51单片机原理及应用实验指导书Word格式文档下载.docx

1、5、 系统的联机运行模式：即配有系统调试软件，系统调试软件分DOS版和WINDOWS版两种，均为中文多窗口界面。调试程序时可以同时打开寄存器窗口、内存窗口、变量窗口、反汇编窗口、波形显示窗口等等，极大地方便了用户的程序调试。该软件集源程序编辑、编译、链接、调试与一体，每项功能均为中文下拉菜单，简明易学。经常使用的功能均备有热键，这样可以提高程序的调试效率。8051调试软件不仅支持汇编语言，而且还支持C语言编辑调试。6、 系统的单机运行模式：即系统在没有与计算机连接的情况下，自动运行在单机模式，在此模式下，用户可通过键盘输入运行程序（机器码），和操作指令，同时将输入信息及操作的结果在LED数码管

2、上显示出来。7、 系统功能齐全，可扩展性强。本实验系统不仅完全能满足教学大纲规定的基本接口芯片实验，其灵活性和可扩展性（数据总线、地址总线、控制总线为用户开放）亦能轻松满足其课程设计、毕业设计使用等。1.2系统概述1.2.1 系统的基本结构EL-MUT-III 型微机/单片机教学实验系统是以微处理器8051为核心构成的微型计算机系统。采用扩展总线的形式构成。如图1-1所示。ROM与片外ROM独立编址，寻址空间为64K，片外RAM与I/O扩展统一编址，总寻址空间为64K 图1-1 实验系统的基本结构 1、 微处理器：i80c31，它的P1口、P3口皆对用户开放，供用户使用。2、 时钟频率：6.0

3、MHz3、 存储器：程序存储器与数据存储器统一编址，最多可达64k. 图1-2 PC机和实验系统的基本连接1.2.2 存储器基本地址分配EL-MUT-III 型单片机/微机教学实验系统的存储器容量：1）板载ROM（监控程序27C256）12k；在程序存储器中，0000H-2FFFH为监控程序存储器区。2）RAM1（程序存储器6264）8k供用户下载实验程序，可扩展达32k；用户可用，4000H-5FFFH为用户实验程序存储区，供用户下载实验程序。3）RAM2（数据存储器6264）8k供用户程序使用，可扩展达32k。数据存储器的范围为：6000H-7FFFH，供用户实验程序使用。（RAM程序存储

4、器与数据存储器不可同时扩至32k，具体与厂家联系）。（见图1-3：存储器组织图）。用户I/O区FFFFHD000H I/O空间系统I/O区CFEFHCFBFH8000HRAM2用户实验程序区7FFFH6000H RAM区供用户下载实验程序5FFFH5000HRAM14FFFH4000H数据区3FFFH2000HROM（12kB）系统监控程序区2FFFH0000HROM区图1-3：存储器组织图 注意：因用户实验程序区位于4000H-5FFFH，用户在编写实验程序时要注意，程序的起始地址应为4000H，所用的中断入口地址均应在原地址的基础上，加上4000H。确认需连接的目标文件的源文件名全部包含在

5、当前已打开的工程文件之中，如果没有，则需要重新建立或打开新的工程文件，并包含源文件。、 在源程序为汇编语言时，程序定位的方法为：在源程序中给定，使用多个CSEG AT XXXXH定位每个程序段，这样就不用在此参数项中输入参数。除在程序第一段必须定位在复位起始PC=0000H处之外，其它程序段必须定位在4100H以后。中断入口定位见键盘监控部分的系统资源分配章节。对于8051的源程序，程序开头应包含如下语句：CSEG at 0000H ;LJMP start ;CSEG at 4100H ;start： mov sp,60H ;END;、 在源程序为高级语言时，程序定位的方法只能使用在此参数项中

6、输入参数来解决。、 堆栈大小参数，该选项只有在高级源程序连接时才有效，在汇编语言中，堆栈的大小和位置可直接用伪指令在源程序说明。DSEG at XXh（位置） stack1: DS XXh（长度）在源程序中包含如下语句：mov sp, #stack1 ;或者：ld sp, #stack1 ;在高级语言中，输入堆栈的大概长度，堆栈的位置由RAM参数确定。1.2.3用户中断入口地址分配外部中断0的原中断入口为0003H，用户实验程序的外部中断0的中断程序入口为4003H，其他类推，见表1-1。表1-1：用户中断程序入口表中断名称 8051原中断程序入口 用户实验程序响应程序入口外中断0 0003H

7、 4003H定时器0中断 000BH 400BH外中断1 0013H 4013H定时器1中断 001BH 401BH串行口中断 0023H 4023H1.2.4 存储器的资源分配本系统采用可编程逻辑器件（CPLD）EPM7128做地址的编译码工作，可通过芯片的JTAG接口与PC机相连，对芯片进行编程。此单元也分两部分：一部分为系统CPLD，完成系统器件，如监控程序存储器、用户程序存储器、数据存储器、系统显示控制器、系统串行通讯控制器等的地址译码功能，同时也由部分地址单元经译码后输出（插孔CS0-CS5）给用户使用，他们的地址固定，用户不可改变。具体的对应关系见表1-2。另一部分为用户CPLD，

8、它完全对用户开放，用户可在一定的地址范围内，进行编译码，输出为插孔LCS0-LCS7，用户可用的地址范围见表12。注意，用户的地址不能与系统相冲突，否则将导致错误。 地址范围 输出孔/映射器件 性质（系统/用户） 0000H-2FFFH 监控程序存储器 系统 * 3000H-3FFFH 数据存储器 系统 * 4000H-7FFFH 用户程序存储器 系统 * 8000H-CFDFH LCS0-LCS7 用户 CFE0H PC机串行通讯芯片8250 系统 * CFE8H 显示、键盘芯片8279 系统 CFA0H-CFA7H CS0 系统 CFA8H-CFAFH CS1 系统 CFB0H-CFB7H

9、 CS2 系统 CFB8H-CFBFH CS3 系统 CFC0H-CFC7H CS4 系统 CFC8H-CFCFH CS5 系统 CFD0H-FFFFH LCS0-LCS7 用户注：系统地址中，除带“*”用户既不可用，也不可改外，其他系统地址用户可用但不可改。表12：CPLD地址分配表2、8051的总线扩展方式（扩展存储器和I/O端口方式）实验室的实验板的地址的分配可用图1-2所示。 地址范围输出孔/映射器件性质（系统/用户）CFA0H-CFA7HCS0 系统CFA8H-CFAFHCS1CFB0H-CFB7HCS2CFB8H-CFBFHCS3CFC0H-CFC7HCS4CFC8H-CFCFHC

10、S5CFD0H-FFFFHLCS0-LCS7用户CFE0HPC机串行通讯芯片8250系统 *CFE8H显示、键盘芯片82791.3 对8051的提供的基本实验为了提高教学实验质量，提高实验效率，在该系统的实验板上，除微处理器外、程序存储器、数据存储器外，还增加了8255并行接口、8250串行控制器、8279键盘、显示控制器、8253可编程定时器、A/D、D/A转换、单脉冲、各种频率的脉冲发生器、输入、输出电路等模块，各部分电路既相互独立、又可灵活组合，能满足各类学校，不同层次微机实验与培训要求。可提供的实验如下：（1）、8051P1口输入、输出实验（2）、简单的扩展输入、输出实验（3）、805

11、1定时器/计数器实验（4）、8051外中断实验（5）、8279键盘扫描、LED显示实验（6）、8255并行口输入、输出实验（7）、8253定时器/计数器实验（8）、8259中断实验（9）、串行口通讯实验（10）、ADC0809 A/D转换实验（11）、DAC0832 D/A转换实验（12）、存储器扩展实验（13）、交通灯控实验1.4 电源系统该系统的电源提供了两种解决方案：1、 利用PC机的电源，可省去电源的费用，只需从PC机内引出一组电源，从CPU板的+5V、+12V、12V电源插座中引入。该电源具有短路保护。2、 外接220V交流到实验箱，有内置在实验箱里开关电源，产生本实验箱的供电。本系

12、统只需更换不同的cpu板，即可完成8051、8086、80196相应试验系统的所有试验。附录:51单片机的最小系统 1、 最小系统:基本的I/O方式：P0,P1,P2,P3四个8位的并行输入输出端口。 图1-4 51单片机最小系统的电路图第二章 基本电路介绍2.1 单片机/微机教学实验系统实验PCB简介2.1.1教学实验系统实验PCB板简介EL-MUT-III 型微机教学实验系统由电源、系统板、CPU板、可扩展的实验模板、微机串口通讯线、JTAG通讯线及通用连接线组成。实验板的实物照片见图2-1，实验板的功能区的位置定义见图2-2和键盘和简单I/O区的电路板见图2-3所示。EL-MUT-III

13、型微机教学实验系统外形美观，具有优良的电特性、物理特性，便于安装，运行稳定，可扩展性强。实验板上的插孔供学生实验时，插入电路芯片引脚电路的各种连接线使用。一、硬件资源1、 可编程并口接口芯片8255一片。2、 串行接口两个：8250芯片一个，系统与主机通讯用，用户不可用。 单片机的串行口，可供用户使用。3、 键盘、LED显示芯片8279一片，其地址已被系统固定为CFE8H、CFE9H。硬件系统要求编码扫描显示。4、 六位LED数码管显示。5、 ADC0809 A/D转换芯片一片，其地址、通道18输入对用户开放。6、 DAC0832 D/A转换芯片一片，其地址对用户开放，模拟输出可调7、 8位简

14、单输入接口74LS244一个，8位简单输出接口74LS273一个，其地址对用户开放。8、 配有8个逻辑电平开关，8个发光二极管显示电路。9、 配有一个可手动产生正、负脉冲的单脉冲发生器10、配有一个可自动产生正、负脉冲的脉冲发生器，按基频6.0MHz进行1分频（CLK0）、二分频（CLK1）、四分频（CLK2）、八分频 （CLK3）、十六分频（CLK4）输出方波。11、配有一路0-5V连续可调模拟量输出（AN0）。12、配有可编程定时器8253一个，其地址、三个定时器的门控输入、控制输出均对用户开放。13、配有可编程中断控制器8259一个，其中断IRQ输入、控制输出均对用户开放。14、2组总线

15、扩展接口，最多可扩展2块应用实验板。15、配有两块可编程器件EPM7064，一块被系统占用。另一块供用户实验用。图2-1 实验系统的电路板照片图2-2 实验板的功能区 图2-3 实验板的键盘和简单I/O区的电路板照片16、灵活的电源接口：配有PC机电源插座，可与PC电源直接接驳。2.1.2 51单片机系统的扩展系统的组成 51单片机系统的扩展系统由端口P0 ,端口P2通过构成微机系统的数据总线DB0-DB地址总线AB0-AB15,由端口P3的WR,RD信号线，芯片引脚/EA,/PSEN组成控制总线。图2-4 EL-MUT-III型单片机实验箱的地址译码电路的参考电路图地址总线AB15A0的高位

16、地址，经地址译码器74LS138产生了芯片的选通信号。其中/CS0,/CS1,/CS2就是芯片的片选信号。2.2 实验板的调试和测试首先，按照图1-2所示的PC机和实验系统的基本连接，进行系统的连接。接通交流电源。接通实验箱的电源开关，实验箱通电。当系统上电后，数码管显示，TX发光二极管闪烁，若没运行系统软件与上位机（PC）连接则3秒后数码管显示P_，若与上位机建立连接则显示C_。此时系统监控单元（27C256）、通讯单元（8250、MAX232）、显示单元（8279，75451，74LS244）、系统总线、系统CPLD正常。若异常则按以下步骤进行排除：1、 按复位按键使系统复位，测试各芯片是

17、否复位；2、 断电检查单片机及上述单元电路芯片是否正确且接触良好；3、 上电用示波器观察芯片片选及数据总线信号是否正常；4、 在联机状态下，若复位后RX、TX发光二极管闪烁，则显示不正常，检查8279时钟信号，断电调换显示单元芯片；若复位后RX、TX发光二极管不闪烁，但显示正常，检查8250晶振信号，断电调换通讯单元芯片。5、 系统使用方法1）用通信电缆将EL-MUT-III型单片机教学实验系统侧面的RS232接口与PC机的COM口相连接。2）启动EL-MUT-III型单片机教学实验系统的电源开关，EL-MUT-III型单片机教学实验系统面板上的LED显示“199502”，几秒后显示P-。3）

18、双击桌面MCS51快捷图标如图1-1，启动51实验系统，启动后的界面如图1-2。图1-1 图1-24）如需改变串口和波特率，在相应列表框中修改。点击“确定”按钮后，立即实验系统面板上的“PRESET”键，面板上的LED显示“C-”，同时PC机屏幕显示“51 EL型（80C51）教学实验环境”界面，如图1-3。图1-3 51 EL型（80C51）教学实验环境界面5）通过“文件”菜单新建或打开汇编语言文件，也可通过工具按钮 新建汇编文件。新建汇编文件的扩展名为.ASM。6）用“编译”菜单下的汇编命令或工具按钮 对汇编文件进行汇编。如有错误，应对文件重新编辑，直至汇编无错误为止。7）用“调试”菜单下

19、的“调试”命令或工具按钮 进入“调试”界面，如图1-4。图1-4 “调试”界面8）用“调试”菜单下各调试命令，如图1-5对汇编文件进行调试，或用工具按钮对汇编文件进行调试。工具按钮的功能如图1-6。图1-5图1-6第三章 上机指导实验一 P1口实验（一）一、实验目的：1学习P1口作为输出口的使用方法。2延时子程序的编写和使用。二、实验设备：EL-MUT-III型单片机实验箱、8051CPU模块。三、实验原理：实验原理如图2-1-1。图2-1-1 P1口输出实验电路1P1口的使用方法 P1口为准双向口，每一位都能独立地定义为输入位或输出位。作为输入位时，必须向锁存器相应位写入“1”。89S51在

20、复位时所有口锁存器均置为“1”，如果曾对口锁存器写过“0”，此时要使它作为一个输入口，则应再次写入一个“1”。2延时程序的实现常用两种方法实现延时程序，一是用定时器中断来实现，二是用指令循环来实现。在系统时间允许的情况下可以采用后一种方法。本实验系统晶振为6.0MHZ，则一个机器周期为126 us=2 us。延时0.1s的程序如下： MOV R7，#X （1） DEL1：MOV R6，#200 （2） DEL2：DJNZ R6，DEL2 （3） DJNZ R7，DEL1 （4）程序中 X为延时值。指令MOV、DJNZ需两个机器周期，所以每执行一条指令需要4us。延时程序中X值应满足下式：4 +

21、 X（ 4 + 2004 + 4 ）=0.1106指令（1）时间 指令（2）时间 指令（3）时间 指令（4）时间故 X=123.75D=7CH 将X=123.75D=7CH代入上式，得到实际延时时间约为0.1002S。3程序流程图：程序流程图见图2-1-2和图2-1-3。图2-1-2 点亮发光二极管程序流程图 图2-1-3 左移循环点亮发光二极管程序流程图四、实验内容与步骤1实验内容：1）P1口做输出口，接八只发光二极管，根据程序流程图2-1-2，编写程序使P1口8个发光二极管同时熄灭-延时-点亮。2）根据程序流程图1-3，编写程序使P1口8个发光二极管每隔一个左移循环点亮。2实验步骤：1）将

22、P1.0P1.7分别连接发光二极管L1L8。2）按流程图2-1-2编写程序，对程序进行编辑、汇编直至无语法错误。3）调试程序：（1）单步调试，观察并记录相应寄存器内容及发光二极管L1L8的状态。（2）全速运行程序，观察并记录发光二极管L1L8的状态。4）重复2、3步骤，进行实验内容2的实验。五、实验报告1写出使P1口8个发光二极管同时熄灭-延时-点亮源程序清单，并对每条指令给予注解。2写出使P1口8个LED每隔一个（或二个）左移循环点亮源程序清单，并对每条指令给予注解。六、思考题1改变延时常数，重做实验。2修改程序，使LED发光方式、方向等改变。七、编写程序：1点亮8个LED程序清单2循环点亮

23、LED程序清单实验二 P1口实验（二）1P1口作为输入口的使用方法。2掌握数据输入、输出程序的设计方法。EL-MUT-III型单片机实验箱、8051CPU模块 1P1口作为输入口实验原理见图2-2-1图2-2-1 P1口作为输入口实验电路2程序流程图：程序流程图见图2-2-2。图2-2-2 显示P1口状态程序流程图四、实验内容与步骤：P1口做输入口：如图2-2-1，P1口的P1.0-P1.8分别接8个单刀双郑开关K1 K8，74LS273做输出口接八个LED，编写程序读取开关K1-K8状态，并在LED上显示出来。1）根据图2-2-1连线，CS273接CS0。2）根据流程图2-2-2编写相应程序

24、，对程序进行编辑、汇编直至无语法错误。3）调试程序，拨动开关K1-K8，观察并记录程序运行结果。仿照实验一，写出相应的实验报告。1图2-2-1中芯片74LS273的作用是什么？2在图2-2-1中，若LED反转1800，电路和程序如何修改？通过LED将P1口的状态显示实验三 中断实验1外部中断技术的基本使用方法。2中断处理程序的编程方法。3中断嵌套处理程序的编程方法。EL-MUT-III型单片机实验箱、8051CPU模块1实验原理如图2-4-1。图2-4-1 外部中断实验电路程序流程图见图2-4-2。图2-4-2 K1中断控制LED程序流程图1）单一外部中断控制：按K1在INT0端产生中断信号，

25、从而使P1的8个LED同时闪烁5次。2）两级中断控制（中断嵌套）：按K1使8个LED闪烁后，再按K2使LED1右移3次。1）按图2-4-1连接线路。2）根据程序流程图编写程序，编辑程序并进行汇编。3）运行程序，观察并记录LED显示情况。4）对实验内容2编程，重复2-3步骤。观察并记录程序运行结果。1根据实验1内容写出相应的实验报告。2画出实验内容2的程序框图3对程序语句加以注解。如何在程序中实现INT1的中断优先权高于INT0中断优先权？七、参考程序：;实验四INT0中断实验程序主程序8个LED熄灭，等待INT0中断实验四 定时器/计数器实验（一）1掌握89S51内部定时器、计数器的使用和编程

26、方法。2定时器中断处理程序的编程方法。1实验原理如图2-5-1。图2-5-1 定时器实验电路1）定时常数的确定采用定时器中断方法可实现时间延时，延时时间由主频和定时器方式来确定。本实验中时钟频率为6.0 MHZ，其延时时间最大值约为0.13s（方式一下）。若要产生0.5秒延时时间，需采用定时器定时和软件计数的方法来实现。为此我们可在主程序中设置初值（用R0）为05H的软件计数器和定时时间为0.1s的定时器。这样定时器每隔0.1s产生一次中断，CPU响应中断后将R0中计数值减一，即可实现0.5s延时。定时器时间常数的确定方法如下：机器周期=12晶振频率=12/（6106）=2（us）=210-6（s）定时器工作于方式一，设计数初值为X，则有（216-X）210-6 s =0.1s，由此可求得X=15536D=3CB0H。故