单片机技术课程实验指导书Word下载.docx
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1、熟悉PROTEUS单片机仿真软件的使用方法。
2、掌握利用PROTEUS软件进行单片机系统设计与仿真的过程。
3、掌握发光二极管的控制方法。
六、预备知识
1、PROTEUS简介
PROTEUS是英国LabcenterElectronics公司研发的多功能EDA软件。
它不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台，更是目前世界上最先进的单片机和嵌入式系统的设计与仿真平台。
它真正实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整的电子设计、研发过程。
在目标板还没投产前，就可以对设计的硬件系统的功能、合理性和性能指标进行充分调整，并可以在没有目标板的情况下，进行相应软件的开发和调试，进行完全的虚拟开发，明显提高企业的开发效率，降低开发风险。
2、ISIS窗口
3、单片机系统的PROTEUS设计与仿真的开发过程
（1）、在ISIS平台上进行单片机系统电路设计、选择元器件、接插件、连接电路和电气检测等。
（电路设计）
（2）、在WAVE或KEIL平台上进行单片机系统的程序设计、编辑、编译、调试，最后生成目标代码（.HEX）。
（软件设计，实际上也可以在ISIS平台上进行此项工作）
（3）、在ISIS平台上将目标代码文件加载到单片机系统中，并实现单片机系统的实时交互、协同仿真。
它在相当程度上反映了实际单片机系统的运行情况。
（仿真）
PROTEUS电路设计流程和PROTEUS设计与仿真流程分别如图1-1（a）、图1-1（b）所示。
4、鼠标操作特点
（1）、放置对象：
单击鼠标左键（简称单击），放置元器件、连线。
（2）、选中对象：
单击鼠标右键（简称右击），选择元器件、连线和其他对象，此时选中的操作对象以高亮红色（默认色）显示。
（3）、删除对象：
双击鼠标右键（简称右双击），删除元器件、连线等。
（4）、块选择：
按住鼠标右键拖出方框，选中方框中的多个元器件及其连线。
（5）、编辑对象：
先单击鼠标右键后单击鼠标左键，编辑元器件属性。
（6）、移动对象：
先右单击选中对象，按住鼠标左键移动，拖动元器件、连线。
（7）、缩放对象：
按住鼠标中键滚动，以鼠标停留点为中心，缩放电路。
七、实验内容：
1、如图1-2所示，LED发光二极管的初始状态为亮，用PROTEUS仿真实现：
按一下接键，LED灭，再按一下，LED亮，按此规律LED亮灭交替。
要求在PROTEUS中画出电原理图，加载给出的程序目标文件（.HEX）后，仿真实现题目的要求。
图1-2实验原理图
实验具体步骤如下：
（1）、启动ISIS环境：
开始—程序—Proteus7professional—ISIS7professional。
（2）、新建设计文件
单击“文件---新建文件”，出现选择模板窗口，选中模板“DETAULT”，再单击“OK”。
（3）、设定绘图纸大小
当前的用户图纸大小默认A4，可以通过“系统---设置图纸尺寸”来更改图纸的大小。
（4）、选取元器件并添加到对象选择器中
单击图1-3（a）中的“P”按钮，弹出如图1-3（b）所示的选取元器件对话框，在“Keywords（关键字）”一栏中输入元器件名称“AT89C51”，则出现与关键字匹配的元器件列表。
选中（单击）AT89C51所在的行后，再单击“OK”按钮，便将器件AT89C51加入到ISIS对象选择器中。
同时将相关的元器件都添入，如图1-3（c）所示。
图1-3（a）单击“P”按钮
图1-3（b）元器件列表
图1-3（c）元器件都添入
（5）、网格单位
网格单位默认是100th，这也是移运元器件的步长单位，可以根据需要更改这一单位。
方法是单击“查看”再单击所要的网格单位即可。
（6）、放置、移动、旋转元器件
单击ISIS对象选择器中的元器件名，蓝色条出现在该元器件名上。
把鼠标移至编辑区某位置后，单击就可放置元器件于该位置，每单击一次就放一个元器件。
要选中编辑区中的某一元器件，只要单击该器件即可。
要移动元器件可选中该器件后，再按住鼠标左键拖动到目的位置即可。
旋转元器件可先右击元器件，再根据需要选择菜单
进行操作。
（7）、放置电源、地（终端）
单击模式选择工具栏中的终端按钮
，则ISIS对象选择器如图1-4（a）所示。
根据需要选择即可。
（8）、电路图布线
系统默认自动布线有效，即
按钮被按下。
在这种方式下，只要相继单击元器件引脚间、线间等要连线的两处（起点和终点），系统会自动生成连线。
（9）、设置、修改元器件的属性
右击放置在编辑区中的元器件（呈高亮度）后，再单击它即可打开其属性窗口，这时可在属性窗口中设置、修改元器件的属性。
如图1-4（b）所示。
图1-4（a）终端符号
图1-4（b）设置、修改元器件的属性
（10）、电气检测（有时可先不做）
设计电路完成后，单击电气检查按钮
，会出现检查结果窗口，前面是一些文本信息，接着是检查结果列表，若有错，会有详细的说明。
（11）、源程序的设计、编辑和目标代码的生成
源程序的设计、编辑和目标代码（.HEX）的生成，可以通过WAVE软件来实现的，PROTEUS只要用.HEX文件。
（12）、加载目标代码和设置时钟频率
先右击ISIS编辑区中的AT89C51单片机，然后再单击它即可打开它的属性窗口，直接双击单片机也可打开它的属性窗口，在窗口中的“programefile”右侧框中输入或找到.HEX文件所在的路径。
如图1-4所示。
同理在属性窗口的“clockfrequency”中输入或更改单片机的工作频率。
如图1-5所示。
由于仿真时是以该时钟频率为准的，所以在编辑区设计时可以略去单片机振荡电路，另外，对MCS-51系列单片机而言，复位电路也可以略去，EA控制引脚也可悬空。
但要注意若要进行电路电气检测，则这些不可略去。
图1-5加载目标代码和设置时钟频率
（13）、单片机系统的PROTEUS交互仿真
为与仿真相关的控制按钮，单击第一个仿真按钮
则处于全带仿真状态，些时LED亮，可用鼠标单击ISIS编辑区中的按钮，实现交互仿真。
单击一次按钮LED暗，再次单击，LED亮，如些循环，LED亮灭交替。
若单击最后一个仿真按钮
，则终止仿真。
（14）、若达不到要求应检查电路和编程是否正确。
2、在PROTEUS中画出开关控制数码管实验的电原理图，如图1-6所示。
加载给出的程序目标文件（.HEX）后，仿真实现将4位开关状态输出到数码管显示。
实验用元器件清单提示：
（1）、AT89C51---单片机
（2）、RES、RESPACK-8---电阻、带公共端的8排阻（RX8---8排阻）
（3）、7SEG-COM-AN-GRN---带公共端的共阳七段绿色数码管
（4）、SW-SPST---带锁存的单刀单掷开关
（5）、CAP、CAP-ELEC---电容、电解电容
（6）、CRYSTAL---晶振
八、写出实验小结，内容包括实验心得（收获）、不足之处和今后应注意的问题。
图1-6开关控制数码管实验电原理图
机房，WAVE6000软件
1、熟悉WAVE6000工具软件的使用方法（可参见WAVE6000软件的菜单“帮助”---“WAVE6000使用手册”）。
2、掌握利用WAVE6000进行源程序编写、编译、程序运行、观察运行结果的基本过程及操作方法。
3、掌握MCS-51系列单片机的寻址方式与数据传送指令。
六、实验内容：
练习程序输入和程序运行，体会寻址方式和数据传送方法。
1．立即寻址课题
（1）、打开WAVE6000软件。
熟悉WAVE6000软件环境。
（2）、选择菜单[文件|新建文件]功能，打开源程序窗口，输入以下源程序。
注意：
此程序的书写格式，开头四行是源文件说明，为了简便起见，在以后的例程中省去了这几行。
但为了养成规范的编程习惯，要求同学在编辑所有源程序都必须按此要求书写，并应关键的语句后面加上注释。
;
***********************************
文件名：
EX2_1.asm，功能：
立即寻址
作者：
XXX，日期：
XXX
说明：
此程序无硬件要求，采用软件仿真
ORG
0000H
LJMP
MAIN
0030H
MAIN:
MOV
R0,#30H
SJMP
$
END
（3）、选择菜单[文件|保存文件]或[文件|另存为]功能，保存文件名为EX2_1.asm（注：
要加扩展名.ASM）。
（4）（可不做）、建立新的项目。
选择菜单[文件|新建项目]功能，新建项目会自动分三步走。
A）、加入模块文件。
选择EX2_1.asm文件再打开。
B）、加入包含文件。
如果没有包含文件，按取消键。
C）、保存项目。
在打开的窗口中输入项目名称（名称可自定，扩展名.PRJ可不加，软件会自动添加）。
（5）、设置仿真器。
选择菜单[仿真器|仿真器设置]（如：
8031CPU，晶体频率12MHZ,，设定使用伟福软件模拟器）。
（6）、编绎程序。
选择菜单[项目|编译]，编译当前窗口的程序。
若WAVE6000编译不是当前的程序时，应先关闭掉其它项目：
“文件”---“关闭项目”。
（7）、执行、调试。
选择菜单[执行|单步、跟踪或全速执行…]，分别通过不同的执行方式，观察程序的执行过程、程序运行前后R0内容的变化、SJMP
$指令的运行情况、观察机器代码及其在程序存储器的存放位置等。
2．寄存器间接寻址课题
（1）编辑以下内容源程序，保存文件为EX2_4.asm。
30H,#2AH
MOV
31H,#33H
A,@R0
R2,A
INC
R0
03H,@R0
SJMP
（2）编译。
（3）分别全速运行和单步运行程序，观察结果，R0单元的内容应为31H，30H单元的内容应为2AH，31H单元的内容应为33H，A累加器的内容应为2AH，R2工作寄存器的内容应为2AH，03H单元的内容应为33H。
3．变址寻址课题
（1）编辑以下内容源程序，保存文件为EX2_5.asm。
A,#03H
DPTR,#TAB
MOVC
A,@A+DPTR
R1,A
TAB:
DB
30H,31H,32H,33H
DB
42H,43H,44H,45H
（2）编译并运行程序。
（3）观察结果，A累加器的内容应为33H，DPTR的内容应为TAB对应的内容，R1的内容为33H。
通过这个程序应理解查表所采用的方法，DPTR中放的是表的首地址。
（4）要将MOVC
A,@A+DPTR指令改成MOVCA,@A+pc指令,应如何实现?
4．熟悉WAVE6000集成开发系统，在WAVE6000集成开发系统中输入以下几条命令：
MOVR0,#12H
MOVA,#56H
MOVX@R0,A
经保存-编译-执行（单步或单步跟踪）后观察结果。
分别在PDATA窗口或XDATA窗口中观察，深刻理解在这两种窗口中观察所代表的不同的物理意义。
5、按要求编写程序并上机调试、观察结果。
（1）.R1的内容传送到R0.
（2）.片外RAM20H单元的内容送R0.
（3）.片外RAM20H单元的内容送片内RAM20H单元.
（4）.片外RAM1000H单元的内容送片内RAM20H单元.
（5）.ROM2000H单元的内容送R0.
（6）.ROM2000H单元的内容送片内RAM20H单元.
（7）.ROM2000H单元的内容送片外RAM20H单元.
七、写出实验小结，内容包括实验心得（收获）、不足之处和今后应注意的问题。
设计
机房，PROTEUS7.2、WAVE6000等软件
1、进一步熟悉PROTEUS、WAVE6000软件的使用方法和系统仿真设计的方法。
2、掌握发光二极管的控制方法，掌握LED数码管的显示原理与控制方法。
3、掌握I/O口的控制方法
4、熟悉单片机仿真设计的一般过程。
1、开关控制LED实验
（1）、实验要求
实验原理图如图3-1所示，要求在PROTEUS仿真平台中，编程实现：
LED发光二极管的初始状态为亮，按一下接键，LED灭，再按一下，LED亮，按此规律LED亮灭交替。
图3-1开关控制LED实验原理图
（2）、实验步骤
（A）、在PROTEUS平台中画出电原理图
（B）、在WAVE6000平台中进行编程、编译，生成目标文件（.HEX文件）
（C）、在PROTEUS平台中加载目标文件（.HEX文件）并进行仿真调试。
若达不到要求，则要修改程序，反复调试，直到成功。
2、开关控制1位数码管实验
实验原理图如图3-2所示，要求在PROTEUS仿真平台中，编程实现：
将4位开关状态输出到数码管显示。
如4位开关全闭合，数码管显示“0”，4位开关全断开，数码管显示“F”，共16种状态。
图4-2中数码管（PROTEUS仿真平台中元器件型号为7SEG-COM-AN-GRN）是带公共端的共阳七段绿色数码管。
图3-2开关控制1位数码管实验电原理图
1、进一步熟悉利用PROTEUS、WAVE6000等软件进行单片机系统仿真设计的方法。
2、进一步熟悉单片机指令系统，加深对单片机基本知识、子程序等的理解。
熟练应用单片机程序设计的基本知识和基本思想，编程解决单片机的实际应用问题。
3、掌握多位数码管动态扫描的显示原理。
1、实验要求
实验原理图如图4-1所示（注图中4位数码管为共阴极数码管，型号为7SEG-MPX4-CC-BLUE），要求在PROTEUS仿真平台中，编程逐步实现：
（1）、按下一次“加一”按钮，数码管能显示出加一后的结果，但加到10000时能自动从0开始“加一”。
（2）、完成
（1）的要求，同时能实现按一次“减一”按钮，数码管能显示出减一后的结果，但减到0后，仍显示为0。
图4-1计数显示实验电原理图
2、实验步骤
（1）、在PROTEUS平台中画出电原理图
（2）、在WAVE6000平台中进行编程、编译，生成目标文件（.HEX文件）
（3）、在PROTEUS平台中加载目标文件（.HEX文件）并进行仿真调试，逐步实现实验要求
（1）和
（2）。
3、针对在实验中存在的显示范围、显示闪烁、显示实时性不好等问题，应分别如何改进、克服？
1、进一步熟悉利用PROTEUS、WAVE6000等软件的使用方法。
2、理解单片机的中断、中断优先级原理及其中断过程，掌握中断服务子程序的编写方法。
3、进一步熟悉数码管的显示原理。
1、外部中断实验
实验原理图如图5-1所示，图中数码管为共阳极，元器件型号为7SEG-COM-AN-BLUE；
数码管驱动应加上拉电阻如RP1。
要求：
当无外部中断（外部中断0）时，数码管按a~g段依次点亮，不断循环显示；
当有外部中断（按钮被按下，P3.2有下降沿电压）时，数码管显示状态改为“8”亮灭闪烁显示，亮灭闪烁显示8次后，返回主程序继续按段顺序点亮。
图5-1外部中断电原理图
2、中断优先级实验
实验原理图如图5-2所示，图中三个数码管为共阳极，元器件型号为7SEG-COM-AN-BLUE（GRN/ANODE）；
数码管驱动应分别加上拉电阻。
单片机主程序控制P0口数码管（红色）循环显示1~8；
外部中断0（INT0）控制P2口数码管（蓝色）显示，中断一次将依次显示1~8这8个数据后返回；
外部中断1（INT1）控制P1口数码管（绿色）显示，中断一次将依次显示1~8这8个数据后返回；
INT1为高优先级，INT0为低优先级，外部中断均为下降沿触发方式。
图5-2中断优先级实验电原理图
该仿真实验可以形象直观地演示单片机高、低两级优先级的工作原理：
高优先级可中断低优先级，但低优先级的中断请求不能中断高优先级，同一优先级不能相互中断。
1、理解单片机的定时/计数原理，掌握定时/计数程序的编写方法。
2、掌握定时/计数器在定时、计数、频率测量、脉冲宽度测量、产生信号、信号检测方面的应用。
2、学会使用PROTEUS中VSM虚拟示波器观察波形。
1、方波发生器实验
实验电原理图如图6-1所示，用单片机的定时/计数器产生一个周期为400μs的方波信号。
图6-1方波发生器实验电原理图
（A）、在PROTEUS平台中画出电原理图。
虚拟检测仪器的放置：
1）、VSM虚拟示波器
单击小工具栏
中的按钮
（虚拟仪器），在对象选择器列表中单击OSCILLOSCOPE（示波器），再在ISIS编辑区中的适当位置单击，虚拟示波器主放置好了。
如图6-1所示，最后将单片机的P3.5、P3.7分别与示波器的A、B信道相连。
2）、电压探针
选择电压探针，连接到要实时监测的电路上，以便仿真时观察该处的电压变化。
（B）、在WAVE6000平台中进行编程、编译，生成目标文件（.HEX文件）。
在仿真调试中若看不到虚拟示波器，则要分别单击“调试”---“VSMOSCILLOSCOPE”将其打开，如图6-2所示，虚拟示波器有两个输入信道CH1和CH2，对应虚拟示波器符号图上的A和B；
工作模式有三种：
单通道、双通道和X-Y。
1）、单通道：
CH1或CH2。
此时DUAL和X-Y灯均一亮，CH1、CH2哪个指示灯亮表示哪个通道工作。
2）、双通道：
DUAL灯亮、CH1或CH2灯亮。
DUAL+CH1表示以CH1为触发；
DUAL+CH12表示以CH2为触发。
3）、X-Y：
（X-Y）+CH1或（X-Y）+CH2，表示以CH1或CH2的数据作为X轴及Y轴的数据显示曲线。
虚拟示波器的基本操作
1）、选择信道输入耦合模式：
单击相应的CH1、CH2（左下角）的方波按钮，可在DC、GND、AC各选项间循环切换。
如图6-2所示，当前信道CH1、CH2都是直流耦合，相应的DC字符上方的指示灯都亮。
2）、工作信道和触发信道选择：
选择单击右上方两个方形按钮配合其右方指示灯CH1、CH2、DUAL、X-Y完成。
3）、选择和调整波形显示位置、时基（TIMEBASE）、幅值：
可分别转动转盘旋钮Y-POS1、Y-POS2、Y-GAIN1、Y-GAIN2、TIMEBASE来完成。
4）、用鼠标拖动，转动转盘旋钮完成设置。
图6-2方波发生器仿真运行图
2、脉冲计数器实验
实验电原理图如图6-3所示，实现在1S的时间内对外部输入的脉冲信号（从P3.4输入）计数，并将计数值实时地在四位BCD码数码管上显示。
AT89C51中有两个定时/计数器，其中定时/计数器1（T1）作定时器用，定时1S；
定时/计数器0（T0）作计数器用；
外部输入的脉冲信号由模拟数字时钟DCLOCK产生；
用虚拟的计数器COUNTERTIMER进行计数；
将单片机的计数结果和COUNTERTIMER的计数结果进行比较，看结果是否相等。
1）、总线的画法
①选择总线按钮
②绘绘制总线：
与普通电线的绘制方法一样，选择合适起点、终点单击。
若终点在空白处，左双击结束连线。
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