51单片机实验指导书.docx

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51单片机实验指导书

51系列单片机

原理与应用实验

华南师范大学物理与工程工程学院

微机教研室

20010年9月

实验须知………………………………………2

实验一数字量输入输出实验………………………………………4

实验二交通灯控制实验………………………………………6

实验三定时与中断实验………………………………………8

实验四串行通信实验………………………………………11

实验五串行A/D转换实验……………………………………13

实验六现实人体视觉暂留特性测试实验……………………………………14

实验七实时时钟制作实验……………………………………17

实验八简易电子琴制作实验………………………………………18

实验九EEPROM应用—数字密码锁………………………………………20

实验十综合实验：

教学板自检程序设计………………………………………25

实验十一数据采集—火灾报警装置的软硬件设计………………………………………26

附录一实验教学板………………………………………27

附录二实验用软件使用说明……………………………………28

实验须知

一、预习要求

1．实验前认真阅读实验指导书的相关内容，明确实验目的和实验任务。

2．实验前应做好预习报告，在报告中，要求画出所设计的实验电路原理图、程序流程图，编写好程序，并对程序加以注释，还要拟订好实验步骤。

二、实验要求

1．按实验中心安排的时间到指定实验室上实验课，不要迟到、缺席。

有特殊原因不能在原安排时间来实验时，须提前一天通知实验中心负责教师。

2．认真完成每次实验的各项任务，实验结果要请指导教师检查。

教师对实验内容提问，并对完成者进行记录。

3．爱护设备，保持清洁，不得在实验室内大声喧哗，不要将食物带入实验室，不擅自更换设备。

4．在实验箱（板）通电状态下，不要用手随意触摸电路板上除按键和开关以外的芯片等其它元器件。

，严禁带电操作，即所有接线、改线和拆线操作均应在不带电的状态下进行。

5．实验中若发生异常情况应立即切断电源，并向指导教师报告，检查原因，避免再次发生类似情况。

6．实验完毕，请整理好实验设备后再离开实验室。

三、实验报告要求

实验报告必须使用实验报告专用纸，书写要工整、清楚，并在下一次实验时交给指导教师。

实验报告应包括以下内容：

1．实验名称、实验人姓名、学号、班级、同组人姓名。

2．实验目的、任务（内容）。

3．各任务程序流程图、自编程序清单，对程序须给出适量注释（例如：

变量和某些寄存器的作用，关键程序段的功能等）。

4．应画出所设计的完整实验电路图。

5．记录和分析实验调试过程中遇到的问题并给以合理的解释，简述是如何解决的。

记录实验结果，

6．解答思考题。

实验一数字量输入输出实验

一、实验目的

1．熟悉教学板电路及其结构。

2．掌握利用μVisionC51软件编辑、调试（包括仿真调试、单步调试）、运行单片机程序的步骤和方法，掌握利用STC-ISPV39软件和下载线将程序写入单片机的方法。

3．通过实验熟悉51单片机的并行I/O口，并掌握它们的应用。

4．掌握矩阵键盘、LED动态显示的工作原理。

二、实验设备

PC机一台、实验教学板一块。

三、实验准备

1．阅读实验讲义附录一、实验教学板电路图和附录二、μVision软件使用说明

2．按实验题目要求设计好硬件电路，画出电路原理图，设计出相应程序，并给程序加上较详细的注释。

四、实验内容

1.1.实验线路如附图所示，51单片机的P0口输出接8个发光二极管的阴极，P2.4经NPN三极管9011控制发光管的阳极。

P3口支持一个8位行列式键盘，其中P3.4~P3.7供键盘扫描输出，P3.2、P3.3作键盘扫描输入。

2.实验要求：

编程实现键盘对发光二极管的控制，每按一个按键，使对应的二极管点亮。

2．51单片机P0口输出同时接4个数码管的阴极，P2.0~P2.3，经NPN三极管9011接数码管的阳极，该端口用于分别控制相应数码管的导通。

实验要求：

编程实现对任意按键动作的次数进行计数（最大99次），同时将计数值实时显示。

五、实验步骤

1.将实验板与PC机通过COM口连接。

启动PC机，进入μVision软件环境，选择建立新工程文件，即可开始输入源程序。

2．完成汇编、编译、连接，若有错误，则修改源程序，直至编译、连接通过为止。

3．接上实验板上的电源。

3．运行“STC-ISPV39.EXE”，将程序代码下载到实验板的单片机中。

操作的顺序是：

1）选择单片机（MCUTYPE）型号。

如：

“STC89C51RC”要与实验板上所装单片机的型号一至。

2）打开文件（OpenFile）。

即把要下载到单片机的程序文件（已通过编译了的机器码文件——二进制（.Bin）或十六进制（.Hex）的）调到“文件缓冲区”，这时可看到右边的“文件缓冲区”有数字变化。

3）选择串行通信口。

选对时，软件上的小灯会变绿。

否则小灯是灰色。

且在左下窗口提示“出错信息”。

4）下载：

按“Download/下载”按键下载。

5）把实验板上的供电的直流电源拔掉或关掉3秒钟再插入或打开电源（为单片机上电复位）。

注意：

4）和5）顺序不能反！

4．观察单片机运行情况，验证程序是否能完成题目给出的控制要求，若不能达到要求，分析原因、查找错误，修改源程序，再次汇编、连接，重新下载、运行，直至达到题目的控制要求。

六、参考程序流程图

实验内容1流程图

实验内容2流程图

键盘处理程序流程图

七、思考题

1.在调试程序过长中，你是如何发现程序中的错误？

2.按键程序为什么要有去抖动功能，如何去抖动？

3.在显示时，为什么要延时1ms，这个时间过长或过短，会出现什么现象？

实验二交通灯控制实验

一、实验目的

通过实验熟悉51单片机的并行I/O口，并掌握它们的应用。

二、实验设备

PC机一台、实验教学板一块。

一、实验内容及原理

模拟实现一个路口交通灯管理

在路口当中，一条为“干线”，另一条为“支线”。

两个方向上各设有红、黄、绿3盏交通灯。

一般情况下（初始状态），干线亮绿灯，支线亮红灯。

当支线上有三辆车到达路口（用按键按下模拟一辆车到达），则6秒后，干线亮黄灯，持续3秒后，转为干线亮红灯，支线亮绿灯，过24秒后，支线转黄灯亮，3秒后，回到初始状态。

二、思考题

如何仿真和调试单片机应用程序？

附：

交通灯实验程序

ORG0000H

STA:

MOVP0,#11011011B;干线亮绿灯，支线亮红灯

MOVP2,#0001000B;选通LED

MOVP3,#11101111B;K1列线置0

MOVR7,#3

STA1:

JBP3.3,$;无按键等待

LCALLDELAY30MS;去抖动

JBP3.3,STA1

JNBP3.3,$;等键释放

DJNZR7,STA1

MOVR6,#200

STA2:

LCALLDELAY30MS;延时30MS

DJNZR6,STA2;延时6秒

MOVP0,#10111011B;干线亮黄灯，支线亮红灯

MoVR6,#100

STA3:

LCALLDELAY30MS

DJNZR6,STA3;延时3秒

MOVP0,#01111110B;干线亮红灯，支线亮绿灯

MOVR5,#4

STA4:

MOVR6,#200

STA5:

LCALLDELAY30MS

DJNZR6,STA5

DJNZR5,STA4;延时24秒

MOVP0,#01111101B;干线亮绿灯，支线亮黄灯

MOVR6,#100

STA6:

LCALLDELAY30MS

DJNZR6,STA6;延时3秒

LJMPSTA

DELAY30MS:

MOVR4,#55

DELAY:

MOVR3,#250

DJNZR3,$;1.085us（指令周期）*2*250+2=547.5us

DJNZR4,DELAY

RET

实验三定时与中断实验

三、实验目的

1．通过实验掌握51单片机的定时/计数器的应用。

2．掌握51单片机的中断原理及应用。

3.进一步学习系统应用程序的设计和调试方法

四、实验设备

PC机一台、实验教学板一块。

图2-1

三、实验内容

实验线路如图2-1,通过定时器的定时，产生一定频率的波形信号，经P2.5输出，驱动蜂鸣器，便可发出某一频率的音调，若按乐曲的音调连续发出，并使其按节拍变化，便可演奏一首乐曲。

实验要求：

编程实现演奏一首乐曲

C调常用音频及其对应频率如下表：

音符

频率

T值

音符

频率

T值

SI

494

64603

5So

784

64948

1DO

523

64654

6La

880

65012

2Re

587

64751

7Si

987

65069

3Mi

659

64837

DO

1046

65095

4Fa

698

64875

RE

1174

65143

定时器初值计算方法：

由于软件是通过定时器溢出后对P2.5取反产生方波，故定时器溢出时间为1//2f，则计数器计数初值为：

X=65536—n=65536—（1/2f）/12/fosc=65536—fosc/24f

电路板上的晶振频率为11.0593MHZ，根据不同音调的频率值，就可以计算出上表的初值。

用乐曲最短的1/4拍为一个基本节拍时间，定为0.5秒，基本节拍时间由另一个定时器产生，设此定时器定时时间为50ms，定时时间常数（计数器初值）=65536—（50000*12/11.0593）=02C13H，可以分别通过该定时中断10、20、40、80次满足1/4拍、1/2拍、1拍、2拍的定时要求。

软件编程时，要先将乐谱转换成包含有音符和音长信息的代码，然后，以查表方式通过乐谱代码控制喇叭演奏出乐曲。

具体方法如下：

（1）乐谱代码用字节结构，字节高4位代表音符，从SI到RE分别用0到9表示；字节低4位代表该音符的节拍，用1、2、3、、、8分别表示1/4拍、1/2拍、1拍、、、4拍，按照这样的规则，将整段音乐变换成相应的代码数据表，最后一个字节内容为00H，代表数据表的结束。

（2）在程序执行时按顺序查表，从字节数据中取出音符代码和节拍代码，查频率表得该音符对应频率的定时初值，再根据节拍代码控制音长，启动两个定时器后，即可发出要求的音，这样就控制演奏出完整的乐曲。

四、实验参考汇编主程序：

ORG0000H

RESET:

AJMPMAIN

ORG000BH;定时器0中断入口

AJMPTT0P

ORG001BH；定时器1中断入口

AJMPTT1P

0RG0020H

MAIN:

MOVSP,#70H；设堆栈区

CLRP2.5；关声音

MOVIE,#**H；开中断（参数自己填写）

MOVR1,#0H；乐谱数据表偏移量

ACALLPTOM2；调乐曲输出子程序

CLRTR0；停止定时器的工作

CLRTR1

CLRP2.5；关声音

HERR:

AJMPHERR；程序结束

PTOM:

MOVTMOD,#****H；设定时器的工作方式（参数自己填写）

PTOM1:

MOVDPTR,#MUCI；乐曲数据表首地址送DPTR

MOVA,R1

MOVCA,@A+DPTR；取乐谱数据

JNZPTOM2

RET；数据为00时结束

PTOM2:

MOVR2,A；暂存

ANLA,#0F0H；保留音符数据

SWAPA

RLA；乘2（每个音符要2个字节的定时值）

MOVR3,A

MOVDPTR,#TABL；频率表

MOVCA,@A+DPTR；查表得定时高8位

MOVTH0,A

MOVA,R3

INCA

MOVCA,@A+DPTR；查表得定时值低8位

MOVTL0,A

MOVA,R2

ANLA,#0FH；保留节拍数据

MOVB,#8

MULAB；乘8得定时中断次数

MOVR0,A

MOVTH1,#2CH;50ms定时的初值

MOVTL1,#13H

SETBTR1；启动定时器

SETBTR0

HERE:

CJNER0,#0H,HERE；当前的节拍时间完成了？

INCR1；是，准备取下一个数据

AJMPPTOM1

TT0P:

自编定时器0中断服务程序

…

…

TT1P:

自编定时器1中断服务程序

…

…

TABL:

DW64603,64654,64751,64837……

；乐曲“送别”的数据表

MUCI:

DB54H,32H,52H,88H,64H,82H,62H,58H,54H,12H,22H,34H

DB22H,12H,2CH,54H,32H,52H,86H,72H,64H,84H,58H,54H

DB22H,32H,46H,02H,1CH,64H,84H,88H,74H,62H,72H,88H

DB62H72H,82H,62H,62H,52H,32H,12H,28H,28H,54H,32H

DB52H84H72H,64H,86H,58H,54H,22H,32H,46H,02H,1CH

DB00H

五、思考题

1．总结程序调试的方法。

2．根据实验板，设计一个任意乐曲的音乐盒子，并给出程序流程图。

实验四串行通信实验

一、实验目的

1．了解51单片机串行口的结构、串行通讯的原理。

2．掌握51单片机与PC机之间通讯的方法。

3.学习系统应用程序的设计和调试

二、实验设备

PC机一台、实验教学板一块。

三、实验原理

51单片机的串行接口是全双工的，它能做异步接收器/发送器（UART），也能做同步移位寄存器使用。

在做UART使用时，相关的寄存器有SBUF、SCON、和PCON中的波特率倍增位SMOD。

SBUF是数据发送缓冲器和接收缓冲器，逻辑上用同一个地址，物理上是分开的，用读写操作来选择。

SCON是串行口控制寄存器，用于设定串行口的工作方式；保存方式2和方式3的第9位数据；存放发送、接收的中断标志。

在串行通讯的方式1和方式3中，通信的波特率是可以设置的，满足下式：

PC机的串行通讯口是借助通用异步接收发送器8250（或16C550等）实现的，可使用comdebug.exe等提供了有关串行口的收、发操作窗口的软件实现通讯。

PC机的串行通讯采用RS232电平，因此要求单片机的实验板也要配置RS232接口，解决逻辑电平的配接。

如果通讯距离较远，则要配接调制解调器。

四、实验内容

1，自发自收

用一根短路线，将实验板中RS232插口的RXD和TXD两个插孔短路。

然后编程设定串行口为工作方式1，传送55H和0AAH两个数据。

实验要求：

程序采用查询方式。

每传送、接收一个数据，做一次检查，看是否正确，若两次都正确，则在显示器上显示“GOOD”，若不正确，则不显示，并要重新传送。

2，单片机与PC机的通信

先使用通讯电缆将单片机的RS232接口与PC机的COM1口连接，PC机起动并运行comdebug.exe软件，窗口上设置波特率为1200，8位数据、一个停止位。

单片机端也采用工作方式1，波特率为1200，完成单片机与PC机的通信。

实验要求：

编程实现先由单片机发送8个数据，01、02、03、04、05、0ABH、0CDH、0EFH。

然后进入接收状态，在PC机发送窗口上设置发送数据，点击发送按钮，单片机接收数据后将数据显示在显示器上。

五、程序参考流程图

（a）自发自收程序流程图（b）与PC机通讯程序流程图

六、思考题

1．波特率能否置为1000，为什么？

2．数据传输时，若要加奇偶校验，单片机和PC机要怎样做？

实验五串行A/D转换实验

一、实验目的

2.了解串行总线接口A/D转换器件TLC549的工作原理，掌握其使用和编程。

3.掌握模拟数据采集的方法。

二、实验设备

PC机一台、实验教学板一块。

三、实验原理

TLC549是一个串行方式传输的8位A/D芯片,可与通用微处理器、控制器通过Ｉ／ＯＣＬＯＣＫ、ＣＳ、ＤＡＴＡＯＵＴ三条口线进行串行连接。

其片内有４ＭＨｚ的系统时钟和软、硬件控制电路,转换时间最长１７μｓ。

总失调误差最大为±０．５ＬＳＢ,典型功耗值为６ｍＷ。

ＴＬＣ５４９的片内系统时钟与Ｉ／ＯＣＬＯＣＫ是独立工作的,无须特殊的速度或相位匹配，其工作时序如图２所示。

当ＣＳ为高时,数据输出（ＤＡＴＡＯＵＴ）端处于高阻状态,此时Ｉ／ＯＣＬＯＣＫ不起作用。

这种ＣＳ控制作用允许在同时使用多片ＴＬＣ５４９时,共用Ｉ／ＯＣＬＯＣＫ,以减少多路（片）Ａ／Ｄ并用时占用的Ｉ／Ｏ控制端口。

一组常用控制时序为:

（1）将CS置低，内部电路在测得CS下降沿后，在等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后，再确认这一变化，最后自动将前一次转换结果的最高位（D7）输出到DATAOUT端；

（2）在前四个I/OCLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4、5个转换位（D6，D5，D4，D3），片上采样保持电路在第4个I/OCLOCK下降沿开始采样模拟输入；

（3）接下来的3个I/OCLOCK周期的下降沿可移出第6、7、8（D2，D1，D0）各转换位。

然后使保持功能持续4个内部时钟周期，接着开始进行32个内部时钟周期的A/D转换。

在这第8个I/OCLOCK后，CS必须为高或I/OCLOCK保持低电平，这种状态需要维持36个内部系统时钟周期以等待保持和转换工作的完成。

如果CS为低时，I/OCLOCK上出现一个有效干扰脉冲，则微处理器/控制器将与器件的I/O时序失去同步；而在CS为高时若出现一次有效低电平，则将使引脚重新初始化，从而脱离原转换过程。

在36个内部系统时钟周期结束之前，实施步骤

（1）～（4），可重新启动一次新的A/D转换，与此同时，正在进行的转换将终止。

但应注意，此时的输出是前一次的转换结果而不是正在进行的转换结果。

若要在特定的时刻采样模拟信号，则应使第8个I/OCLOCK时钟的下降沿与该时刻对应。

因为芯片虽在第4个I/OCLOCK时钟的下降沿开始采样，却在第8个I/OCLOCK的下降沿才开始保存。

四、实验内容

1.编程采集模拟数据，并进行A/D转换，采集周期为0.1秒，时间要求用定时器来控制，每次定时结束，启动一次A/D，并将转换值用二十进制数方式在数码管上显示。

实验要求：

程序运行后先将A/D的输入置0（接地），观察显示值是否为0，再将A/D的输入端接5V，观察A/D显示值是否为255，然后用手直接接触A/D的输入端，用人体感应作为A/D的输入，观察显示器上显示数值的变化。

五、实验参考程序流程图

六、思考题

1.给出A/D转换的程序流程图

2.说明A/D转换值与输入电压的关系。

主程序流程框图

实验六人体视觉暂留特性测试实验

一、实验目的

1．进一步熟悉利用KeilC51软件编辑、调试（包括仿真调试、单步调试）和运行单片机程序的步骤和方法。

2．学习运用单片机完成一个较为简单的一应用系统的设计

二、实验设备

PC机一台、实验教学板一块。

三、实验内容及原理

编程从一个I/O口输出一扫频信号，驱动一支LED灯闪动，频率范围为10HZ~99HZ，扫描时间为30秒，在LED闪动期间观察，一旦发现无法识别LED灯闪动时，按下按键K1，立即停止输出，并将此时的信号频率显示在数码管上，该信号的周期为测试者的视觉暂留时间。

四、实验要求

1．按实验题目要求设计好硬件电路，画出电路原理图。

2.要求画出主程序、子程序、中断服务程序流程图，设计出相应程序并给程序加上较详细的注释。

3.在KeilC51编译环境下完成程序编译。

4.通过下载线和下载软件STC-ISPV39将编译后的程序下载到单片机。

5.运行程序，用实验结果验证程序的正确性。

若不能达到要求，分析原因、查找错误，修改源程序，再次汇编、连接，重新下载、运行，直至达到题目的要求。

五、思考题

1、实验中频率数据是怎样计算出来的？

2、总结数码管动态显示方法。

程序流程图

主程序

输出波形

输出频率与定时器初值关系表

偏移地址

定时器初值

频率值

TABL+0

TH

4CH

10HZ

TL

00H

TABL+2

TH

5CH

11HZ

TL

5DH

TABL+4

TH

6AH

12HZ

TL

00H

TABL+6

TH

75H

13HZ

TL

89H

TABL+8

TH

7FH

14HZ

TL

6DH

…

…

…

TABL+194

TH

EDH

97HZ

TL

71H

TABL+196

TH

EDH

98HZ

TL

A1H

TABL+198

TH

EDH

99HZ

TL

D1H

实验七实时时钟制作实验

一、实验目的

通过实验掌握51单片机的定时/计数器、键盘、LED显示的综合运用。

二、实验设备

PC机一台、实验教学板一块。

三、实验内容及原理

在内存中设置若干个单元存放时钟参数：

年、月、日、时、分、秒，开机时所有参数设定一起始值。

编程利用定时器T0或T1定时，在定时中断服务程序中修改时钟参数，而主程序则完成按键处理和时钟显示。

要求：

可通过按键对各参数进行修改，并可根据按键循环设置时钟显示内容，显示格式如下：

年2008

月日XX.XX

时分XX.XX

分秒XX.XX.

按键的设置和使用方法自行决定。

四、实验要求

1．按实验题目要求设计好硬件电路，画出电路原理图。

2.制定按键的功能和使用方法。

3.要求画出主程序、子程序、中断服务程序流程图，设计出相应程序并给程序加上较详细的注释。

4.在KeilC51编译环境下完成程序编译。

5.通过下载线和下载软件STC-ISPV39将编译后的程序下载到单片机。

6.运行程序，用实验结果验证程序的正确性。

若不能达到要求，分析原因、查找错误，修改源程序，再次汇编、连接，重新下载、运行，直至达到题目的要求。

五、思考题

1