本单元实验是针8051的P1口编程的实验。通过本次实验，了解8051的P1口的特点（每一位都可以自由地定义为输入或输出）、掌握利用8051的P1口进行I/O接口的扩展技术。在应用编程中要树立系统的意识。实验要求：P1口的低4位接LED指示灯L1~L4，P1口的高4位接电平开关K1~K4；编程要求：让P1口的低4位显示高4位的输入状态：若Kn接低电平则接对应位的Ln的LED灯亮，若Kn接高电平则接对应位Ln的LED灯灭；该实验程序要构成系统循环；对电平开关状态的变化要有实时的反应。运行程序、检查结果、调试程序。写实验报告思考题： 根据自定义的功能，按4个不同的键，LED显示4种不同的闪亮花样。实验五并行I/O可编程芯片接口扩展实验（验证性实验，2学时）实验内容： 利用实验箱提供的8255模块、电平拨动开关和LED发光二极管作为输入输出，对8255的PA口、PB口、PC口进行编程设计，模拟交通灯的管理，学生也可以提出自己的创意，拟订实验题目。实验目的： 本单元实验是针对可编程I/O接口芯片8255的实验。通过本次实验，了解可编程芯片带有共性的特点（一般都具有控制端口、状态端口、和数据端口，对可编程芯片的操作主要是向对应的端口地址中读写数据）、掌握8255控制字的设置以及利用8255进行I/O接口的扩展技术。在应用编程中要树立系统的意识。实验要求：独立选择实验仪上的相关硬件资源，独立设计；该实验程序要构成系统循环；运行程序、观察结果、调试程序。写实验报告实验六键盘扫描和数码管显示综合实验（综合性实验，4学时）实验内容： 本单元实验是针对可编程I/O接口芯片8155的实验。通过对5103H实验箱键盘扫描部分和LED数码管显示部分电路原理的解析，编写键盘扫描程序和LED数码管显示程序。实验目的： 在问题的解决中，CPU要同时处理键盘扫描和数码管显示问题，所以这个实验主要使锻炼学生对CPU运行时间的调度能力和对复杂问题的综合处理能力。从应用角度来说这也是一个基本的能力。实验要求：理解键盘扫描和数码管显电路的硬件原理和显示扫描、键盘扫描的算法原理；设计显示扫描子程序、键盘扫描子程序；设计一个能构成系统循环的主程序，主程序中除完成系统的初始化外，还能够不停的调用显示子程序和键盘扫描子程序，把键盘输入的键码值以二进制形式显示在数码管的最右2位；运行程序、观察结果、调试程序。写实验报告实验七8051单片机内部定时/计数器设计实验（验证性实验，4学时）实验内容：采用CTC中断控制技术，实现数字电子钟的设计，主程序循环主要进行时间的显示和键盘扫描，通过修改相关寄存器的值进行时间设置。时间采用24小时制，利用实验箱上的数码管显示时间，时.分.秒各使用2位数码管。实验目的：在问题的解决中，CPU要同时处理键盘扫描和数码管显示问题，所以这个实验主要使锻炼学生对CPU运行时间的调度能力和对复杂问题的综合处理能力。实验要求：理解8051单片机内部定时/计数器电路的硬件原理和TMOD、TCON等相关寄存器的控制功能，会根据应用需要设置相关的寄存器；合理地分配主程序和中断子程序的功能；显示部分可以直接调用实验六的结果；运行程序、观察结果、调试程序。写实验报告实验八D/A转换实验（验证性实验，2学时）实验内容：利用实验箱上提供的0832模块，进行数/模转换的硬件电路连接，编写转换程序，