单片机及接口电路实验讲义

单片机及接口电路

实验讲义

聂思敏编著

2005-2

目录

第一章概述.........................................................1

第二章实验系统组成和结构......................................3

第三章板上仿真器使用方法..........................................12

第四章MCS51系列单片机实验.......................................18

软件实验

1.存储器块清零............................................19

2.二进制到BCD码转换....................................20

3.二进制到ASCH码转换...................................21

4.内存块移动..............................................22

5.程序跳转表..............................................23

6.数据排序...............................................24

硬件实验

1.P1口输入输出..........................................25

2.交通灯控制............................................27

3.继电器控制..............................................29

4.用74LS273扩展I/O□.......................................................................30

5.PWM转换电压实验.......................................31

6.音频控制................................................32

7.串行数转换并行数........................................33

8.并行数转换串行数........................................35

9.计数器实验..............................................37

10.外部中断实验............................................38

11.定时器实验..............................................40

12.D/A转换实验..........................................42

13.A/D转换实验..........................................44

14.外部中断实验（急救车与交通灯）.............................46

15.8255输入，输出实验.......................................48

16.八段数码管显示..........................................49

17.键盘扫描显示实验........................................51

18.电子时钟................................................53

19.单片机串行口通讯实验....................................55

20.直流电机控制实验........................................57

21.电子琴...................................................59

22.步进电机控制实验.........................................61

23.空调温度控制实验.........................................63

24.计算器实验...............................................66

第五章附录A汇编程序清单.......................................68

第六章附录BC语言程序清单....................................112

第一章概述

Lab2000仿真实验系统由板上仿真器、实验仪、仿真软件、开关电源构成。

1.1系统实验板

实验板提供以下实验

/1\

\(/)数模变换电路

/2\

\(/)模数变换电路

/3\

\(7逻辑电平输入开关

/4\

\(/)逻辑电平显示电路

/5\

\(/)单脉冲电路

/6\

\(/)

7逻辑笔电路

/\

\(/)

81MHz及500KHzHH脉冲信号源

(/)\

\9/PWM转换电压电路

(/

\1模拟量电压(电位器)电路

/f

\(v串口通信实验电路

(11)扬声器驱动电路

(12)继电器控制电路

(13)逻辑门电路

(14)六位8段码LED数字显示器

(15)4x6键盘

(16)存贮器

(17)通用集成电路插座(DIP40/28/24/20/18/16/14)

(18)地址，数据及控制电路总线接出插座

（19）步进电机实验

（20）打印机驱动实验

（21）传感器实验

（22）直流电机实验

1.2仿真器系统构成

本仿真实验系统具有三种使用方法：

（1）无微机，仅用实验仪的板上仿真器进行仿真和实验。

（2）有微机，用微机上的DOS软件驱动板上仿真器进行仿真和实验。

（3）无实验仪、无仿真器，仅在微机上采用软件模拟方式进行仿真。

1.3实验系统自带键盘和显示器，自带系统监控程序。如果没有微机也照样进行各种学习

和实验。

1.4配备有DOS的PC机系统软件，在有微机的情况下，通过外接仿真器实现64K全空间的

硬件断点和仿真。

第二章实验系统组成和结构

实验系统可实现MCS51单片机原理与接口，并在硬件上预留了自主开发实验的空间。该

实验系统对基本实验仅需少量连线就可进行，同时也提供了一些需较多连线的扩展性实验

以进一步锻炼动手能力。止匕外，它还提供了强大的软硬件调试手段。

§2.1实验系统的硬件组成

2.1LED6位数字显示器

2.24x6键盘电路

实验仪已经将LED显示电路和键盘电路集成到一个集成电路中。LED显示和键盘的等效

电路如图1。其中的UI,U2,U3,U4并不实际是74LS系列电路，它们都被集成在CPLD现

场可编程器件内，U5是74164移位寄存器，可以实现串行数到并行数的转换，U6是有反向

功能的驱动电路MC1413,向U3的地址（FE04H）分别发高电平和低电平，也就是向U5（74164

移位寄存器）发时钟信号，向U4的地址（FE06H）所发的数据，被送到U5（74164移位寄

存器）的数据口，这个数据被时钟信号送入U5（74164移位寄存器），转换成并形数据，做

为LED的段码。向U1地址（FE02H）写的数据经U6（MC1413）反相驱动后，做为LED的

位码，用于选择的LED位，每次点亮一位，循环显示6位LED显示器，向U1地址写的数

据也可以做为键盘列扫描码，从U2地址（FEOOH）读回的数据是键盘行数据，U1输出的列

扫描码经U2读入后，用来判断是否有键被按下，以及按下的是什么键。如果没有键按下,

由于上拉电阻的作用，经U2读回的值为高，如果有键按下，U1输出的低电平经过按键被

接到U2的端口上，这样从U2读回的数据就会有低位，根据U1输出的列信号和U2读回的

行信号，就可以判断哪个键被按下。

LED的段码是要经过移位输出的，移位的时钟信号地址为0FE04H,数据信号地址为

0FE06H,LED的位码及键盘扫描码输出地址为0FE02H,读回键码的地址为OFEOOH。

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3

Q0

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Q2王

3互defgdjabcdefabcdefgdj

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74LSI64

74LS74

SQ

DAT164Oau.

fCLK99UJ99f

(Addr:0FED6H)90SDOl

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74LS7479A

一RA10K

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我Q

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(Addr:0FE04H)46BN

10K

---

8Q-1--------1----------(

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3r

10K

---

---

U274LS245F一

Er

D以

10K

KEYIN--

19E一-

41----------

(Addr:OFEOOH)

2A7B7

gA6H6

2A5B5

7A4H4

3A3B3

4A2B2

A1B1巨

A0B0if

c

OUTBITc

(Addr:0FE02H)LJ

18DIJ8iQ819

nD7Q7叵

14D6Q6iT

13D5Q5

JD4Q4

JD3Q3

JD2Q2

3D1Q1

DATABUS

UI74LS273

图1：键盘及LED显示电路

2.3LED电平显示电路

实验仪上装有8只发光二极管及相应驱动电路。见图2,LO-L7为相应发光二极管驱动信

号输入端，该输入端为高电压电平“1”时发光二极管点亮。我们可以通过P1口对其直接

进行控制，点亮或者熄灭发光二极管。

2.4逻辑电平开关电路

实验仪上有8只开关KO—K7,并有与之相对应的KO—K7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”。见图3

图3：逻辑电平开关电路

2.5单脉冲电路

单脉冲电路由按键(PULSE)和去抖动电路组成，每按一次(PULSE)键产生一个单脉冲。

其中去抖动电路已被集成到U8芯片中去，单脉冲的输出信号插孔在总线区内，图为

'丁［和“分别为正脉冲和负脉冲。

2.6脉冲发生电路

有两路脉冲信号输出端，1MHz脉冲发生电路已被集成到U8电路中去,500KHz是由1MHz

经U18二分频后得到。两个输出插座分别输出1MHz和500KHz脉冲信号。

分频电路如下：

图4：脉冲分频电路

2.7继电器输出电路

当控制端电平置高，公共触点与常开端吸合。我们可以将常开端接入一发光二极管,

公共端接+5V电平，通过对控制端进行控制，观察发光二极管的状态。见图5。

图5：继电器控制电路

2.8A/D转换电路

实验仪上有一个0〜5V的可调电位器，将可变电压输出端接入A/D转换电路的输入端,

通过CPU软件处理，读进A/D转换值，再将转换值送数码管显示。我们可以调节电位器，

使之输出不同电压值，通过数码管的显示，检验A/D转换正确与否。

B62

R88

IN-026—eINO

5

4B6l

~28IN-127INI

R86——e

IN-5

aD721Ms-2-A1

2D

RD620二27B7?公_vcc

23EOC

ADS192WEOC

AD418二425a。

25ADD-AU30：a

M38C,ADD-B24ai

fKI

图6：A/D转换电路

2.9D/A转换电路

实验仪上提供了D/A转换电路如下图所示。我们可以通过软件编程控制D/A转换芯片

DAC0832,输出相应电流值，经过采样电路取出模拟量电压值，用电压表测量电压输出端子,

读出电压值。

J.lout1

J01

lout2

U13

C0832

Rfb

：-I

JZ3iURI

5

图7：D/A转换电路

2.10PWM转换电路

图8：PWM转换电路

2.11音频放大电路

图9：音频放大滤波电路

2.12可调模拟量输入电路

电位器电路用于产生可变的模拟量。

JTVCC

*-0

工GND

图10：电位器

2.13逻辑测量（逻辑笔）电路

本实验仪上有逻辑测量电路，如图11。可用于测量各种电平，其中红灯亮表示高电平,

绿灯亮表示低电平。如果两灯同时闪动，表示有脉冲信号；两灯都不亮时，表示浮空（高

阻态）。

R12

100k

i---'，

7LM339a

R8?

6.2k

图11:逻辑笔电路

2.14存储器电路

本实验仪上有一片32K存储器61256„在无系统机的情况下，从0000H〜7EFFH可供用

户使用。7E00H〜7FFFH为监控用。在有系统机的情况下，配合外接仿真器，此RAM的全部

空间给用户。地址是0000H〜7FFFH。

2.15逻辑门电路

本实验仪提供系列门电路：非门，或门，与门，D触发器。其中有些已被集成在U8芯

片中。

2.16仿真插座

在有系统机工作时，将E2000或G6W上的34芯仿真电缆插入实验上该插座内。

2.17实验电路插座

本实验仪具有1个40芯通用电路插座和2个20芯通用电路插座，每个插座的全部引

脚都被引出到相应的插孔，40芯通用插座可兼容24和28芯宽间距插座，20芯通用插座

可兼容14芯和16芯插座。利用这些插座，可对双列直插式的各种微机芯片进行实验。

2.18总线插孔

本实验仪上有三排总线插座，用于引出各种总线信号，其中D0〜D7为8根数据总线,

A0〜A15为16根地址总线，CSO〜CS3为4根地址选通线，对应的选通地址如下：均为低电

平有效。

CSO08000H〜09FFFH

CS1OAOOOH〜OBFFFH

CS2OCOOOH-OCFFFH

CS3ODOOOH〜ODFFFH

另外ALE,RD,WD,BHE为控制总线。

第三排总线插孔的定义为上下两档，如果仿8051,定义看上一行，如果仿80cl96,则看下

面一行。

2.19串口通信程序实验插孔

本实验仪在使用外接仿真器或使用板上仿真器时，可以用这两个插孔进行RS232通信

程序实验，通过实验仪的通信电缆可以实现实验仪数据和系统机数据互传。

2.20串口通信选择

选择USER调试用户串口通信程序，将用户的TXD/RXD信号接到相应插孔上，

就可以将串口信号接到PC机上。

选择EMU用WAVE仿真环境驱动实验仪时，要将跳线设置在EMU端，这样就可以将

编译好的程序代码下传到实验上。也可以用WAVE仿真的控制指令控制实

验仪的运行。

2.21CPU选择

在实验仪的右上角有两个跳线器，其中跳线器JP2用于CPU种类的选择

选择18051本实验仪对8051单片机进行仿真。

选择080cl96本实验仪对80cl96单片机进行仿真。

本实验仪上有两个CPU插座，一个为8031,一个为80cl96KC。仿真哪一种CPU,就插哪一

种CPU芯片，两种CPU芯片不能同时插。所插CPU的种类应和跳线器的选择相同。

2.22仿真方式选择

跳线器JP1用于仿真方式的选择。

选择1LocalCtrl不用系统机仿真，仿真仪上的键盘和LED显示器既可作为

监控系统用，也可以作为用户资源.软件断点。

选择0EXT_CTRL用系统机和仿真器进行仿真，断点空间为64K,键盘和LED

显示器都作为用户资源。硬件断点.

第三章板上仿真器使用方法

在无系统机的情况下，可以用实验仪上的键盘和LED显示器作为监控来进行仿真。开

启电源，在LED上出现CPU的型号,如8051„

采用这种工作方式时，仿真仪上的键盘和LED显示器既可作为监控系统用，也可以作为

用户资源.当仿真仪未运行时，键盘和LED属于系统监控，用户用以输入程序，单步等，

一旦运行时，显示器都作为用户资源。无系统机时，应先用汇编语言写好程序，用人工方

法或者利用PC机把汇编语言翻成机器码，再用实验仪上的键盘将机器码输入，然后用

Trace键，Here键，Step键进行调试，用Exec键使程序运行。

3.1.1在无系统机的情况下，仿真的空间分配如下:

OOOOOh,——O7EFFH,用户程序使用的RAM,ROM

07F00H——O7FFFH,仿真系统使用的RAM

08000H——ODFFFH,用户I/O扩展空间

OEOOOH——OFFFFH,监控及I/O端口

3.1.2键盘使用说明

日日日日日日

Q®®®

①②③©SS

实验仪共有6位LED发光数码管，左边4位为地址位，右边2位为数据位。当地址位

4位数均有数值时，表示地址是程序存储器的地址或数据存储器的地址。当地址数码管只

有2位时（右边2位发光，左边2位暗），表示内部寄存器地址。当地址数码管只有3位时

（最左面1位暗，第2位显示“0”，第3和4位是数字），表示是内部特殊寄存器（SFR）

的地址。最右边的两位是数据位，它表示的是左边显示的地址单元中的数据。

面板上共有24个小键盘，为了介绍和使用时查找方便，约定用方括号表示按键，例如，

［RST］表示面板上的“RST”键。

3.1.3［RST］键［整机复位键］

整机复位键，复位后数码管的地址位显示“8051”字样，表示复位操作完成。复位后程序

存储器和外部数据存储器中的内容不变，程序指针回到0000处。CPU内部寄存器复位后为

单片机复位操作规定的值，即有的寄存器的数据不变，有的寄存器中的数据被复位。

3.L4［0..F］键［数字输入键］

数字键，用于输入16进制数。仿真器中的数据和地址均是用16进制表示。

3.1.5［MON］键［监控键］

表示某些操作已结束，某些操作的所有步骤完成后，按M0N键表示操作结束。

3.1.6［Trace］键［跟踪执行键］

在调试程序时先按［M0N］键，最左侧一只LED数码管出现“P”字符，这时［Trace］档起

作用，每按一次［Trace］便执行一条用户编写的单片机指令，如果遇到“CALL”这类调用

命令时，跟踪到调用内部。执行一条指令，可逐条检查用户程序的执行情况。

3.1.7［Step］键［单步执行键］

用户调试程序时每按一次［Step］键，执行一条命令。但是，当执行到调用语句时，按一

次［Step］键将执行调用所含的所有语句，［Step］与［Trace］不同的是，［Trace］遇

到调用语句将进入调用语句内部仍然一步一步地执行。

3.1.8［Last］键［地址减1键］

它有2个作用：

1.触发显示寄存器和存储器中的数据

2.地址减1

触发显示寄存器和存储器中的数据

刚在地址位上输入了寄存器或和存储器中的地址时，数据显示数码管是暗的未发光，

此时，第一次按［Last］键，数据显示数码管开始显示数据。

地址减1操作

当在仿真器上输入地址后，在第二次以及之后的各次按键时，每按一次［Last］键，

地址值自动减1,地址值所对应的数据同时更换。

3.1.9［Next］键［地址加1键］

它有2个作用：

1.触发显示寄存器和存储器中的数据

2.地址加1

触发显示寄存器和存储器中的数据

刚在地址位上输入了寄存器或和存储器中的地址时，数据显示数码管是暗的未发光，

此时，第一次按［Next］键后，数据显示数码管开始显示数据。

地址加1操作

当在仿真器上输入地址后，在第二次以及之后的各次按键时，每按一次［Next］键，

地址值自动加1,地址值所对应的数据同时更换。

3.1.10［Here］键［断点运行键］

设置中断程序运行的地址，使程序执行到中断地址处停止执行，在中断地址处等待新

的操作命令（如RUN、STEP、TRACE等）。设置中断点时有两种情况：

1.程序从0000地址处执行的中断点

①.按［RST］复位，再［M0N］键，数码管显示“P”。

②.输入4位地址。

③.按［Here］

按Here后，程序自动执行到中断点，此时显示中断点的地址和A寄存器中的内容。按Here

键一是确定中断地址，同时启动了程序，并使程序执行到中断点停下来等待用户的命令。

2.先使程序执行到某处，再设置中断点

①.先用单步（Step）、跟踪（Trace）,中断等运行方式使程序执行的某处停止。

②.按“MON”键，使仿真器地址数码管显示“P”。

③.输入中断的地址值

④.按“Here”键

⑤.程序自动从设置前的停止处执行到所设的中断地址处。

3.1.11［Exec］键［全速执行键］

用仿真器调试程序时，设置好执行的初始地址后，按［Exec］可自动执行程序。

3.2脱机仿真

下面根据仿真时的各类需要，逐一介绍有关的操作方法。

3.2.1将汇编源程序转换为机器码

在仿真工作之前，应把汇编源程序转换为机器码。可用人工查手册的方法逐条翻译成机器

码，在翻译成机器码的同时还要为各条机器码安排地址。也可用计算机自动汇编并生成列

表文件，列表文件是指同时含有源程序、机器码和机器码地址的文件。用计算机生成机器

码可避免人工翻译造成的人为错误，汇编的效率也远高于人工翻译。

3.2.2输入程序的机器码

3.2.2.1由计算机输入程序机器码

为了节省输入机器码的时间，可先由计算机向仿真器输入机器码，然后再脱离计算机独自

仿真。用计算机输入程序时先用：MCS51/S1命令启动软件，调入用户的汇编源文件，选

择仿真模式，执行汇编命令，汇编结束后机器码自动装入仿真器中。然后，关断计算机和

仿真器的电源，拔出RS232接口插头。

3.2.2.2人工输入程序机器码

如果没有计算机时，则用人工方法输入。人工输入的方法是：

(1).按［RST］键，整机复位。

⑵.按［MON］键，使地址数码管出现“P”字符。

⑶.输入4位地址码，此时地址位上显示的是输入的地址数，数据位上的数码管不亮。

⑷.先按［Next］或［Last］键，数据位上的数码管闪烁，此时，再输入2位数据。

⑸.程序输入完毕，可依次按［RST］、［MON］、4位地址数、［Next］键，检查输入的机

器码，不断地按［Next］或［Last］键，可依次逐个检查各个地址中的数据，数据形

式是16进制。

3.2.4执行程序

3.2.4.1跟踪执行程序

当需要由用户通过键盘控制，逐条执行程序，以便检查单片机内部和外部电路时，可采用

跟踪执行的方式。跟踪执行时如果遇到调用指令，仿真器将使程序的指针进入被调用的程

序段内部。跟踪执行键:Trace］,以跟踪方式执行程序的操作方法是：

⑴.按［RST］键整机复位。

(2).按［MON］键使地址数码管出现字符“P”。

⑶.输入程序执行的起始地址，此时，4位地址数码管显示地址值，数据数码管暗。

(4).按［Trace］键，数据数码管亮，此后每按一次［Trace］键，执行一条指令。

3.2.4.2单步执行程序

单步执行程序的作用与跟踪执行相仿，区别是单步执行遇到调用时，将自动连续地执行调

用内部的所有指令，然后停在调用执行后的第一条指令上，可继续单步执行。单步执行键

［Step］的详细说明见第5.1.5条，以单步方式执行程序的操作方法是：

⑴.按［RST］键整机复位。

⑵.按［MON］键使地址数码管出现字符“P”。

⑶.输入程序执行的起始地址，此时，4位地址数码管显示地址值，数据数码管暗。

（4）.按［Step］键，数据数码管亮，此后每按一次［Step］键，执行一条指令。

3.2.4.3全速执行程序

当需从用户指定的程序地址处开始全速运行整个程序，或全速运行到断点处时，可采用全

速执行方式。

全速执行的操作方法是：

（1）.按［RST］键，整机复位。

⑵.按［MON］键使地址数码管出现字符“P”。

⑶.输入程序执行的起始地址，此时，4位地址数码管显示地址值，数据数码管暗。

（4）.如果需要设置断点，可按上面介绍的［Here］命令。

⑸.按［Exec］键，全速执行。程序运行时地址数码管数据数码管均暗。

（6）.按［RST］中断运行。

3.2.4.4检查执行结果

当运用上述的各种执行方式运行程序时，需要及时地了解程序执行的结果，而运行结果很

大程度上是由单片机内部各个部分的当前值来反映的。仿真器提供了查看单片机（由仿真

器模仿）内部各个部分情况的功能，检查执行结果的主要任务就是查看单片机内部的情况。

检查单片机内部各个寄存器、累加器、接口电路的方法在下面讲述。

检查和修改单片机内部寄存器数据

在调试过程中，如果需要查看当前状态下内部寄存器的情况，可按下列步骤进行：

⑴.查出单片机内部寄存器地址码。如R1地址为OlHo

⑵.根据内部寄存器地址码输入2位地址码，此时地址数码管的右2位显示地址数，左2

位暗。

⑶.按［Next］或［Last］键，使数码位出现内部寄存器中的数值。

（4）.如果要查看相邻地址的寄存器的内容，可继续按［Next］或［Last］键。

⑸.如果要修改内部寄存器中的内容，可按数字键［0］…［F］。

检查和修改单片机内部专用寄存器（SFR）数据

在调试过程中，如果需要查看当前状态下单片机内部专用寄存器（SFR）的情况，可按下列

步骤进行：

⑴.查出单片机内部专用寄存器（SFR）地址码。如ACC地址为E0H„

⑵.仿真器规定专用寄存器地址要用3位数表示，专用寄存器的地址是2位，需先输入一

个先导“0”，再输入2位专用寄存器地址码。地址输入后，此时地址数码管的右3位显示

地址数，最左1位暗。

⑶.按［Next］或［Last］键，使数码位出现专用寄存器中的数值。

(4).如果要查看相邻地址的专用寄存器的内容，可继续按［Next］或［Last］键。

⑸.如果要修改专用寄存器中的内容，可按数字键［0］…［F］o

注意：在查看专用寄存器时，不可按［RST］键，因为按此键后各个专用寄存器中的内容将

被复位。

检查和修改单片机程序存储器和外部数据存储器

(1).按［MON］键，地址数码管出现“P”字样。

⑵.输入4位地址，此时4位地址数码管亮，2位数据数码管暗。

⑶.按［Next］或［Last］键，2位数据数码管亮，显示的即为4位地址单元中的机器码值，

如要修改则可按司］…［F］键。

(4).再按［Next］或［Last］键可查看相邻的地址中的机器码值。

第四章MCS51系列单片机实验

§4.1系统的安装和启动

1、仿真开发系统集成调试软件的安装和使用见WAVE仿真开发系统使用手册。

2、用户根据实验要求，进行MCS51单片机实验时，应在U2插座上插入8031或8032

芯片(如果68脚的U1插座上装有80C196芯片应将其拨下)。CN2上的扁平电缆可不用拔

下。

3、将串口通信选择设在EMU位置，JP1设在1位置选择仿真8051。

4、将配套的串行通讯电缆的一端与实验台的RS2329芯D形插座相连，另一端与

PC相的串行口相连。

5、将实验台的电源线与220V电源相连。(实验结束后应拔下)

6、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，RS232插

口旁的绿色指示灯亮。指示灯闪烁表示仿真系统正与PC机通讯或正在执行用户程序。

7、打开计算机电源，执行WAVE集成调试软件。

注意：

(1)无论是集成电路的插拔、通讯电缆的连接、跳线