基于XL600+实验仪的单片机原理及接口技术实验指导书.docx
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基于XL600+实验仪的单片机原理及接口技术实验指导书
《单片机原理及接口技术A》实验大纲
课程名称：
单片机原理与接口技术A/PrincipleandInterfacesofSingleChipA
实验总学时数：
8
适用专业：
机械设计制造及自动化、物流工程、机设、汽车服务、车辆等等
承担实验室：
电工电子实验中心、物流工程学院实验中心
一、实验教学的目的和任务
1.实验教学目的
为使理论紧密联系实际，强化学生分析问题和解决问题的实际动手能力，培养和训练学生严谨求实进行科学实验的作风与本领，进一步巩固和深化这门课程的理论知识，依据《单片机原理与接口》这门课程教学计划的设置安排，一共开设8学时（4个）实验。
学生通过实验教学环节的培训，增强对单片微型计算机应用系统的工程观念和实践观念以及开发应用能力。
2．实验教学要求
学生修完此实验课后，对单片微型计算机的硬件、软件及其开发应用,能得心应手、“软硬兼施”，并具有较强的研发能力和创新能力，为今后从事科学研究打下良好的基础，同时要以严肃认真的态度参与实验，规范操作，整理好实验数据，撰写好实验报告。
二、实验项目及学时分配
序号
实验项目名称
实验
学时
每组
人数
实验
类型
开出
要求
1
单片机实验装置操作方法及指令机器码的编译
2
2
验证
必做
2
算术运算程序和逻辑运算程序的调试
2
2
设计
选做
3
分支和循环程序的设计
2
2
设计
选做
4
定时器/数码显示及中断综合应用
2
2
综合
必做
5
串行接口扩展和并行接口扩展
2
2
综合
选做
6
ADC和DAC
2
2
验证
选做
7
步进电机控制
2
2
综合
选做
8
在线仿真
2
2
综合
选做
合计
8
三、每项实验的内容和要求
1．单片机实验装置操作方法及指令机器码的编译
（1）实验要求：
熟悉实验所用单片机开发系统的键盘功能及其操作要领，掌握对程序指令编译成机器码并送入内存进行调试运行的方法。
（2）实验内容：
将所给定的源程序手工编译成机器码（目标程序）并键入到内存，然后检查目标程序和调试运行程序。
（3）实验所用的主要仪器设备及耗材：
51系列单片机及其装置
2．算术运算程序和逻辑运算程序的调试
（1）实验要求：
理解算术运算指令和逻辑运算指令的功能、标志位的含义以及数据分配概念，进一步熟悉单片机实验装置的操作运算方法。
（2）实验内容：
依照给定地址、数据及程序，进行算术运算和逻辑运算并记录运算结果。
（3）实验所用的主要仪器设备及耗材：
51系列单片机及其装置
3．分支和循环程序的设计
（1）实验要求：
熟悉条件和无条件跳转指令以及比较指令的运算要领，并掌握分支和循环程序的设计与调试方法。
（2）实验内容：
按照指定要求，设计分支和循环程序，键入机内运行，并求出运行结果，且判断结果的正误性，如果出错，分析错误原因所在，然后重新修改运行程序，直到结果正确。
（3）实验所用的主要仪器设备及耗材：
51系列单片机及其装置
4．定时器、数码显示及中断综合应用
（1）实验要求：
熟悉单片机的定时器和中断初始化编程要点，掌握定时器、七段数码显示器以及实时程序的设计与调试方法。
（2）实验内容：
依照指定实验课题，设计实验课题所需程序流程图和源程序，键入程序机中，并进行检查、调试和运行、观察运行结果并作好记录。
（3）实验所用的主要仪器设备及耗材：
51系列单片机及其装置
5．串行接口扩展和并行接口扩展
（1）实验要求：
熟悉串行接口扩展和并行接口扩展常用器件，并掌握串行接口和并行接口的扩展方法.
（2）实验内容：
分别按照给定的74LS164（8）相关串行接口扩展电路和8255并行接口扩展电路进行接线，然后根据指定要求编制程序并键入机中调试运行、观察且记录运行结果。
（3）实验所用的主要仪器设备及耗材：
51系列单片机及其装置
6．ADC和DAC
（1）实验要求：
熟悉ADC0809，0802，5G14433等芯片，掌握这些芯片同单片机连接的技术和编程使用方法，进一步理解ADC和DAC的概念。
（2）实验内容：
按照给定实验线路连接好芯片和单片机，并根据实验课题之意编写好程序，把程序键入机内进行调试运行，观察并记录结果，绘出相关波形。
进行此实验时，首先必须考虑好ADC和DAC的分辨率、精度，确定好入出范围、转换路数、电源种类等问题。
（3）实验所用的主要仪器设备及耗材：
51系列单片机及其装置；相关ADC和DAC集成器件
7．步进电机控制
（1）实验要求：
掌握用单片机控制步进电机运行的控制系统硬件设计要领和软件编程方法。
（2）实验内容：
按照此实验课题的要求，对一个齿距角为9度，转子具有40个齿，三相六拍式工作方式的步进电机进行正反转运行启停和调速控制。
实验前，事先要根据实验课题之意编写好相应的控制程序，按照给定的实验线路接好线后，键入程序运行，观察步进电机运行情况。
（3）实验所用的主要仪器设备及耗材：
51系列单片机及其装置；步进电机和相关接口器件
8．在线仿真
（1）实验要求：
进一步熟悉单片机开发系统的使用。
掌握单片机相关系统制作的方法。
了解一次性在线仿真的全过程。
（2）实验内容：
按照指定实验线路，连接好系统机同单片机开发系统之间的通讯电缆线和仿真电缆线等线路。
编制调试好所需要的程序，键入机内汇编并运行，查看运行结果。
此实验亦可自行拟定实验线路研试。
（3）实验所用的主要仪器设备及耗材：
51系列单片机及其开发装置；相关系统机和电缆线等器件
四、实验改革与特色
实验所用单片机及其相关器件是当前流行与实用的典型机种及器件，实验内容丰富，形式多样，有利于培训学生的创新能力和动手能力。
《单片机原理及接口技术》实验指导书
——基于XL600+单片机综合仿真实验仪系统
武汉理工大学物流工程学院袁兵编
1．学林电子XL600+单片机综合仿真实验仪系统
图1-1是XL600+单片机综合仿真实验仪系统的实物照片，图中各模块的接口定义如表1-1所示。
图1-1XL600+单片机综合仿真实验仪模块分布图
表1-1XL600+实验仪各模块接口定义表
编号
所属部份
端口名
简要说明
１
通信下载部份
JP17
编程/仿真方式选择，注意编程，实验时为弹起状态！
仿真时为按下状态。
K16
复位键。
按此键程序重新运行（仅对实验/仿真部份有效）
JP2
USB端口。
用于系统供电和USB通信。
JP23
ISP下载头。
可对其他芯片进行下载
２
电源部份
JP33
电源开关。
按下电源开，电源指示灯D100亮。
３
Cpu仿真部份
IC16
实验卡座。
实验时，插入AT89S52实验；仿真时，插入SST89E564进行仿真。
JP44
P1口输出（P1.0~P1.7）
JP53
P3口输出（P3.0~P3.7）
JP51
P0口输出（P0.0~P0.7）
JP52
P2口输出（P2.0~P2.7）
JP59
40PIN外接仿真头，和标准8051的引脚排列一致，请注意其引脚排列的方向。
４
AD转换部份
ADC0804
J3
ADC0804控制端。
本套件例子中，WR，RD分别接P36,P37。
JP35
ADC0804数据端。
本套件例子中，接CPU的P1口。
JP30
外部模拟信号输入端。
JP60
AD跳线。
默认为闭合状态，如果需要外接信号则跳开，从AD输入口JP30输入。
ADJ13
Ad试验。
用于AD试验时模拟信号，10K的可调整电阻。
５
DA转换部份
DAC0832
JP24
DAC0832控制端。
本套件例子中，WR,CS分别接P36,P27。
JP27
DAC0832数据端。
本套件例子中，接CPU的P0口。
J2
DAC0832输出端。
接示波器看输出波形。
６
液晶显示部份12864LCD
1602LCD
JP41
液晶实验时。
闭合此跳线，以接入液晶部份电源。
注意：
从上到下本套件一共设计了2组液晶插口，分别是12864液晶，1602液晶
７
8位数码管部份
JP5
数码管数据端，本套件例子中，接CPU的P0口。
JP8
数码管显示位控制，控制1~8位数码管的亮灭。
本套件例子中，接CPU的P2口。
８
数码管译码部份（74LS47）
JP19
74LS47数据输入端可以直接实现在LED2单位数码管上解码显示数字。
JP88
74LS47数据输出端。
９
并入串出部份（74LS165）
JP28
74LS165数据输入端.
JP21
74LS165数据输出端.
１０
三八译码部份（74LS138）
JP22
74LS138数据输入端.
JP25
74LS138数据输出端。
本套件例子中,接JP32八路指示灯观察输出情况。
１１
串入并出部份（74LS164）
JP20
74LS164数据输入端,本套件例子中,A/BCLK分别接CPU的P3.0,P3.1。
JP26
74LS164数据输出端，本套件例子中,接JP32八路指示灯观察输出情况。
１２
反向器部份
（74LS14）
JP29
74LS14数据输入端。
JP34
74LS14数据输出端,信号由此处理后，高电平变低点平，低电平变高电平。
１３
步进电机部份
JP31
步进电机控制信号输入端
JP36
步进电机输出。
１４
93C46部分
JP46
93C46控制。
本套件例子中，DO,DI,SK,CS分别接单片机的P34,P35,P36,P37
１５
24C02部分
JP38
24C02控制。
本套件例子中，SLC,SDA分别接CPU的P36,P37
１６
小喇叭部份
JP16
JP16是小喇叭信号输入。
本套件例子中，接单片机的P3.3口
１７
遥控部份
JP45
JP45是红外线接收头的信号输入。
本套件例子中，接单片机的P3.7口。
１８
18B20部分
JP39
本套件例子中，接单片机的P3.0口（xl600此为选购件）
１９
拨动开关部份
JP40
JP40分别对应J00~J07八个拨动开关。
２０
八路指示灯部份
JP32
JP32分别对应D00~D07八个指示灯。
灯亮时，表示对应端口状态为低电平。
２１
矩阵按键部份
JP50
JP50对应4*4键盘的4行和4列。
本套件例子中，接在CPU的P1口。
２２
继电器
JP18
可以引出信号控制其它的电器
２３
ds1302
JP83
实时时钟芯片
２４
ne555
JP80
这里是一个硬件的震荡器，用于提供脉冲信号做相关试验
２５
PS2键盘
可以做PC机电脑键盘的解码试验
２６
晶体选择
S1
可以用来选择用户晶体，只要插上您想要的晶体即可
２８
独立按键
JP37
4个独立的按键开关按下为低电平！
2．XL600+实验仪快速入门
2.1软件安装
插入随机的驱动光盘，打开驱动程序\XLISP驱动程序\目录，双击其中的setup.exe，按照提示，点下一步直到完成安装。
如果提醒您系统文件过旧，则需要重新启动计算机，重启后继续安装。
以下是安装成功后xlisp的界面，xlisp采用标准的图形界面，特有的语言自动选择，串口自动检测，智能一键通设置，操作非常简便。
①软件状态信息窗口
分别显示：
当前的编程器的信息，连接的工作状态，使用的串口端口，当前芯片资料，当前目标文件。
②程序区与数据区
显示被烧录的数据，可以编辑。
③智能一键通
本软件的特色之一，可以实现快捷编程。
详细资料请参考有关章节。
④智能一键通设置状态窗口
显示智能一键通当前的设置状态。
⑤文件更新
手工更新目标文件。
⑥复位目标板
按动该按钮可以复位目标板，方便在线调试程序。
⑦操作状态汇报窗口
动态显示当前所有编程操作情况。
⑧菜单与工具条
详细功能看了就知道。
⑨编程进度指示
动态显示当前编程操作进度。
2.2硬件安装
打开XL600的包装，插上USB电缆。
按下电源开关，此时电源指示灯亮。
同时注意烧写指示灯亮大约1秒后熄灭，此时表示系统自检正常!
确认编程/仿真按钮处于弹起（编程）状态。
确认CPU卡座上的CPU为AT89S52并且已经压下扳手安装好。
注意：
XL600+仅需连接USB电缆。
2.3软件操作
下面介绍基本的软件操作：
双击桌面的xlisp启动程序，此时弹出选择串口的对话框，进入时可选择：
选项/串口/自动检测，将非常方便！
一般默认情况下，选择串口3。
注意如果你的电脑没有安装过其他的USB设备是串口，也可能为串口4，5，6。
（串口自动检测，极大的方便您的使用过程）
1此时如果串口的设置正确。
那么会出现以下主界面：
操作状态汇报窗口显示编程器监测OK!
否则就是没有正确的设置ｕｓｂ虚拟串口：
请检查串口设置的号码是否正确？
电源指示灯是否亮？
编程仿真模式是否处于编程（弹起）状态？
2为了简化操作步骤，第一次使用时，应当确认一下软件的设置。
首先点击下图的“设置”对话框
在自动编程的选项中选择：
“擦除”“写入”“运行目标板”（下图打钩的地方）然后点确定。
由于一般情况下，查空，校对，写加密等等选项没有必要选择，相反会浪费您宝贵的编程时间，当然，您也可根据您的需要加上这些选项。
3在芯片类型的对话框中选择MCU\ATMEL_51\AT89S52然后点确定。
4点击主界面的“打开”，找到配套光盘中的:
测试程序举例\跑灯类程序\18LED.HEX，然后点确定
5此时点击：
“智能一键通”，将出现烧写进度条指示，对话框中出现
擦除开始….擦除操作完成.
程序编程操作开始….
程序编程操作OK!
退出编程，目标板运行！
注意：
在烧写操作的过程中，烧写指示的发光管会亮,烧写完毕，发光管熄灭。
此灯的作为烧写状态的指示非常重要！
至此，程序已经烧写完成。
下面我们要连接硬件了：
由于这个程序是一个P1口的跑马灯，取出一条随机配备的8PIN排线，一端插入XL600的CPU部份的P1口（JP44）另外一端插入八路指示灯部份的JP32,我们就看到P1口的8个发光管轮流闪烁。
表示运行成功了。
如果没有运行那么请按一下系统复位开关（K16）即可。
其他程序的硬件连接请参考相关的程序说明！
在接插排线过程中，一般并不需要断电操作。
当然，也可根据需要自行决定。
2.4MCS-51单片机引脚说明
51系列单片机8031、8051及89c51/89s51均采用40Pin封装的双列直接DIP结构。
下图是它们的引脚配置:
40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明：
·Pin20:
接地脚。
·Pin40:
正电源脚，工作时，接+5V电源。
·Pin19:
时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。
·Pin18:
时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。
8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体（2-12MHz）和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。
另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。
输入输出（I/O）引脚：
Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚。
Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚。
Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚。
Pin10-Pin17为
P3.0-P3.7输入输出脚。
·Pin9:
RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。
8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。
此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
·Pin30:
ALE/当访问外部程序器时，ALE（地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。
而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。
如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。
·Pin29:
当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。
·Pin31:
EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。
如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。
3．课程实验项目及要求
3.1实验1单片机实验装置操作方法及指令机器码的编译
1．实验目的
（1）通过输入、编译并调试源程序，掌握KeiluVision软件的使用方法；
（2）熟悉XL600+单片机综合仿真实验仪的组成模块及其接口定义，掌握利用烧写软件XLISP将机器码写入实验仪上单片机，并运行的方法。
2．实验要求
（1）熟悉实验用XL600+单片机综合仿真实验仪的组成模块及其接口定义，烧写软件XLISP的使用，以及实验仪使用方法。
（2）掌握利用KeiluVision软件，编写源程序。
并将其编译成机器码，并调试运行程序的方法。
（3）掌握利用烧写软件XLISP将机器码写入实验仪上单片机，并运行的方法。
3．实验内容
（1）在KeiluVision软件中，输入给定的源程序，并编译成机器码（目标程序），，然后检查目标程序和调试运行程序。
（2）将机器码写入实验仪上单片机，运行并观察实验结果。
4．实验用源程序
（1）程序功能
通过设置不同的8路拨动开关的状态，使对应的8路指示灯亮灭，从而理解单片机中数和位的概念以及数据传递的概念。
（2）源程序
;********************************************************************************
;8路指示灯读出8路拨动开关的状态*
;********************************************************************************
ORG0000H;开始
AJMPLOOP
ORG0080H;到0080h处避开00-30之间的敏感地址
LOOP:
MOVA,P0;P0口的状态（开关）读到A
MOVP1,A;把A的数据送到P1口（指示灯）
JMPLOOP;重新开始
END
5．实验步骤
（1）在硬盘D上新建文件夹，并以你的姓名拼音命名。
（2）启动Keil软件，建立一个工程文件（Project），命名为3KEYLED，注意：
单片机型号应与实验以上的单片机一致，这里为ATMELAT89S52。
（3）新建一个文件，键入上面的源程序，并以文件名3KEYLED.asm存盘。
（4）将建立的文件3KEYLED.asm加入工程3KEYLED中。
（5）修改工程设置：
单击"Project"（工程）菜单,再在下拉菜单中单击"optionsfortargettarget1"（目标1属性）在下图中,单击"Target"（目标）输入仿真器的工作频率12MHz。
选择output（输出）”CreateHEXfile”（产生hex文件）的选项，以便汇编后生成HEX代码，供编程器使用。
（6）编译并产生机器码：
按以下两个向下小箭头的图标进行编译,（或者按F7快捷）编译成功后如会出现下图红箭头所指的文字,表示编译成功!
此时就生成了hex文件（机器码文件），这里应为3KEYLED.hex。
（7）现在按图第三个红色的d（debug）或按Ctrl＋F5快捷键可以进入仿真此时界面将出现连接成功的提示!
（否则设置有误请仔细检查）（仿真连接成功的提示）。
（8）启动XLISP烧写软件，按照2.3节的操作方法，将3KEYLEB.hex烧写到AT89S52单片机ROM中。
（9）把八路拨动开关的JP40用一条8PIN的数据排线引入到CPU的P0口JP51，然后用一条8PIN的数据排线把CPU部份的P1口（JP44）连接到八路指示灯部份的JP32。
6.思考题
（1）利用KeiluVision软件编写源程序并编译成机器码的使用步骤，及其设置方法。
（2）简述XL600+单片机综合仿真实验仪的构成模块，以及烧写机器码至单片机的步骤。
3.2实验2定时器及中断系统综合应用
1．实验目的
通过定时器溢出中断，控制8个LED灯的点亮模式，从而掌握定时器和中断系统的控制原理和编程方法。
2．实验要求
（1）掌握定时器和中断系统的控制原理和编程方法。
（2）掌握利用KeiluVision软件，编写源程序，将其编译成机器码，并调试运行程序的方法。
（3）掌握利用烧写软件XLISP将机器码写入实验仪上单片机，并运行的方法。
3．实验内容
（1）在KeiluVision软件中，输入给定的源程序，并编译成机器码（目标程序），然后检查目标程序和调试运行程序。
（2）将机器码写入实验仪上单片机，运行并观察实验结果。
（3）修改源程序，改变流水灯的点亮模式和延时时间。
4．实验用参考源程序
（1）程序功能
通过实验仪上的AT89S52单片机P1口控制8个LED灯，并通过定时器T0延时1秒钟，实现流水灯效果。
（2）参考源程序
;********************************************************************************
;流水灯（定时中断）P1、LED显示*
;********************************************************************************
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG000BH;定时器0的中断向量地址
AJMPTIME0
ORG0030H
;**********************************************************
MAIN:
MOVA,#0FCH;开前两个灯
MOVP1,A
MOVR2,#14H;计数器
MOVTMOD,#01H;定时/计数器0工作于方式1
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H;50ms定时常数
SETBEA;开总中断
SETBET0;允许定时/计数器0中断
SETBTR0;启动定时/计数器0中断
LOOP:
AJMPLOOP
;***********************************
升级会员 