单片机原理及应用实验指导书.docx
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单片机原理及应用实验指导书
实验指导书
单片机原理及应用
邵阳学院
2008年10月
目录
一、单片机实验室3
1．基于“电子通信与自动化创新实验系统”的单片机实验平台3
2．基于“电子技术综合实验系统”的单片机实验平台3
二．实验项目6
实验一：
P1口输入输出实验6
实验二：
定时计数器实验8
实验三．分支程序实验10
实验四：
循环程序实验12
实验五：
外部中断实验13
实验六：
子程序实验17
实验七：
串行通信实验18
实验八：
数码显示接口电路设计20
实验九：
A/D转换实验21
实验十：
数据存储器扩展实验23
实验十一：
电子时钟设计25
实验十二：
波形发生器设计26
《单片机原理及应用》课程实验指导书
一、单片机实验室
单片机实验室由“电子通信与自动化创新实验系统”和“电子技术综合实验系统”组成，配有PROTEUS、keil-c51、WAV6000、MCS51、MCS8086等电子设计软件。
承担《单片机原理及应用》、《微机原理与接口技术》课程实验、课程设计及专业综合实验等实践教学任务。
1．基于“电子通信与自动化创新实验系统”的单片机实验平台
基于“电子通信与自动化创新实验系统”的单片机实验平台，8051的P0、P1、P2、P3口对用户开放。
MCS-51为编辑软件，支持汇编语言和C语言编辑和调试。
程序存储器的地址从4000H到5FFFH（用户在编程时应注意这一点），中断入口地址如表1，片选信号CS提供的外部数据区地址如表2。
表1：
中断入口地址表2：
外部数据存储器地址分配
中断源
中断入口地址
片选信号
外部RAM地址区域
外部中断0
4003H
CS0
CFA0H-CFA7H
定时器0
400BH
CS1
CFA8H-CFAFH
外部中断1
4013H
CS2
CFB0H-CFB7H
定时器1
401BH
CS3
CFB8H-CFBFH
串行中断
4023H
CS4
CFC0H-CFC7H
CS5
CFC8H-CFCFH
在编程时使用CSEGATADRE来确定地址，如：
CSEGAT0000H；程序复位时从0000H地址开始
LJMPSTART
CSEGAT4100H；表示以下的程序从4100H开始
2．基于“电子技术综合实验系统”的单片机实验平台
基于“电子技术综合实验系统”的单片机实验平台，以PROTEUS为电子设计软件，以综合实验系统为硬件验证，配有表3所示模块，学生在PROTEUS电子设计软件上实现电子电路的设计与仿真，再在综合实验系统中选用模块，实现电路功能的验证。
下面以一个实例来说明如何操作：
（1）设计任务
编码开关接P2口，P0口接8只发光二极管，编程实现将开关状态显示在P0口上。
（2）电路设计
从PROTEUS中选取元器件如下：
①AT89C51:
单片机、②RES、RX8、RESPACK-8:
电阻、8排阻、8上拉电阻、③CRYSTAL:
晶振、④CAP、CAP-ELEC:
电容、电解电容、⑤LED-YELLOW:
发光二极管（黄色）、⑥DIPSW_3：
拨码开关。
放置元器件、放置电源和地、连线，得到下图所示的开关状态显示电路，最后进行电气检测。
（3）程序设计
点菜单“Source→Add/RemovesourceFiles”在出现的对话框中，选择ASEM51编辑器，将汇编源程序XXX.asm输入到文本，然后保存文件。
再点菜单Source→BuildALL编译汇编源程序，生成目标代码文件XXX.HEX。
ORG0000H
SJMPMAIN
MAIN:
MOVDPTR，#TABH
MOVP2,#0FFH
MOVA,P2
ANLA，#07H
MOVCA，@A+DPTR
MOVP0，A
LJMPMAIN
TABH：
DB0FEH，0FDH，0FBH
DB0F7H，0EFH，0DFH
DB0BFH，7FH
END
（4）程序加载
在编辑环境，点右键，在弹出对话框中选择编辑属性，加载XXX.HEX文件。
（5）系统仿真
启动仿真，如果系统设计没有问题，将出现仿真结果。
本例的仿真结果如下：
表3单片机实验模块
类别
模块名称
类别
模块名称
类别
模块名称
C
P
U
AT89S51模块
转换模块
12位并行A/D高速A/D
IC卡
推拉接触式IC卡读卡器及驱动
C8051F021
12位串行AD/DA
简单接触式IC卡读卡器及驱动
U-EC2
8位并行AD/DA模块
非接触式IC卡读卡器及驱动
CPLD
四位半双斜率积分A/D
显示
32*128点阵LCD及驱动
总
线
模
块
USB模块
电机驱动模块
2相4拍混合式步进电机及驱动
4个LED8*8点阵及驱动
CAN模块
3相6拍步进电机及驱动
8个LED7段数码管及4*4键盘
232模块
3相步进电机
键盘模块
7279键盘
485模块
微型PWM调速电机及驱动
8253模块
GPS模块
PWM模块
8251/8255模块
GSM模块
微型直流调压调速电机及驱动
7279串行I/O
以太网总线
红外线模块
红外传感器模块
8259中断/8279键盘中断扩展
MODEM模块
霍尔、气体传感器
其它
无线传送模块
输入输出
12入12出光藕隔离
湿敏、压力传感器模块
V/F、F/V转换模块
LED电平输入输出
温度控制模块
微型打印机及驱动
八路继电器
小温控模块
8入8出增益1/2/4/8/10倍调节
超声波、光电传感器模块
SRAM、EEPROM模块
热电偶、半导体温度传感器模块
热敏电阻、温度开关、数字温度传感器
二．实验项目
实验一：
P1口输入输出实验
1．实验目的
（1）掌握P1口同时做输入/输出口使用方法。
（2）学习数据输入、输出程序的设计方法。
2．实验内容
P1.0、P1.1作输入，P1.2、P1.3、P1.4、P1.5作输出,编程实现下表功能
输入
输出
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
0
0
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
3.实验原理图与方法
采用右图所示电路,用MOVA，P1指令先读出P1口的状态，然后用ANLA，#03H屏蔽高六位，保留低两位。
根据A的值，用CJNEA，#DATA，LP指令，进行判断，从而确定赋给P1口的值。
也可把开关状态和输出数据建立一个表，用指令MOVCA，@A+DPTR来查出P1的值。
4．实验设备
电子通信与自动化创新实验系统，选用8051CPU模块。
5．实验步骤
（1）按实验电路进行线路连接
（2）在MCS-51编辑环境，进行程序设计和编译
（3）下载实验程序
（4）点全速运行，改变P1.0、P1.1的状态，观察实验现象，并以表格的形式填写实验数据
（5）分析实验数据，得出实验结论，撰写实验报告。
6．程序设计
方法一：
用CJNEA，#DATA，LP指令实现
CSEGAT0000H
LJMPSTART
CSEGAT4100H
START：
MOVP1，#0FFH
LP：
MOVA，P1
ANLA，#00000011B
CJNEA，#00，LP0
SETBP1.2
CJNEA，#01，LP1
SETBP1.3
CJNEA，#02，LP2
SETBP1.4
CJNEA，#03，LP3
SETBP1.5
LJMPLP
LP0：
CLRP1.2
LJMPLP
LP1：
CLRP1.2
LJMPLP
LP2：
CLRP1.2
LJMPLP
LP3：
CLRP1.2
LJMPLP
END
方法二：
用MOVCA，@A+DPTR指令实现
CSEGAT0000H
LJMPSTART
CSEGAT4100H
START：
MOVP1，#0FFH
LP：
MOVA，P1
MOVDPTR,#4200H
ANLA，#00000011B
MOVCA，@A+DPTR
MOVP1,A
LJMPLP
CSEGAT4200H
DB0FBH，0F7H，0EFH，0DFH
END
实验二：
定时计数器实验
1．实验目的
（1）了解8051定时/计数器的结构和原理。
（2）掌握定时/计数器的设置和编程方法。
2．实验内容
P1.0～P1.7分别接发光二极管L1～L8，利用8051定时器定时，编程实现L1～L8循环点灯。
3．实验原理与方法
（1）先给A一个初值（0FEH），然后将A送住P1，则L1点亮，然后开定时器，利用查询的方法，当定时时间到，重装初值，A移位，再送P1，这样不断循环就能实现L1～L8循环点亮。
（2）定时常数的确定
设定时器工作在方式1，定时时间为0.1s
机器周期=12÷晶振频率=12/（6×10⁶）=1us
设计数初值为X，则（216-X）×1×
=0.1，可求得X=55536
化为十六进制则X=D8F0H，故初始值为TH1=D8H，TL1=F0H
（3）初始化程序
定时器初始化包括TMOD和TH、TL赋值。
定时/计数器的开关由TR决定。
4．实验设备
电子通信与自动化创新实验系统，选用8051CPU模块和实验连线。
5．实验步骤
（1）按实验电路进行线路连接
（2）在MCS-51编辑环境，进行程序设计和编译
（3）下载实验程序
（4）运行程序，观察实验现象，改变定时器初值，重新进行上述实验
（5）记录不同定时计数初值时的实验现象，并加以分析，撰写实验报告。
6．程序设计
用定时器延时，实现L1～L8循环点亮的方法主要有：
查询，中断，及查表。
下面以查询为例进行介绍。
CSEGAT0000H
LJMPSTART
CSEGAT4100H
START：
MOVA，#0FFH
CLRC
MOVTMOD，#00H
MOVTH0，#D8H
MOVTL0，#0F0H
SETBTR0
LP1：
RRCA
MOVP1，A
LP2：
JBCTR0，LP2程序流程图
MOVTH0，#D8H
MOVTL0，#0F0H
LJMPLP1
END
采用中断、查表法，学生自行研究。
实验三．分支程序实验
1．实验目的
（1）熟悉分支程序的类型及结构
（2）掌握分支程序的设计方法
2．实验内容
设变量X存放在R2中，函数值Y为R3，按照下式求Y：
X+1；X﹥20
Y=0；10≤X≤20
-1；X﹤10
3．实验原理
分支程序有下面几种类型：
分支程序以条件判断语句，决定程序的转向。
根据题目要求，先分X=10，X＞10和X＜10三种情况进行分析，然后再对10＜X＜20，X=20，X＞20进行计算。
电子通信与自动化创新实验系统，选用8051CPU模块和实验连线。
4．实验步骤
（1）按实验电路进行线路连接
（2）在MCS-51编辑环境，进行程序设计和编译
（3）下载实验程序
（4）运行程序，观察实验现象，改变定时器初值，重新进行上述实验
（5）记录不同定时计数初值时的实验现象，并加以分析，撰写实验报告。
5．实验设备
电子通信与自动化创新实验系统，选用8051CPU模块和实验连线。
6．程序设计
CSEGAT0000H
LJMPSTART
CSEGAT4100H
START：
MOVA，R2
CLRC
SUBBA，#10
JCL1
MOVA，R2
CLRC
SUBBA，#21
JNCL2
MOVA，#0
SJMPL3
L1：
MOVA，#0FFH
SJMPL3
L2：
MOVA，R2
ADDA，#1
L3：
MOVR3，A
SJMP$
END
在实验过程中，改变R2的值，观察R3的变化。
实验四：
循环程序实验
1．实验目的
⑴熟悉循环程序的类型及结构
⑵掌握循环程序设计方法
2．实验内容
已知80C51单片机晶振的12MHZ，设计一个软件延时程序，延时时间为200ms
3．实验原理与方法
晶振为12MHZ的单片机一个机器周期为1us，如果采用循环方法，控制程序循环次数，就可以实现定时功能。
1ms的MT值：
（1+1+2）×1us×MT=1000usDL2：
MOVR1，#MT；1个机器周期
MT=250DL1：
NOP；1个机器周期
NOP；1个机器周期
DJNZR1，DL1；2个机器周期
4．实验步骤
（1）设计实验电路，连接实验线路
（2）在MCS-51编辑环境，进行程序设计和编译
（3）下载实验程序
（4）运行程序，观察实验现象，改变循环值，重复上述实验
（5）记录不同循环值时的实验现象，并加以分析，撰写实验报告。
5．实验设备
电子通信与自动化创新实验系统，选用8051CPU模块和实验连线
6．程序设计
程序流程如图所示，程序如下:
ORG2000H
START：
CPLP1.0
MOVR0，#200；毫秒数
DL2：
MOVR1，#MT；1个机器周期
DL1：
NOP；1个机器周期
NOP；1个机器周期
DJNZR1，DL1；2个机器周期
DJNZR0，DL2；2个机器周期
LJMPSTART
END
实验五：
外部中断实验
1．实验目的
（1）学习中断应用技术，理解中断产生的原因、中断响应、中断处理。
（2）掌握中断处理程序的编程方法。
2．实验内容
十字路口的交通指示灯，在正常情况下，按表中要求进行点亮。
当急救车到达时，两方向红灯亮10秒后，交通灯恢复以前的状态。
交通灯
开始
正常情况下交通灯运行规律
东西方向
红灯（3S）
绿灯（10S）
黄灯闪
5次
红灯
（0.2S）
红灯（10S）
黄灯闪
5次
红灯
（0.2S）
南北方向
红灯（3S）
红灯（10S）
绿灯（10S）
3．实验设备
电子通信与自动化创新实验系统，选用8051CPU模块和实验连线
4．实验原理
（1）实验线路：
用P1口接LED来模拟交通路口的红绿黄灯，用按键来模拟有急救车到来的情况。
（2）实验原理：
正常情况下，交通灯按交通规则进行显示，当有急救车通过时，将产生外部中断。
单片机响应中断后，将程序转向中断服务，等中断服务完成后再恢复原来的运行状态。
5．实验步骤
（1）设计实验电路，连接实验线路
（2）在MCS-51编辑环境，进行程序设计和编译
（3）下载实验程序
（4）运行程序，观察实验现象，改变循环值，重复上述实验
（5）记录不同循环值时的实验现象，并加以分析，撰写实验报告。
7．参考程序
NAMET5;中断控制实验
OUTPORTEQU0CFB0H;端口地址
SAVEEQU55H;save保存从端口cfa0输出的数据
CSEGAT0000H
LJMPSTART
CSEGAT4003H
LJMPINT
CSEGAT4100H
START:
SETBIT0
SETBEX0
SETBEA
MOVA,#11H;置首显示码
MOVSAVE,A;保存
ACALLDISP;显示输出
ACALLDE3S;延时3秒
LLL:
MOVA,#12H;东西路口
MOVSAVE,A
ACALLDISP
ACALLDE10S;延时10秒
MOVA,#10H;东西路口绿灯灭
MOVSAVE,A
ACALLDISP
MOVR2,#05H;东西路口黄灯闪烁5次
TTT:
MOVA,#14H
MOVSAVE,A
ACALLDISP
ACALLDE02S
MOVA,#10H
MOVSAVE,A
ACALLDISP
ACALLDE02S
DJNZR2,TTT
MOVA,#11H;红灯全亮
MOVSAVE,A
ACALLDISP
ACALLDE02S;延时0.2秒
MOVA,#21H;东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮
MOVSAVE,A
ACALLDISP
ACALLDE10S;延时10秒
MOVA,#01H;南北路口绿灯灭
MOVSAVE,A
ACALLDISP
MOVR2,#05H;南北路口黄灯闪烁5次
GGG:
MOVA,#41H
MOVSAVE,A
ACALLDISP
ACALLDE02S
MOVA,#01H
MOVSAVE,A
ACALLDISP
ACALLDE02S
DJNZR2,GGG
MOVA,#11H;红灯全亮
MOVSAVE,A
ACALLDISP
ACALLDE02S;延时0.2秒
JMPLLL;转LLL循环
DE10S:
MOVR5,#100;延时10秒
JMPDE1
DE3S:
MOVR5,#30;延时3秒
JMPDE1
DE02S:
MOVR5,#02;延时0.2秒
DE1:
MOVR6,#200
DE2:
MOVR7,#126
DE3:
DJNZR7,DE3
DJNZR6,DE2
DJNZR5,DE1
RET
INT:
CLREA
PUSHACC;中断处理
PUSHPSW
MOVA,R5
PUSHACC
MOVA,#11H;红灯全亮，绿、黄灯全灭
ACALLDISP
DEL10S:
MOVR3,#100;延时10秒
DEL1:
MOVR2,#200
DEL2:
MOVR5,#126
DEL3:
DJNZR5,DEL3
DJNZR4,DEL2
DJNZR3,DEL1
MOVA,SAVE;取SAVE中保存数据输出到cfa0端口
ACALLDISP
POPACC;出栈
MOVR5,A
POPPSW
POPACC
SETBEA;允许外部中断
RETI
DISP:
MOVDPTR,#OUTPORT
CPLA
MOVX@DPTR,A
RET
END
实验六：
子程序实验
1．实验目的
（1）掌握主程序和子程序之间的调用、参数传递方法
（2）掌握主程序和子程序编程方法
（3）学习PROTEUS软件的使用方法
2．实验内容
在PROTEUS电子设计环境，实现直流电机的控制（要求有正、反转控制，启、停控制）。
3．实验原理
电机采用H型控制电路，单片机在程序控制下实现对H型电路的控制。
单片机不断对按键状态进行查询，当发现有键按下时，对相应的位进行置位。
系统程序通过判断位状态后决定程序走向。
正、反转，起、停均为子程序，供系统调用。
4．实验设备
PROTUES电子设计软件，电子综合实训系统，PWM直流电机模块
5．实验步骤
（1）在PROTEUS中选用元器件，设计实验电路。
（2）在PROTEUS的编程环境，进行程序设计和编译，生成HEX文件。
（3）加载HEX文件
（4）点启动，运行仿真，按不同的控制键，观察实验现象。
（5）记录实验现象，并加以分析，撰写实验报告。
6．H型实验电路
实验七：
串行通信实验
1．实验目的：
（1）掌握串行口工作方式的程序设计，掌握单片机通讯程序的编制
（2）了解实现串行通讯的硬件环境，数据格式、数据交换的协议
（3）应用PROTEUS设计软件实现串行通信的仿真
2．实验内容
在PROTEUS环境实现两块单片机之间的数据传送。
两片AT89C51单片机，工作在方式1，处于收发状态，波特率为1200，数据从P1口通过数字开关元件输入，从串行口发送。
接收数据从串行口入，通过处理后，由P2口输数码管进行显示。
编程实现A机发B机收，B机发A机收。
3．实验设备：
硬件：
电子电气技术综合实验台、80C31CPU模块、导线、个人计算机
软件：
MCS51集成开发环境、Proteus、Wave、Keil
4．实验原理
数据发送：
当数据写入发送缓冲器SUBF，发送器自动启动，数据由TXD线输出。
发送完一帧数据后，将TI标志置1，可通过查询或中断方式，来了解TI的状态，TI只能由软件复位。
数据接收：
当REN＝1，单片机串口允许接收数据，串行口采样引脚RXD（P3.0）采样到引脚从1跳变到0，并得到确认为起始位后，就开始接收一帧数据。
等接收完一帧数据RI置1，可通过查询或中断方式，来了解RI的状态，RI也只能由软件复位。
5．实验电路
P1口接发送数据，数据显示接收到的数据。
6．实验步骤
（1）在PROTEUS中选用元器件，设计实验电路。
（2）在PROTEUS的编程环境，进行程序设计和编译，生成HEX文件。
（3）加载HEX文件
（4）点启动，运行仿真，改变P1的值，观察实验现象。
（5）记录实验现象，并加以分析，撰写实验报告。
7．程序框图
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0023H
LJMPINS
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#60H
MOVSCON,#50H
MOVTMOD,#20H
MOVTL1,#0E6H
MOVTH1,#0E6H
SETBEA
SETBES
SETBTR1
MOVP1,#0FFH
LP0:
MOVA,P1
MOVSBUF,A
LP:
JNBTI,LP
CLRTI
LJMPLP0
INS:
CLREA
JNBTI,LP1
CLRTI
LJMPEXIT
LP1:
CLRRI
MOVA,SBUF
MOVP2,A
EXIT:
SETBEA
RETI
END
实验八：
数码显示接口电路设计
1．实验目的
（1）了解LED数码显示原理和电路仿真技术
（2）设计数码显示接口电路
2．实验内容
设计具有6位数码显示的接口电路，显示存放在6个连续单元中的BCD码数字，并在Proteus电子设计平台中完成仿真。
3．实验设备
硬件：
电子电气技术综合实验台、80C31CPU模块、导线、个人计算机
软件：
MCS51集成开发环境、Proteus、Wave、Keil
4．实验原理
七段LED数码管是由七段发光二极管构成，每个数码管分段码和位码，段码决定要显示的字形，位码决定该位是否显示。
6位数码管采用动态扫描方式，让数码管轮流导通，利用人眼的视觉暂留效应，实现6位数码管的显示。
6．实验电路
实验电
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