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文本内容:
单片机原理及其应用实验指导书(2012级本一)南通大学电气工程学院2014年10月前言单片机目前已广泛应用在智能仪表、工业控制、家用电器等各个领域,成为现代电子系统的一个极其重要的组成部分,对于电类专业学生来说,掌握单片机知识,具备基本应用技能,才能符合当前社会对专业人才的要求单片机是一门应用性极强的课程,学生在掌握基本理论知识的基础上,更要通过实验训练,提高其调试动手能力,学会解决具体问题的思路和手段,具备初步的系统设计和调试能力因此,为了更好地做好单片机课程的软硬件实验,特编写本实验指导书,书中叙述了各实验的目的、要求,对于设计性实验,给出了列出了接线图、程序结构框图和清单学生按要求完成本实验指导书中的实验,可基本掌握MCS-51单片机的结构原理、接口技术以及程序设计技巧另外
一、所有实验都是相互__的,次序上也没有固定的先后关系,在使用本书进行教学时,教师可根据教学要求,选择相应实验
二、对同一问题的解决方法往往不是唯一的,欢迎各位指导教师在使用本实验指导书的过程中提出更完善的实验方案,指出书中的错误和不足,并希望大家反馈给我们,以便及时修改目录第一章集成__环境简介……………………………………1第二章演示程序………………………………………………9第三章实验项目………………………………………………15实验一简单程序设计实验………………………………………15实验二I/O口实验………………………………………………18实验三定时器实验………………………………………………20实验四A/D、D/A转换实验……………………………………21实验五并行接口扩展实验………………………………………25第一章集成__环境简介SuperI__S-5180C51单片机实验仪使用当前流行的KeilC51__软件,采用uVision2集成__环境
1.1KeilC51简介KeilC51软件是德国Keil公司__的功能完善的C51__软件,近年来在国内得到了迅速普及Keil包括以下几个部分uVision2IDE、C51编译器、A51汇编器、LIB库管理器、BL51连接器/定位器、uVision硬件调试器、RTX51实时多任务操作系统Keil软件的最新版本是
7.50用户可以向Keil公司或国内代理商__正版软件或索取Demo版本,也可以直接到Keil____(http://___.keil.com)下载
1.2uVision2集成__环境uVision2集成__环境如图1-1所示,有编辑、项目、输出等3个大窗口和File、Edit、View、Project、Debug、Periherals、Tools、SVCS、Windows、Help等下拉菜单
1.
2.1创建、保存工程文件在uVision2环境下,使用工程来管理各个文件为了开始新的工程,选择“Project/NewProjiect”选项,出现如图1-2所示界面然后选择此新工程要保存的路径,键入项目名称并保存,项目名称将会出现在集成环境的左上端,名称后缀为“.uv2”,如图1-3所示注意项目名称最好不要超过8个字符、尽量不采用中文,与软件编程时变量的命名习惯一致
1.
2.2MCU选择接着系统出现“SelectDevi__forTarget”界面,要求选择目标硬件系统的MCU,如图1-4所示选择要__的目标硬件系统的MCU,__“确定”即可对于SuperI__S-51实验仪,应选择Atlmel的AT89C
511.
2.3添加源文件如图1-5所示,在“Target1/Sour__Group1”上__右键,选择“/AddFilestoGroup‘Sour__Group1’”后,出现如图1-6所示界面,添加所要的源程序源程序包括“*.C”、“*.A__”、“*.LIB”、“*.A51”等
1.
2.4目标硬件系统配置源程序添加完毕后,进行“OptionforTarget”的设定在菜单栏中,选择“Project/OptionforTarget…”,出现如图1-7所示界面__Target选项卡,输入目标硬件系统的晶振频率,本实验仪为
11.0592MHz;__Output选项卡,选中CrestHexFile选项,在编译时系统将会自动生成目标代码文件*.HEX;__Debug选项卡,如图1-8所示,选择仿真模式等uVision2的仿真模式分为UseSimulator(软件仿真)和Use(硬件仿真)2种其中UseSimulator选项是将uVision2调试器设置成软件模拟仿真模式,在此模式下不需要实际的目标硬件就可以模拟8051单片机的很多功能UseSimulator中的“LoadApplicationatStart”是装入程序的复选框,“Gotill__in”是表示从应用程序的主函数开始执行的复选框除非有特殊情况,一般都同时使用这两复选框Use选项有高级的GDI驱动(I__S仿真器)和KeilMonitor-51驱动运用此功能可以把KeilC51嵌入到自己的系统中去,从而实现在目标硬件上调试程序实验仪选择“usekeilMonitor-51Driver”选择“loadApplicationatstart”,在启动时直接装载程序,选择“Gotill__in”,C51__时,装载后直接运行到__in函数硬件仿真模式下还需配置波特率等,__“Settings”选项,如图1-9所示选择“serialinterrupt”,在前面打勾,否则装载过程中,仿真器会发出“嘀”一声长声__,仿真结果将可能不正确选择正确的串口号,波特率最高为38400;建议只选cachecode注如果用U__转232之类的转接头,PORT一般不会是COM1,而是根据具体串口号选择
1.
2.5程序编译、连接与下载使用“Project”下拉菜单中的编译命令,“BuildTarget”()只编译和连接在项目窗口中的修改过的程序;“RebuildallTargetFile”()编译和连接项目里所有的源程序文件编译等无误后,使用菜单栏中的“Debug”下“/start/stopDebugSession”或使用快捷方式进入硬件调试系统,如图1-10所示“Debug”下“Step”或用快捷方式进行单步(进子程序)调试;“Debug”下“StepOver”或用快捷方式进行单步(不进子程序)调试;“Debug”下“Runtocursorline”或用快捷方式进行运行到当前光标处调试;“Debug”下“Go”或用快捷方式进行全速运行,直到下一个有效断点;“Debug”下“/start/stopDebugSession”进入、退出硬件调试系统环境另外,“Debug”下还有“stoprunning”、“rst”等操作第二章演示程序为了更好地熟悉uVision2集成__环境仿真__系统的应用,本指导书提供了一个完整的程序编译、调试例子,详细说明集成环境下的各种操作程序内容将1~10十个数相加,并把其和放入内部RAM30H单元这个问题有好几种算法,如果单纯从算法上来说,下面所列算法并不是最优的,因为其目的在于让你熟悉仿真系统的各种操作算法介绍1.加数、被加数、和最终单元(SUM)首先设置初始值,分别为
1、
0、0,加法次数单元(R2)设为10;2.每次加法所得中间结果存放在被加数单元中(累加器ACC),同时将加数单元增1;3.做完一次加法后,加法次数单元减1,并判断是否已为0(即已做完10次加法),如果不为0,继续做下次加法,若为0,则将累加器内容赋值给和最终单元;4.做完后,程序原地循环算法流程图及源程序分别如下源程序;变量DATA_REG中的内容为加数(1-10);;ACC中的内容为被加数,同时也是每一次加法后的和中间结果存放单元;;做完10次加法后,再将ACC内容放入指定的和单元SUM中;********************************************************DATA_REGEQU31H;定义加数单元SUMEQU30H;定义和单元;=========================================================ORG0000H;复位后PC指针LJMP__IN;---------------------------------------------------------ORG0100H;从程序存储空间0100H单元放程序__IN:MOVSP#70H;堆栈指针从复位后的07H调整到70HMOVDATA_REG#1;加数单元初始值为1MOVSUM#00H;和单元初始值为0MOVR2#10;加法循环次数为10CLRA被加数单元初始值为0CLRC;进位初始值为0ADD_LOOP:ADDCADATA_REG;被加数+加数,结果放入ACCINCDATA_REG;加数增1DJNZR2ADD_LOOP;10次加法未做完,继续做MOVSUMA;10次加法已做完,将和放入SUM单元LJMP$;原地循环;*********************************************************END
2.1打开仿真环境,新建一个工程文件按第一章介绍建立一个工程名为“test.uv2”的工程文件,选择目标硬件系统的MCU为Atlmel的AT89C51;目标硬件系统配置选择“UseSimulator”,其余配置参考第一章介绍
2.2输入源程序单击菜单“File/New”出现源程序编辑窗口,输入源程序,以“*.a__”保存,选择“/AddFilestoGroup‘Sour__Group1’”,将此源程序添加到工程中,如图2-1所示
2.3源程序编译、连接单击“project/rebuildalltargetfiles”菜单或者按按纽,仿真环境则对源文件进行编译连接,视程序正确与否,有两种编译结果若程序无误,编译通过,出现如图2-2所示的编译信息窗口,说明编译成功若源程序有误,则出现如下的编译连接信息窗口,说明编译错误可双击错误信息,则在源文件编辑窗口中自动显示出错信息所在行
2.4程序调试源程序编译通过并不代表程序就一定正确,这只能说明程序已经没有语法上的错误了,至于在算法、流程上是否正确,则需要对程序进行调试,如果程序运行结果符合事先设计的算法、流程,那么这才能说编写的程序是正确的初学者很容易犯急噪的毛病,即程序编译通过后,急着让程序连续运行,若运行通过(即结果正确),则认为程序就正确了,其实,这样做并___明程序完全正确,有时一个程序对于某些初始条件,可以得到正确结果,而初始条件改变后,却发现结果错误程序调试的一般做法是编译、连接通过后,不要急于让程序连续运行,而是先进行手动的单步调试,随时观察各个变量、RAM单元、流程跳转等是否符合算法规定,排除各种非语法性错误,直至程序完全正确;对于复杂程序,必须设计成模块化结构,调试时一个一个模块单独调试,每个模块均正确后,再进行整个程序的调试在调试过程中,充分利用断点、变量窗口、寄存器窗口、内部RAM窗口等各种工具,提高程序调试效率编译通过后,使用菜单栏中的“Debug”下“/start/stopDebugSession”或使用快捷方式进入硬件调试系统,如图2-4所示为了观察每一次加法过程的变化,可通过“View/MemoryWindow”打开存储器观察窗口,在“Address”栏中输入“D XXH”(XX为地址),观察内部RAM各单元变化情况“Address”栏中输入“D”表示内部RAM,“X”表示外部RAM,“C”表示程序存储空间可以用“Debug”选项下各种调试手段调试程序,如单步(进子程序)、单步(不进子程序)、运行到当前光标处、断点运行、全速运行等,以及停止、复位等等,以便进一步熟悉仿真系统的各种操作第三章实验项目本实验指导书所涉及原理图见《12级本一单片机__板原理图.pdf》实验一简单程序设计实验
一、实验目的掌握uVision2IDE单片机集成__软件的应用,熟悉单片机仿真__环境,掌握基本的单片机软件调试方法,为后续实验做好准备掌握单片机内部RAM之间、内外RAM之间、外部RAM之间的数据传送操作;掌握MCS-51汇编语言程序设计方法本实验用纯软件仿真
二、实验内容
1、置数程序把2000H~20FFH的内容全部置成55H
(1)实验程序框图
(2)实验步骤用连续或单步方式运行程序,检查2000~20FF单元中程序执行前后的内容变化
(3)思考假使把2000H~20FFH中的内容改成FFH,如何修改程序
2、拆字程序把2000H的内容拆开,高位送2001H低位,低位送2002H低位,2001H、2002H高位清零,一般本程序用于把数据送显示缓冲区时用
(1)实验程序框图
(2)实验步骤用连续或单步方式运行程序,检查2000H~2002H单元中内容变化情况
(3)思考如何用断点方式调试本程序
3、内部、外部RAM数据传送程序按以下要求自行设计程序流程图,编写、调试程序1内部RAM之间数据传送;将内部RAM40H~4FH单元内容传送到内部RAM60H~6FH单元中源数据(首址存放在R2单元中);目的数据(首址存放在R4单元中);数据字节数存放在R6单元中2内外RAM之间数据传送;将内部RAM40H~4FH单元内容传送到外部RAM2040H~204FH单元中源数据(首址存放在R2单元中);目的数据(首址存放在DPTR0中);数据字节数存放在R6单元中3外RAM之间数据传送;将外部RAM1000H~1111H单元内容传送到外部RAM2000H~2111H单元中源数据(首址存放在DPTR0中);目的数据(首址存放在DPTR1中);数据字节数存放在R
6.R7单元中实验二I/O口实验
一、实验目的
(1)学习单片机I/O口的使用方法;
(2)学习延时子程序的编写;
(3)掌握基本的单片机硬件调试方法
二、实验预备知识
(1)P1口为准双向口,每位都可__地定义为输入或输出,在作输入使用前,必须向口锁存器相应位写入“1”,该位才能作为输入;
(2)本实验中延时子程序采用循环来实现,定时时间=机器周期时间*程序总机器周期数(本实验提供的仿真头晶振频率为
11.0592MHz)
三、实验内容P1口做输出口,接八只发光二极管,编写程序,使发光二极管循环点亮
(1)左移点亮1只发光二极管;
(2)右移点亮1只发光二极管;
(3)左移点亮2只相邻发光二极管;
(4)右移点亮2只相邻发光二极管
四、实验程序框图给出实验内容
(1)参考流程图,其余内容自行设计
五、实验硬件连线学生学习板上P10---P17按顺序连接到发光管D1---D8,无需另行接线
六、实验思考
(1)修改延时常数,改变发光二极管闪亮时间;
(2)修改程序,改变发光二极管闪亮个数、方向实验三定时器实验
一、实验目的
(1)学习单片机定时器的使用方法;
(2)掌握单片机长定时方法;
(3)掌握基本的单片机定时器调试方法
二、实验预备知识本实验提供的仿真头晶振频率为
11.0592MHz,定时器工作方式1下最长定时时间为65536*12/
11.0592=71111us,如果要求定时时间大于此值,则可采用多次定时方法来实现长定时
三、实验内容编写程序,使定时器每500ms对内部RAM单元40H的内容加1,然后用P1口控制的8只发光二极管显示40H单元的二进制数值
四、实验思考修改定时时间,改变数值显示速度变量观察区存储器观察区输出信息窗口编辑区工程项目窗口项目名称栏工具菜单栏快捷图标图1-1uVision2集成__环境图1-2创建新工程图1-3保存新工程图1-4MCU选择图1-5添加源文件图1-6选择待添加的源文件图1-7目标硬件系统配置图1-8debug配置图1-9串口等配置图1-10硬件调试系统界面加数、被加数(和中间结果)、和最终结果单元、加法次数单元初始化被加数+加数,结果放在被加数(和中间结果)单元结果放入和最终单元已做完10次加法?NY加数增1堆栈初始化图2-1包含源程序的工程界面图2-2编译成功的信息窗口图2-3编译不成功的信息窗口图2-4程序调试界面开始R0=0055H送2000HDPTR+1,R0+1结束R0=FFHHNY开始2000H内容送A高低位交换,屏蔽高位后送2001H2000H内容送A屏蔽高位后送2002H结束开始P1口初始化点亮1位发光管延时A左移一位PAGE14。