《单片机与控制技术》实验指导书.docx

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《单片机与控制技术》实验指导书

《单片机技术》

《单片机与控制技术》

实验指导书

2012.3第2版2011.9第1版

武汉工程大学电气信息学院电气工程教研室

目录

实验1P1口实验一1

实验2P1口实验二4

实验3简单I/O口扩展实验7

实验4中断实验11

实验5定时器实验12

实验6存储器扩展实验14

实验7P1口扩展键盘实验15

实验8A/D转换实验17

实验9D/A转换实验19

附录：

实验设备硬件系统概述21

实验1P1口实验一

一、实验目的：

1．学习P1口的使用方法。

2．学习延时子程序的编写和使用。

二、实验设备：

CPU挂箱、8031CPU模块

三、实验内容：

1．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。

2．P1口做输入口，接八个按纽开关，以实验箱上74LS273做输出口，编写程序读取开关状态，在发光二极管上显示出来。

四、实验原理：

P1口为准双向口，P1口的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”，该位才能作为输入。

8031中所有口锁存器在复位时均置为“1”，如果后来在口锁存器写过“0”，在需要时应写入一个“1”，使它成为一个输入。

可以用第二个实验做一下实验。

先按要求编好程序并调试成功后，可将P1口锁存器中置“0”，此时将P1做输入口，会有什么结果。

再来看一下延时程序的实现。

现常用的有两种方法，一是用定时器中断来实现，一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6.144MHZ，则一个机器周期为12÷6.144us即1÷0.512us。

现要写一个延时0.1s的程序，可大致写出如下：

MOVR7，#X

（1）

DEL1：

MOVR6，#200

（2）

DEL2：

DJNZR6，DEL2（3）

DJNZR7，DEL1（4）

上面MOV、DJNZ指令均需两个机器周期，所以每执行一条指令需要1÷0.256us，现求出X值：

1÷0.256+X（1÷0.256+200×1÷0.256+1÷0.256）=0.1×10⁶

指令

（1）指令

（2）指令（3）指令（4）

所需时间所需时间所需时间所需时间

X=（0.1××10⁶-1÷0.256）/（1÷0.256+200×1÷0.256+1÷0.256）=127D=7FH

经计算得X=127。

代入上式可知实际延时时间约为0.100215s，已经很精确了。

五、实验原理图：

P1口输出实验

P1口输入实验

六、实验步骤：

执行程序1（T1_1.ASM）时：

P1.0～P1.7接发光二极管L1～L8。

执行程序2（T1_1.ASM）时：

P1.0～P1.7接平推开关K1～K8；74LS273的O0～O7接发光二极管L1～L8；74LS273的片选端CS273接CS0（由程序所选择的入口地址而定，与CSO～CS7相应的片选地址请查看第一部分系统资源，以后不赘述）。

七、程序框图：

循环点亮发光二极管

通过发光二极管将P1口的状态显示

八、参考程序：

1、循环点亮发光二极管（T1_1.ASM）

NAMET1_1;P1口输实验

CSEGAT0000H

LJMPSTART

CSEGAT4100H

START:

MOVA,#0FEH

LOOP:

RLA;左移一位，点亮下一个发光二极管

MOVP1,A

LCALLDELAY;延时0.1秒

SJMPLOOP

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

DELAY:

MOVR1,#127;延时0.1秒

DEL1:

MOVR2,#200

DEL2:

DJNZR2,DEL2

DJNZR1,DEL1

RET

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

END

2、通过发光二极管将P1口的状态显示（T1_2.ASM）

NAMET1_2;P1口输入实验

OUT_PORTEQU0CFA0H

CSEGAT0000H

LJMPSTART

CSEGAT4100H

START:

MOVP1,#0FFH;复位P1口为输入状态

MOVA,P1;读P1口的状态值入累加器A

MOVDPTR,#OUT_PORT;将输出口地址赋给地址指针DPTR

MOVX@DPTR,A;将累加器A的值赋给DPTR指向的地址

SJMPSTART;继续循环监测端口P1的状态

END

实验2P1口实验二

一、实验目的：

1．学习P1口既做输入又做为输出的使用方法。

2．学习数据输入、输出程序的设计方法。

二、实验设备：

CPU挂箱、8031CPU模块

三、实验原理：

P1口的使用方法这里不讲了。

有兴趣者不妨将实验例程中的“SETBP1.0,SETBP1.1”中的“SETB”改为“CLR”看看会有什么结果。

另外，例程中给出了一种N路转移的常用设计方法，该方法利用了JMP@A+DPTR的计算功能，实现转移。

该方法的优点是设计简单，转移表短，但转移表大小加上各个程序长度必须小于256字节。

四、实验原理图：

P1口输入、输出实验

五、实验步骤：

平推开关的输出K1接P1.0；K2接P1.1；

发光二极管的输入L1接P1.2；L2接P1.3；L5接P1.4；L6接P1.5。

运行实验程序，K1做为左转弯开关，K2做为右转弯开关。

L5、L6做为右转弯灯，L1、L2做为左转弯灯。

结果显示：

1：

K1接高电平K2接低电平时，右转弯灯（L5、L6）灭，左转弯灯（L1、L2）以一定频率闪烁；

2：

K2接高电平K1接低电平时，左转弯灯（L1、L2）灭，右转弯灯（L5、L6）以一定频率闪烁；

3：

K1、K2同时接低电平时，发光二极管全灭；

4：

K1、K2同时接高电平时，发光二极管全亮。

六、参考程序：

T2.ASM

NAMET2;P1口输入输出实验

CSEGAT0000H

LJMPSTART

CSEGAT4100H

START:

SETBP1.0

SETBP1.1;用于输入时先置位口内锁存器

MOVA,P1

ANLA,#03H;从P1口读入开关状态,取低两位

MOVDPTR,#TAB;转移表首地址送DPTR

MOVCA,@A+DPTR

JMP@A+DPTR

TAB:

DBPRG0-TAB

DBPRG1-TAB

DBPRG2-TAB

DBPRG3-TAB

PRG0:

MOVP1,#0FFH;向P1口输出#0FFH,发光二极管全灭

;此时K1=0,K2=0

LJMPSTART

PRG1:

MOVP1,#0F3H;只点亮L5、L6，表示左转弯

ACALLDELAY;此时K1=1,K2=0

MOVP1,#0FFH;再熄灭0.5秒

ACALLDELAY;延时0.5秒

LJMPSTART

PRG2:

MOVP1,#0CFH;只点亮L7、L8，表示右转弯

ACALLDELAY;此时K1=0,K2=1

MOVP1,#0FFH;再熄灭0.5秒

ACALLDELAY

LJMPSTART

PRG3:

MOVP1,#00H;发光二极管全亮,此时K1=1,K2=1

LJMPSTART

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

DELAY:

MOVR1,#5;延时0.5秒

DEL1:

MOVR2,#200

DEL2:

MOVR3,#126

DEL3:

DJNZR3,DEL3

DJNZR2,DEL2

DJNZR1,DEL1

RET;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

END

七、程序框图：

实验3简单I/O口扩展实验——交通灯控制实验

一、实验目的：

1．学习在单片机系统中扩展简单I/O接口的方法。

2．学习数据输出程序的设计方法。

3．学习模拟交通灯控制的实现方法。

二、实验设备：

CPU挂箱、8031CPU模块

三、实验内容：

扩展实验箱上的74LS273做为输出口，控制八个发光二极管亮灭，模拟交通灯管理。

四、实验原理：

要完成本实验，首先必须了解交通路灯的亮灭规律。

本实验需要用到实验箱上八个发光二极管中的六个，即红、黄、绿各两个。

不妨将L1（红）、L2（绿）、L3（黄）做为东西方向的指示灯，将L5（红）、L6（绿）、L7（黄）做为南北方向的指示灯。

而交通灯的亮灭规律为：

初始态是两个路口的红灯全亮，之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。

闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。

闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。

各发光二极管的阳极通过保护电阻接到+5V的电源上，阴极接到输入端上，因此使其点亮应使相应输入端为低电平。

五、实验原理图

六、实验步骤：

74LS273的输出O0～O7接发光二极管L1～L8，74LS273的片选CS273接片选信号CSO.

运行实验程序，观察LED显示情况是否与实验内容相符。

七、程序框图：

八、参考程序：

T3.ASM

NAMET3;I/O口扩展实验一

PORTEQU0CFA0H;片选地址CS0

CSEGAT0000H

LJMPSTART

CSEGAT4100H

START:

MOVA,#11H;两个红灯亮，黄灯、绿灯灭

ACALLDISP;调用273显示单元（以下雷同）

ACALLDE3S;延时3秒

LLL:

MOVA,#12H;东西路口绿灯亮;南北路口红灯亮

ACALLDISP

ACALLDE10S;延时10秒

MOVA,#10H;东西路口绿灯灭;南北路口红灯亮

ACALLDISP

MOVR2,#05H;R2中的值为黄灯闪烁次数

TTT:

MOVA,#14H;东西路口黄灯亮;南北路口红灯亮

ACALLDISP

ACALLDE02S;延时0.2秒

MOVA,#10H;东西路口黄灯灭;南北路口红灯亮

ACALLDISP

ACALLDE02S;延时0.2秒

DJNZR2,TTT;返回TTT，使东西路口黄灯闪烁五次

MOVA,#11H;两个红灯亮，黄灯、绿灯灭

ACALLDISP

ACALLDE02S;延时0.2秒

MOVA,#21H;东西路口红灯亮;南北路口绿灯亮

ACALLDISP

ACALLDE10S;延时10秒

MOVA,#01H;东西路口红灯亮;南北路口绿灯灭

ACALLDISP

MOVR2,#05H;黄灯闪烁五次

GGG:

MOVA,#41H;东西路口红灯亮;南北路口黄灯亮

ACALLDISP

ACALLDE02S;延时0.2秒

MOVA,#01H;东西路口红灯亮;南北路口黄灯灭

ACALLDISP

ACALLDE02S;延时0.2秒

DJNZR2,GGG;返回GGG，使南北路口;黄灯闪烁五次

MOVA,#03H;两个红灯亮，黄灯、绿灯灭

ACALLDISP

ACALLDE02S;延时0.2秒

LJMPLLL;转LLL循环

DE10S:

MOVR5,#100;延时10秒

LJMPDE1

DE3S:

MOVR5,#30;延时3秒

LJMPDE1

DE02S:

MOVR5,#02;延时0.2秒

DE1:

MOVR6,#200

DE2:

MOVR7,#126

DE3:

DJNZR7,DE3

DJNZR6,DE2

DJNZR5,DE1

RET

DISP:

MOVDPTR,#PORT;273显示单元

CPLA

MOVX@DPTR,A

RET

END

实验4中断实验

———按键控制LED亮灭

一、实验目的：

1．学习外部中断技术的基本使用方法。

2．学习中断处理程序的编程方法。

二、实验设备：

CPU挂箱、8031CPU模块

三、实验内容：

使用用单片机的INT0中断资源控制发光二极管（LED）的亮灭。

当按下实验装置的单脉冲按钮时，触发单片机的INT0中断，在INT0的中断服务程序中，将LED的状态取反，即原来LED状态亮的话，将LED熄灭，反之点亮。

四、实验原理：

使用单片机的IO口驱动发光二极管LED，如用P1.0引脚驱动LED0。

显然，由实验装置的LED硬件电路可知，当P1.0输出高电平时，LED0点亮。

本实验中断服务程序的功能比较简单，如果中断服务程序占用了一些公用资源（如寄存器等），还需要采取一些保护措施。

最主要的地方是如何保护进入中断前的状态，使得中断程序执行完毕后能回到中断前的状态。

要保护的地方，除了累加器ACC、标志寄存器PSW外，还要注意，通用工作寄存器R0～R7是否也有必要保护。

试着在该实验项目中将这些现场保护指令添加进去！

五、实验原理图：

（结合实验装置自行绘出！

）

六、实验步骤：

CPU板的I/O口与要驱动的LED相连（具体：

......）。

单脉冲输出端P-接CPU板上的INT0。

七、程序框图：

1、主程序框图

2、中断程序框图

（实验同学自行绘出）

八、参考程序：

实验5定时器实验

———按键控制LED亮灭

一、实验目的：

1．学习8031内部计数器的使用和编程方法。

2．进一步掌握中断处理程序的编写方法。

二、实验设备：

CPU挂箱、8031CPU模块

三、实验内容

使用用单片机的定时计数器资源及中断资源控制发光二极管（LED）的亮灭。

用定时计数器T0对外部脉冲计数（脉冲由单脉冲按钮产生），每按下实验装置的单脉冲按钮5次时，进入单片机的定时计数器中断，在中断服务程序中，将LED的状态取反，即原来LED状态亮的话，将LED熄灭，反之点亮。

四、实验原理：

1．定时器模式确定及计数初值计算。

2．初始化程序

包括定时器初始化和中断系统初始化，主要是对IP、IE、TCON、TMOD的相应位进行

正确的设置，并将时间常数送入定时器中。

由于只有定时器中断，IP便不必设置。

3．设计中断服务程序和主程序

中断服务程序除了要完成计数减一工作外，还要将时间常数重新送入定时器中，为下一次中断做准备。

主程序则用来控制发光二极管按要求顺序燃灭。

五、实验电路：

（根据实验系统自行绘出）

六、实验步骤：

CPU板的I/O口与要驱动的LED相连（具体：

......）。

单脉冲输出端P-接CPU板上的INT0。

七、程序框图：

1、主程序框图

2、中断程序框图

八、实验程序：

九、实验扩展

本实验如果不对外部脉冲计数，二是改为定时方式来控制LED亮灭，比如每0.5秒钟将LED状态取反一次，该如何实现？

提示：

定时常数的确定

定时器/计数器的输入脉冲周期与机器周期一样，为振荡频率的1/12。

本实验中时钟频率为6.0MHZ，现要采用中断方法来实现0.5秒延时，要在定时器1中设置一个时间常数，使其每隔0.1秒产生一次中断，CPU响应中断后将R0中计数值减一，令R0=05H，即可实现0.5秒延时。

时间常数可按下述方法确定：

机器周期=12÷晶振频率=12/（6×10⁶）=2us

设计数初值为X，则（2e+16-X）×2×-610=0.1，可求得X=15535

化为十六进制则X=3CAFH，故初始值为TH1=3CH，TL1=AFH

实验6存储器扩展实验

一、实验目的：

1．掌握PC存储器扩展的方法。

2．熟悉62256芯片的接口方法。

二、实验设备：

CPU挂箱、8031CPU模块

三、实验内容：

向外部存储器的7000H到8000H区间循环输入00～0FFH数据段。

设置断点，打开外部数据存储器观察窗口，设置外部存储器的窗口地址为7000H—7FFFH。

全速运行程序,当程序运行到断点处时,观察7000H—7FFFH内数据是否正确。

四、实验原理图：

实验系统上的两片6264的地址范围分别为：

3000H～3FFFH，4000H～7FFFH，既可作为实验程序区，也可作为实验数据区。

62256的所有信号均已连好。

五、程序框图：

T16.asm

实验7P1口扩展键盘实验

一、实验目的：

掌握P1口的使用方法，行列式键盘的工作原理及编程方法。

二、所需设备

1、CPU挂箱

2、对象挂箱

3、CPU模块（80C31）

4、LED/数码管/键盘模块

三、实验内容

P1.4～Ｐ1.7接键盘的列，P1.0~P1.3接键盘的行。

通过扫描键盘确定是否有键按下，如有则确定键值，并在CPU模块的数码管上显示（高位为行号，低位为列号）。

四、实验原理说明

本实验中键值的确定采用线反转法。

五、实验步骤

1、实验连线

P1.4~P1.7接KEYY1~KEYY4，P1.0~P1.3接KEYX1~KEYX4。

2、运行实验程序P1KEY.asm，按动键盘，查看显示键值。

六、实验结果

按动键盘时，数码管上显示出该键所在的行列号。

如“12”表示第一行第二列。

七、实验提示

在判断是否有键按下时，应有去抖动处理，以防止误操作。

具体做法为延时10ms再次判断是否有键按下。

只有两次判断均为有键按下才进行处理。

八、程序框图

实验8A/D转换实验

一、实验目的：

1．掌握A/D转换与单片机的接口方法。

2．了解A/D芯片ADC0809转换性能及编程方法。

3．通过实验了解单片机如何进行数据采集。

二、实验设备：

CPU挂箱、8031CPU模块

三、实验内容：

利用实验台上的ADC0809做A/D转换器，实验箱上的电位器提供模拟电压信号输入，编制程序，将模拟量转换成数字量，用数码管显示模拟量转换的结果。

四、实验原理：

A/D转换器大致有三类：

一是双积分A/D转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近法A/D转换器，精度、速度、价格适中；三是并行A/D转换器，速度快，价格也昂贵。

实验用的ADC0809属第二类，是八位A/D转换器。

每采集一次需100us。

ADC0809START端为A/D转换启动信号，ALE端为通道选择地址的锁存信号。

实验电路中将其相连，以便同时锁存通道地址并开始A/D采样转换，故启动A/D转换只需如下两条指令：

MOVDPTR，#PORT

MOVX@DPTR,A

A中为何内容并不重要，这是一次虚拟写。

在中断方式下，A/D转换结束后会自动产生EOC信号，将其与8031CPU板上的INT0相连接。

在中断处理程序中，使用如下指令即可读取A/D转换的结果：

MOVDPTR，#PORT

MOVXA，@DPTR

、

五、实验电路：

六、实验步骤：

1．0809的片选信号CS0809接CS0。

2．电位器的输出信号AN0接0809的ADIN0。

3．EOC接CPU板的INT0.

七、程序框图：

T15.ASM

主程序中断服务程序

实验9D/A转换实验

一、实验目的：

1．了解D/A转换的基本原理。

1．了解D/A转换芯片0832的性能及编程方法。

2．了解单片机系统中扩展D/A转换的基本方法。

二、实验设备：

CPU挂箱、8031CPU模块

三、实验内容：

利用DAC0832，编制程序产生锯齿波、三角波、正弦波。

三种波形轮流显示。

四、实验原理：

D/A转换是把数字量转换成模拟量的变换，从D/A输出的是模拟电压信号。

产生锯齿波和三角波只需由A存放的数字量的增减来控制；要产生正弦波，较简单的手段是造一张正弦数字量表。

取值范围为一个周期，采样点越多，精度就越高。

本实验中，输入寄存器占偶地址端口，DAC寄存器占较高的奇地址端口。

两个寄存器均对数据独立进行锁存。

因而要把一个数据通过0832输出，要经两次锁存。

典型程序段如下：

MOVDPTR，#PORT

MOVA，#DATA

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

MOVX@DPTR,A

其中第二次I/O写是一个虚拟写过程，其目的只是产生一个WR信号。

启动D/A。

五、实验电路：

六、实验步骤：

1、DAC0832的片选CS0832接CS0，输出端OUT接示波器探头。

2、将短路端子DS的1、2短路

七、程序框图T14.ASM

主程序MAIN锯齿波显示子程序：

PRG1

三角波显示子程序：

PRG2正弦波显示子程序：

PRG3

中断子程序：

DELAY

附录：

实验设备硬件系统概述

1、8051单元

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：

6.0MHz

3）、存储器：

程序存储器与数据存储器统一编址，最多可达64k，板载ROM（监控程序27C256）12k；RAM1（程序存储器6264）8k供用户下载实验程序，可扩展达32k；RAM2（数据存储器6264）8k供用户程序使用，可扩展达32k。

（RAM程序存储器与数据存储器不可同时扩至32k，具体与厂家联系）。

（见图1-1：

存储器组织图）。

在程序存储器中，0000H----2FFFH为监控程序存储器区，用户不可用，4000H----5FFFH为用户实验程序存储区，供用户下载实验程序。

数据存储器的范围为：

6000H----7FFFH，供用户实验程序使用。

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。

例如：

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。

4）、可提供的对8051的基本实验

为了提高微机教学实验质量，提高实验效率，减轻主讲教师和实验教师的劳动强度，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）、8051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）、ADC0809A/D转换实验

（11）、DAC0832D/A转换实验

（12）、存储器扩展实验

（