单片机 微机原理实验指导.docx

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单片机微机原理实验指导

实验一：

单片机开发系统和实验主板的了解

实验器材：

PC机、SH51仿真器、MCS-51主板（MainBoard）。

实验目的：

了解MCS-51单片机开发系统的组成，开发过程。

伟福开发环境的简单使用方法。

MCS-51实验主板的基本组成。

基础知识：

单片机系统的开发过程包括：

硬件设计、软件设计、调试三个阶段。

其中的调试是对前边的软件和硬件设计的检验。

调试又包含软件模拟调试和软硬件联调两个过程。

软件模拟调试仅能够找出程序中的语法错误和大部分逻辑错误。

但单片机系统是一个硬件和软件的结合体，软件的最终正确执行需要有相应的硬件作为基础，所以，即使软件模拟调试无误的程序还要经过软硬件联调以证明软硬件之间的配合关系。

软硬件联调需要使用单片机仿真器。

单片机仿真器是用以模仿单片机运行的设备，可以实现替代单片机对程序的运行进行控制，例如单步，全速，查看资源断点等。

WAVESH51是一款专门模仿MCS-51系列单片机的仿真器。

软硬件联调时仿真器的连接简图如图

（1）。

仿真器以40针的插头插入原MCS-51单片机的插座上，代替并模仿MCS-51单片机运行程序，并将程序运行过程中的中间结果通过USB线传送给PC机，PC机通过特定的单片机软件开发环境（如：

南京伟福VW，Keil等）将这些中间结果显示出来以便开发人员调试。

伟福单片机开发环境的使用请参考VW.pdf中的第四章。

图

（1）仿真器的连接

MCS-51主板（MainBoard）是一个简单的MCS-51系统，它包含了单片机运行所必须的三个基本电路：

电源、振荡电路、复位电路，以及一个能够与PC串口通讯的RS232接口。

其原理图附录（A）。

实验内容：

如附录（A）所示，主板（MainBoard）上单片机的P1.0口驱动了一个发光二极管。

当P1.0输出为低电平时，由于发光二极管两端的电压差大于其导通电压，发光二极管发光；当P1.0输出为高电平时，由于发光二极管两端的电压差小于其导通电压，发光二极管熄灭。

编写程序，实现发光二极管不停的闪烁，要求时间间隔大于500ms。

实验步骤：

（注意：

实验前务阅读VW.pdf中的第四章伟福单片机开发环境的使用方法）

（1）新建项目：

LEDFlash；选择CPU型号为ATEML的AT89C51；新建文件：

LEDFlash.asm；将这一文件包含到新建的项目中；在LEDFlash.asm中编写程序，程序代码如下：

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0030H

DELAY:

；延时子程序，延时时长由R0，R1，R2决定

MOVR0,#0AH

lp3:

MOVR1,#0FFH

lp2:

MOVR2,#0FFH

lp1:

NOP

NOP

DJNZR2,lp1

DJNZR1,lp2

DJNZR0,lp3

RET

MAIN:

；主程序

NOP

lp:

ACALLDELAY

CPLP1.0；让发光二极管闪烁

SJMPlp；循环调用延时程序

END

（2）编译程序；并选用“软件模拟器”对上边的程序进行调试；修改R0~R2的值，并选择程序的某处作为断点，查看R0~R2的值、延时时长和端口P1.0的电平状态是否满足闪烁时间大于500ms的要求。

（3）将计算机、仿真器、实验板正确连接好，选择WAVE仿真器对实验板进行软硬件联调，实现实验板上的DS21发光管不停的闪烁。

实验二：

输入/输出端口的使用

实验器材：

PC机、SH51仿真器、MCS-51主板（MainBoard），LED/Switch板。

实验目的：

掌握MCS-51的输入/输出端口的使用；进一步熟悉单片机开发系统的使用。

基础知识：

P0口作为输出驱动LED发光管的电路如图

（1）。

由于P0口低电平输出最大电流仅有70mA左右,而驱动8支LED发光管共需要120mA左右的电流，所以需要在P0口和LED中间加入功率放大环节，本例采用74LS245总线驱动器作为功率放大元件。

图

（1）P0口驱动发光二极管

图

（2）8位拨码开关P2口输入图（3）程序流程

P2口作为开光量输入端口读取8位拨码开关状态的电路如图

（2），当某位拨码开关闭合时，对应位端口与地短接，呈现低电平；当某位拨码开关闭合时，对应位端口被上拉电阻拉为高电平。

实验内容：

编写程序，实现当拨码开关的某位被人为拨动后，对应位的LED发光管的亮/灭状态即可发生改变。

例如：

当第一位拨码闭合（断开）后，第一位LED立刻发光（熄灭）。

程序流程如图（3）。

实验三：

定时器/计数器的使用

实验器材：

PC机、SH51仿真器、MCS-51主板（MainBoard），Timer&Counter板。

实验目的：

掌握MCS-51的定时器/计数器的使用；根据具体应用场合的要求，编写相应的简单汇编程序；了解BCD的七段数码管显示、蜂鸣器驱动、光电开关输入电路。

基础知识：

七段数码管的外观如图

（1）的（b），它实际是由a,b,…f,g七个LED发光二极管组成，例如图

（1）的（a）。

当要显示某个数字时，只需将相应段的发光二极管点亮即可，例如：

显示“0”，就将a,b,c,d,e,f点亮。

要实现单片机输出的BCD码的七段数码管显示，除了需要发光二极管功率驱动电路外，还需要有相应的将四位的BCD码转换为七段数码的译码电路。

图

（2）中的集成块：

74LS74就BCD码转换为七段数码的译码、功率驱动的功能，A0~A3输入四位的BCD码，输出即可驱动显示一位的七段数码管，例如：

A0~A3输入04H，其输出端即可让数码管显示“4”。

蜂鸣器的鸣叫需要内部发音线圈通过100mA的电流，由于单片机端口能够输出的电流最大仅有15mA，所以需要使用三极管进行电流放大，如图

（2）中的电路，当单片机端口输出低电平时，三极管导通，电流放大后蜂鸣器的鸣叫；单片机端口输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器静音。

光电开关的工作原理是：

当光电开关的发光源和光敏开关之间有遮光物时，光敏开关截止，输出电平被下拉电阻拉为低电平；当光电开关的发光源和光敏开关之间没有遮光物时，光敏开关导通，输出电平为高电平，将光电开关输出的电平作为单片机的数字量输入，送入单片机的T0口，编写外部脉冲计数程序，即可对外部光电开关的通断次数进行计数。

实验内容：

编写程序，实现电开关的通断次数进行从“0”计数，并实时的将次数使用两位数码管显示；当计数次数大于10时，停止计数并打开蜂鸣器以表示报警，报警持续时间5秒。

报警结束后重新开始新的计数循环。

实验四：

双机串口通讯

实验器材：

PC机、SH51仿真器、MCS-51主板（MainBoard）、Timer&Counter板。

实验目的：

掌握MCS-51的串行接口的使用，完成单片机与PC机间的串行通讯。

基础知识：

MCS-51的串行接口当工作于方式1、2、3时，可以实现8位和9位的双机通讯。

当两台通讯设备之间的距离比较近时，（例如两颗MCS-51单片机间的通讯），可以直接将两单片机的RXD/TXD对接，接受/发送中的每位的高/低电平用5V/0V表示。

但对于远距离通讯场合，若用5V/0V表示高/低电平容易受到空间干扰，从而导致通讯错误。

为了降低空间干扰，通常采用RS-232的通讯电气规约，其中规定通讯中用0V低电平表示（逻辑1）、10V高电平表示（逻辑0）。

为了实现符合RS-232通讯规约的MCS-51通讯，就必须设计一个接口电路，完成OV/5V—>10V/0V的电平转换，这个接口电路通常采用MAX232集成芯片完成，在MainBoard板中可以找到这个芯片。

发送区

接受区

在很多应用场合都需要某些设备与PC机进行串行通讯，这是通常是由PC机作为上位机发送控制命令，单片机作为下位机接受命令并执行命令，并向上位PC机发送命令执行结果。

PC机的串口通讯除了需要PC机具有串口这一硬件资源外，还需要有相应的串口通讯程序。

在进行这类上下位机的串口通讯开发和调试时，通常在PC机一端都使用一些常用的串口调试程序，如图下中的“串口调试助手”，这时是假设PC机这一端的硬件和软件都是正常的，用它来向待调试的下位单片机发送/接受数据，以便调试单片机的串口通讯程序。

串口调式程序的使用方法非常简单。

首先在调试程序串口中设置“串口”、“波特率”、“校验位”、“数据位”等；设置完上述参数后按按钮打开串口。

若要向单片机发送数据，可以在发送区写下待发送的数据（可以选择16进制格式），选择手动发送/自动发送方式发送。

从单片机发送来的数据会自动显示在接受区。

这样只需要比较接受/发送双方的数据是否一致就可判断单片机的通讯程序是否正确，从而达到调试目的。

实验内容：

编写并调试单片机串口接受程序，实现对上位PC机的发送的16进制数的逐一接受，并将接受到的数以BCD码的形式在Timer&Counter板中的两位七段数码管上显示。