《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
(