单片机原理及应用实验指导书0318印刷.docx
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单片机原理及应用实验指导书0318印刷
单片机原理及应用
实验指导书
控制科学与工程学院实验中心
山东大学
二〇一二年三月
前言
MCS-51单片机实验是MCS-51单片机应用课程教学的一个重要环节。
《MCS-51单片机实验指导书》包括了MCS-51单片机软件开发必备的基本知识，即MCS-51汇编语言A51，C51的基本介绍，MCS-51开发环境Keil51（评估版）的基本使用方法和MCS-51单片机仿真实验仪的基本原理并给出了6个实验项目。
通过这些实验项目可以掌握MCS-51单片机和单片机的各种外设接口的原理和软硬件开发调试方法，开发工具的使用原理。
《MCS-51单片机实验指导书》是由控制科学与工程学院微型计算机原理与控制实验室的实验室教师根据教学实验的要求和实验使用的教学实验仪器的原理编辑整理编写。
在编写过程中的参考文献见“附录B参考文献”。
其中《单片机基础实验指导书》是DP-51S实验仪附带的资料。
根据学校的有关要求，要求学生在实验室做实验的时候要遵守学校的实验室管理规章制度。
这些规章制度是：
《山东大学实验室器材损坏赔偿方法》，《山东大学仪器设备管理制度》，《山东大学学生实验管理制度》，《山东大学仪器设备操作规程》，《山东大学实验室安全管理制度》，《山东大学实验室卫生管理制度》。
根据实验室的要求，同学在实验室做实验时要准时到实验室并按要求在实验室签名，在结束实验时要经过实验指导教师的同意才可离开实验室。
在实验中间如果实验仪器设备发生问题要及时通知实验指导教师处理仪器设备发生的问题。
由于每次实验时间有限，因此实验之前，一定要提前预习有关实验项目的实验内容，并按实验要求提前编写实验程序。
这样才能在有限的实验时间内完成实验内容。
前言
KeilC51简单介绍
A51汇编语言简单介绍
A51宏汇编器汇编错误信息
PROTEUS软件简单介绍
MCS-51单片机编程实验
实验1-18051CPU基本存储器读写实验
实验1-2IDATA存储空间数据读写实验
实验1-3I/O端口数据读写实验
实验1-4XDATA存储器的读写实验
实验1-5测量与确定延时子程序时间常数实验
实验仪电路仿真实验
实验2-1键盘与数码管控制实验
实验2-2LED发光二级管控制实验
实验2-3红外电路移动物体检测实验
实验2-4移动物体检测计数实验
定时器/计数器应用程序设计实验
实验3-1发光二极管顺序发光程序设计实验
实验3-2中断查询LED发光二极管流水灯显示实验
实验3-3C51语言发光二极管顺序发光程序设计实验
外部中断应用程序设计实验
实验4-1中断控制LED发光二级管显示方式实验
实验4-2中断控制LED发光二极管发光实验
实验4-3中断控制计数器加1实验
RS232C串行通讯实验
实验5-1串行口发送与接收实验
（一）
实验5-2串行口发送与接收实验
（二）
实验5-3串行口发送与接收实验（三）
单片机控制器设计实验
实验6-1开关量控制设计实验
实验6-2数字时钟设计实验
实验6-3数模转换显示设计实验
附录ADP-51S实验仪电路简单介绍
附录B实验仪主要器件标号型号功能跳线说明
附录C部分程序代码
附录D参考文献
KeilC51简单介绍
KeilC51μVision2集成开发环境（KeilC51IDE）是基于80C51内核的微处理器软件开发平台。
开发平台内包含有完整的符合工业标准的开发工具。
用这些开发工具可以完成工程建立、工程管理，软件编译、连接和目标代码的生成以及软件仿真、硬件仿真等完整的开发过程。
μVision2集成开发环境的主要功能如下：
μVision2forWindowsTM：
是一个集成开发环境，将项目管理、源代码调试、程序调试（软件仿真或硬件仿真）等功能组合在一个开发环境里。
这些开发工具是：
C51交叉编译器。
A51宏汇编器。
BL51连接/定位器。
LIB51库管理器。
OH51目标文件到HEX文件格式的转换器。
RTX-51实时操作系统。
KeilC51Software提供了数个80C51系列的开发工具套件。
它们是：
PK51专业开发套件
DK51开发套件
CA51编译器套件
A51编译器套件
RTX51实时操作系统（FR51）
下表是每个套件的功能列表：
开发工具
PK51
DK51
CA51
A51
FR51
μVision2项目管理器和编辑器
√
√
√
√
C51交叉编译器
√
√
√
√
A51宏汇编器
√
√
√
BL51连接/定位器
√
√
√
√
LIB51库管理器
√
√
√
√
OH51格式转换器
√
√
RTX-51Full
√
RTX-51Tiny
√
DP-51S单片机仿真实验仪和keilC51开发调试软件集成在一起，形成一个完整的实验系统。
实验使用KeilC51V7.0版的评估版软件。
评估版软件里包含了一些示范程序和一些受限制的工具（功能、应用程序代码长度等方面受限），但是我们还是可以通过它很好的学习和了解单片机的整个开发过程。
如果是为了商业应用，需要购买正版软件以获得完整的功能。
KeilC51的安装：
安装KeilC51软件，必须满足最小的硬件和软件的要求：
Pentium、PentiumII及以上版本的处理器和兼容处理器的PC计算机；
Windows98、WindowsXP、WindowsNT4.0、Windows2000等操作系统；
至少16MBRAM；
至少20MB的硬盘空间；
软件安装过程（略）。
软件安装完成以后，在D：
\Keil\目录下生成两个子目录：
C51子目录和UV2子目录。
其中C51子目录下是KeilC51的各种开发工具，UV2子目录下是μVision2IDE集成开发环境。
μVision2IDE支持所有的KeilC51工具软件，这些工具软件介绍如下：
（1）C51交叉编译器
从8051的C源代码产生可重定位的目标模块（object文件）。
C51交叉编译器遵照ANSIC语言标准并支持它的所有标准特性以及支持80C51的结构特性。
（2）A51宏汇编器
从8051的汇编源代码产生可重定位的目标模块（object文件）。
A51宏汇编器支持80C51及其派生系列的所有指令集。
（3）BL51连接/定位器
连接和定位由C51和A51产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块。
（4）LIB51库管理器
从目标模块生成连接器可以使用的库文件。
这些绝对地址目标文件（模块）包括不可重定位的代码和数据，所有的代码和数据都定位在具体的存储器单元里。
（5）OH51目标文件到HEX文件格式的转换器
用来从绝对目标模块生成IntelHEX文件。
（6）LIB51库管理器
使用目标文件建立库文件。
这些库文件是按规定的格式建立的目标模块，可以被连接器直接使用。
在连接时，用户的应用程序只连接使用库程序里的由应用程序涉及到的资源。
（7）RTX-51实时操作系统
针对80C51系列的微控制器的一个操作系统多任务实时内核。
它简化了是实时系统对事件反应的软件系统设计、编程和调试工作。
这个多任务实时内核集成在C51编译器里。
有关操作系统的描述和操作由BL51连接/定位器自动完成。
RTX-51Full提供了RTX-51的所有功能，RTX-51Tiny提供了RTX-51的基本功能。
（8）μVision2软件调试器
可以快速、可靠的调试应用程序，调试器里包括一个高速模拟器，用来模拟80C51的系统。
包括片上的外围器件和外部硬件。
在器件库里选择器件时，器件的属性会被自动的配置。
（9）μVision2硬件调试器
硬件调试器提供了数种在实际目标硬件上测试程序的方法。
它可以在安装有MON51目标监视器的目标系统里，通过Monitor-51接口下载用户程序到目标硬件系统。
也可以使用GDI接口，将μVision2调试器同硬件系统相连接，通过μVision2的人机交互环境调试程序完成系统设计。
我们使用的DP-51S实验仪就是这样工作的。
在启动μVision2集成开发环境后，在计算机的屏幕上出现μVision2操作界面。
在操作界面上有命令菜单栏、工具栏（提供快捷图标）。
在工作区有工程项目窗口、文本编辑窗口、输出信息窗口、存储区观察窗口、变量观察窗口等，这些窗口的显示由View菜单里的命令控制（在图1显示的界面里只打开了三个窗口）。
μVision2集成开发环境菜单栏命令。
（1）文件菜单和文件命令（File）
New...创建一个新的源文件或文本文件
Open...打开已有的文件
Close关闭当前文件
Save保存当前文件
SaveAs...重命名并保存当前文件
SaveAll保存所有打开的源文件或文本文件
DeviceDatabase打开μVision2的器件数据库
PrintSetup...设置打印机
Print打印当前文件
PrintPreview打印预览
1ASAMPLE1快速打开最近使用的源文件或文本文件
图1μVision2操作界面
2ASAMPLE2快速打开最近使用的源文件或文本文件
Exit退出μVision2并提示保存文件
（2）编辑菜单和编辑命令（Edit）
Undo撤消上一次操作
Redo撤消撤消上一次操作
Cut将选中的文字剪切并放到剪贴板
Copy将选中的文字复制到剪贴板
Paste粘帖剪贴板的文字
IndentSelectdeText将选中的文字向右缩进一个制表符位
UnindentSelectedText将选中的文字向左缩进一个制表符位
ToggleBookmark在当前行放置书签
GotoNextBookmark将光标移到下一个书签
GotoPreviousBookmark将光标移到上一个书签
ClearAllBookmark清除当前文件中的所有书签
Find在当前文件中查找文字
Replace替换指定的文字
findinFiles...在几个文件中查找文字
（3）视图菜单（View）
StatusBar显示隐藏状态栏
FileToolber显示隐藏文件工具栏
BuildToolbar显示隐藏编译工具栏
DebugToolbar显示隐藏调试工具栏
ProjectWindow显示隐藏工程窗口
OutputWindow显示隐藏输出窗口
SourceBrowser打开源文件浏览器窗口
DisassemblyWindow显示隐藏反汇编窗口
Watch&CallStackWindow显示隐藏观察和堆栈窗口
MemoryWindow显示隐藏存储器窗口
CodeCoverageWindow显示隐藏代码覆盖窗口
PerformanceAnalyzerWindow显示隐藏性能分析窗口
SymbolWindow显示隐藏符号变量窗口
SerialWindow#1显示隐藏串行窗口1
SerialWindow#2显示隐藏串行窗口2
Toolbox显示隐藏工具箱
PeriodicWindowUpdate在运行程序时，周期刷新调试窗口
WorkbookMode显示隐藏工作簿窗口的标签
Options...设置颜色，字体，快捷键和编辑器选项
（4）工程菜单和工程命令（project）
NewProject...建立新的工程
ImportμVision1Project...输入μVision1工程文件
OpenProject...打开已存在的工程
CloseProject...关闭当前的工程
TargetEnvironment定义工具系列，包含文件，库文件的路径
Targets,Groups,Files维护工程的对象，文件组和文件
SelectDeviceforTarget从器件数据库选择一个CPU
Remove...从工程中删去一个组或文件
Options...设置对象，组或文件的工具选项
FileExtensions选择文件的扩展名以区别不同的文件类型
BuildTarget转换修改过的文件并编译成应用文件
RebuidTarget重新转换修改过的文件并编译成应用文件
Translate...转换当前的文件
StopBuild停止当前的编译进程
C:
\C51\....\hello.Uv2打开最近使用的工程文件
（5）调试菜单和调试命令（Debug）
Start/StopDebugging启动和停止μVision2调试模式
Go运行程序到结束或运行到下一个有效断点
Step跟踪运行程序
StepOver单步运行程序
Stepoutofcurrentfunction执行到当前函数的程序
StopRunnion停止程序运行
Breakpoints...打开断点对话框
Insert/RemoveBreakpoint在当前行设置/清除断点
Enable/DisableBreakpoiont使能/禁止当前行的断点
DisableAllBreakpoiont禁止程序中的的所有断点
KillAllBreakpoints清除程序中的所有断点
ShowNextStatement显示下一条执行的语句/指令
Enable/DisableTraceRecording使能/禁止跟踪记录，可以显示程序运行轨迹
ViewTraceRecords显示以前执行的指令
MemoryMap...打开存储器空间配置对话框
PerformanceAnalyzer...打开性能分析器设置对话框
InlineAssembly...对某一行重新汇编，可以修改汇编代码
FunctionEditor编辑调试函数和调试配置文件
（6）外围器件菜单（peripherals）
以下内容由选择的CPU决定。
菜单里出现的各个选项将打开相应的外围器件对话框，对话框的内容由器件数据库中选择的CPU决定。
不同的CPU，下拉菜单和对话框里的内容不同。
ResetCPU复位CPU
Interrupt，
I/O-Ports，
Serial，
Timer，
（7）工具菜单（Tools）
SetupPC-Lint配置GimpelSofware公司的PC-Lint
Lint在当前的编辑文件中运行PC-Lint
LintallCSourceFiles在工程的C源代码文件中运行PC-Lint
SetupEasy-Case...配置SiemensEasy-Case
Start/StopEasy-Case启动或停止SiemensEasy-Case
ShowFile（Line）CustomizeToolsMenu...将用户程序加入工具菜单
（8）软件版本控制系统菜单（SVCS）
ConfigureVersionControl...配置您的软件版本控制系统命令
（9）视窗菜单（Window）
Cascade层叠所所有窗口
TileHorizontally横向排列窗口（不层叠）
TileVertically纵向排列窗口（不层叠）
ArrangeIcons在窗口的下方排列图标
Split将打开的窗口拆分成几个窗格
C:
\C51\...\HELLO.C打开选中的窗口对象
C:
\A51\...\ASAMPLE2.A51打开选中的窗口对象
（10）帮助菜单（Help）
Helptopics打开在线帮助
AboutμVision显示μVision的版本号和许可信息
Tools菜单简单介绍
PC-Lint
GimpelSoftware公司的的PC-Lint程序可以核对你写的所有模块的C源代码的语法和语义。
PC-Lint标识出可能的错误和有矛盾的地方，并停在模糊的、错误的或无效的C代码处。
在安装PC-Lint后，你就可以检查（lint）你的源代码了。
菜单Tools–Lint运行PC-Lint来检查当前编辑器中的文件。
菜单Tools–LintAllCSourceFiles运行PC-Lint来检查你项目中所有的C源文件。
PC-Lint的输出信息被重定向到OutputWindow-Build页。
双击PC-Lint的输出信息将使编辑器定位到相应的位置。
SiemensEasy-Case
Easy-Case是一个图形和程序文档编辑器。
你可以用Easy-Case编辑源程序代码。
另外，一些μVision2调试器中的命令在Easy-Case环境中也有效。
利用Easy-Case浏览源代码，你可以用Tools–Start/StopEasy-Case来启动Easy-Case。
菜单项目Tools–ShowFile（line）在当前位置打开μVison2中活动编辑器中的文件。
SVCS菜单菜单简单介绍
uVision2为软件版本控制系统（SVCS）提供了一个可配置的接口。
通过SVCS菜单，调用你的版本控制系统的命令行工具。
SVCS菜单的配置存储在一个模板文件中。
此菜单的配置通过SVCS–CustomizeSVCSMenu对话框进行。
此对话框的选项解释如下：
对话框条目描述
TemplateFileSVCS菜单配置文件的名字。
推荐一个项目开发组的所有成员使用相
同的模板文件。
所以模板文件应该复制到文件服务器中。
UserName用户名，用来登录到SVCS系统。
在参数行它是通过%U文件码传递
的。
DatabaseSVCS系统使用的数据库的文件名或路径。
通过%V文件码传递。
MenuContent显示在SVCS菜单中的文本行。
可以包括键码和文件码。
用字符'&'
定义快捷键。
对于当前被选中的菜单行，你可以定义以下列出的选项。
Comment、Revision、CheckPoint
允许你在执行此SVCS命令前询问一些附加的信息。
注释将被复制到
一个临时文件中，此文件通过文件码%Q作为一个参数传递给SVCS
命令。
版本和校验信息通过文件码%R和%C作为字符串传递。
RunMinimized如果你想以最小化的窗口来执行应用，使能此选项。
Command当你点击此SVCS菜单项时将调用的程序文件。
Arguments传递给此SVCS程序文件的命令行参数。
Environment在执行此SVCS程序前需要设置的环境变量。
A51汇编语言简单介绍
A51汇编语言由汇编器规则和汇编伪指令组成。
汇编伪指令是一种特殊的汇编控制符号。
在汇编过程中可以按给定的规则改变汇编器的状态，将一些必要的信息加入到目标文件里。
A51汇编器允许使用汇编伪指令进行符号定义，保留和初始化存储器空间，控制程序连接，控制汇编状态和进行段选择。
下面是汇编语言的简单介绍：
一符号与表达式
8051汇编语言程序（源程序）是由8051指令的汇编语言符号组成。
汇编语言对汇编源程序的指令行的书写格式作了规定，它的格式如下：
[标号：
]8051指令助记符[操作符1][，操作符2][，操作符3][；注释]
标号是可选项，一般它表示程序指令的转移地址。
操作符又叫操作数，它个数随指令的不同而不同，在汇编指令里可能没有操作符，也可能有1个或多个操作符。
操作符可以是立即数、地址或者是符号表示的立即数、存储器地址、转移地址等标识符。
汇编指令里的数字可以使用2进制数、8进制数、10进制数、16进制数。
不同进制数用数字后面的不同的后缀来区分：
数制
数值范围
后缀
其它表示方式
2进制
0，1
B
8进制
0～7
O
10进制
0～9
D
16进制
0～9，A～F
H
0xhhhh
省略后缀默认为10进制数。
立即数的前面必须加上符号“#”。
A51宏汇编器可以使用符号表示数值、地址和寄存器名等。
符号名最长为31个字符，第一个字符必须是英文字母“A”~“Z”或“a”~“z”、“_”、“？
”后续的字符可以是上述的字母符号或数字“0”～“9”。
A51宏汇编器把一些字符预定义为A51的保留字，不能对它们进行重定义。
这些保留的符号及意义如下：
保留字
说明
C
进位标志
A
累加器
AB
寄存器对
AR0～AR7
当前工作寄存器的绝对地址
DPTR
数据指针
R0～R7
工作寄存器
PC
程序计数器
指令助记符
A51指令的汇编语言符号
$
当前段的地址计数器
符号“$”是一个特殊的汇编符号，表示当前段的地址计数器。
不同的段有不同的地址计数器。
如果改变了当前段，地址计数器也自动切换到新段的地址计数器。
A51宏汇编器中有三类运算符：
算术运算符、逻辑运算符、关系运算符。
运算符的运算发生在汇编器的汇编过程中，其结果体现在指令中只是一个操作数（地址、数据、立即数等）。
（1）算术运算符
运算符
说明
+、-
正负号
+、-
加减运算
*
乘法运算
/
除法运算
MOD
取模运算
（）
括号运算
（2）逻辑运算符
运算符
说明
NOT
取反运算
HIGH
选择操作符的高位字节
LOW
选择操作符的低位字节
SHL、SHR
左、右移运算
AND
逻辑与运算
OR
逻辑或运算
XOR
逻辑异或运算
（3）关系运算符
运算符
说明
>=
大与等于
<=
小与等于
<>
不等于
=
等于
<
小于
>
大于
升级会员 