MCS51单片机原理及应用.docx

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MCS51单片机原理及应用

《MCS51单片机原理及应用》

实验指导书

唐山学院电工电子实验教学中心

2009年3月

前言

一．单片机原理实验的任务

单片机原理实验是单片机原理及应用课程的一部分，它的任务是：

1.通过实验进一步了解和掌握单片机原理的基本概念、单片机应用系统的硬件设计及调试方法。

2.学习和掌握单片机应用系统程序设计技术。

3.提高应用计算机的能力及水平，提高逻辑思维及动手能力。

二．实验设备

单片机实验所使用的设备由计算机、单片机实验开发系统（见下图0-1），其中计算机是软件开发平台，主要完成程序编辑、编译、下载程序等任务；单片机实验开发系统是硬件开发平台，是基于51/196单片机的扩展实验系统。

计算机和单片机实验开发系统之间是通过RS232串行接口进行通信的。

单片机实验开发系统

RS232串行口

计算机

图0-1单片机原理实验设备

单片机实验开发系统配有开关电源、单片机、晶振、存储器、可编程并行接口芯片、键盘显示控制芯片、24键键盘、六位LED数码管显示、A/D及D/A转换芯片、简单输出口2个、简单输入口1个、逻辑电平输入开关、发光二极管显示电路，并配有小直流电机、步进电机、继电器、音响等驱动电路。

在计算机软件的控制下可完成单片机基本实验及综合设计性实验项目。

所有的MCS51单片机原理及应用课程实验都是在这套实验系统上完成的。

三．对参加实验学生的要求

1.阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确实验目的，了解内容和方法。

2.按实验指导书要求进行接线和操作，经检查和指导老师同意后再通电。

3.在实验中注意观察思考，记录有关数据和程序，并由指导教师复查后才能结束实验。

4.实验后应断电并返回WINDOWS下关闭计算机，整理实验台，恢复到实验前的情况。

5.认真写实验报告，按规定格式写出程序流程图、程序、并分析实验结果、完成思考题等。

字迹要清楚，结论要明确。

爱护实验设备，遵守实验室纪律。

*注：

本实验指导书适用于MCS51单片机原理及应用A、单片机原理及应用B等课程。

第一章MC51单片机原理及应用实验3

实验一P1口实验（验证性）3

实验二外部中断实验（验证性）5

实验三定时器实验7

实验四串行口实验--串并转换实验9

实验五数码显示实验11

实验六A/D转换实验13

实验七数字电子钟实验（综合性）15

实验八D/A转换实验16

实验九简单I/O口扩展实验18

实验十步进电机实验20

实验十一直流电机实验22

实验十二PC机与单片机串行通信实验24

实验十三继电器与电子音响实验26

实验十四8255可编程并行接口实验28

实验十五键盘显示接口实验30

第二章单片机开发实验系统及TMSD调试程序32

第一节单片机开发实验系统32

第二节TMSD源语言调试程序简介35

第一章MCS51单片机原理及应用实验

实验一P1口实验

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。

3.学习单片机实验系统的使用方法和程序的调试方法

二．实验设备及器材配置

1.单片机实验开发系统。

2.计算机。

3.导线。

三．实验内容

分别完成单片机P1口做输出口、既做输入又做输出口的实验任务。

1.P1口做输出口，接八只发光二极管，编写程序，使其循环点亮。

2.P1口低四位接四只发光二极管L1-L4,P1口高四位接开关K1-K4,编写程序，将开关的状态在发光二极管上显示出来。

四．实验原理说明

P1口为准双向口，P1口的每一位都能独立地定义为输出线或输入线，作为输入的口线，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”，如果后来往口锁存器写入过“0”，再作为输入时，需要向口锁存器对应位写入“1”。

延时程序的编写可以用两种方法，一种是用定时器来实现，一种使用指令循环来实现。

在系统时间允许的情况下可以采用后一种方法。

如果系统晶振为6.144MHz，则一个机器周期为12/6.144μs即1/0.512μs。

现要编写一个延时0.1s的程序，可以大致写出如下：

MOVR7,#200

DE1:

MOVR6,#X

DE2:

DJNZR6,DE2

DJNZR7,DE1

上面MOV、DJNZ指令均为两个机器周期，所以执行一条指令需要1/0.256us,

现求出X值：

指令3指令2指令4指令1

计算出X=126，代入上式可知实际延时约为0.100004s。

五．连线方法及实验电路

题目1：

8031的P1.0—P1.7分别接发光二极管L1—L8，硬件原理图如图1-1所示。

题目2：

P1口的P1.0—P1.3接L1-L4,

P1口的P1.4—P1.7接K1-K4，硬件原理图如图1-2所示。

图1-1题目1硬件原理图图1-2题目2硬件原理图

六．思考题及实验报告要求

1.思考题

（1）.试说明51系列单片机4个I/O口在使用上的分工和操作上的特点。

（2）.修改程序，使发光二极管闪亮移位方向改变。

2.实验报告要求

（1）.给出自行设计的程序清单、程序流程图。

（2）.总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。

实验二外部中断实验

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．实验设备及器材配置

1.单片机实验开发系统。

2.计算机。

3.导线。

三．实验内容

在以下实验题目中任选一个或由老师指定。

1.P1口做输出口，接八只发光二极管，编写程序，使其循环点亮。

以单脉冲输出端做为中断申请，当第一次产生外部中断时，使发光二极管全亮，延时1秒后返回中断之前的状态；当第二次产生外部中断时，使发光二极管全灭，延时1秒后返回中断之前的状态；以后如上述一直循环下去。

2.以单脉冲输出端做为中断申请，自行设计连线，用实验箱上的红、绿、黄发光二极管模拟交通灯控制。

当有急救车通过时，两交通灯信号为全红，以便让急救车通过，延时10秒后交通灯恢复中断前状态。

四．实验原理说明

本实验中中断处理程序的应用，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返回中断前P1口及发光二极管的状态。

除了保护累加器A、程序状态字PSW外、P1口的状态外，还要注意主程序中的延时程序和中断程序的延时程序不能混用，本实验中，主程序延时程序用的寄存器和中断延时用的寄存器也不能混用。

五．连线方法及实验电路

8031的P1.0—P1.7分别接发光二极管L1—L8，INT0接单脉冲输出端“”

外部中断实验电路如图1-3所示

图1-3外部中断实验电路

六．思考题及实验报告要求

1.思考题

（1）.试说明51系列单片机外部中断如何使用。

（2）.修改程序，外部中断产生时，使发光二极管闪亮移位方向改变。

2.实验报告要求

（1）.给出自行设计的程序清单、程序流程图。

（2）.总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。

实验三定时器实验

一.实验目的

1.学习8031内部定时器/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程方法。

二．实验设备及器材配置

1.单片机实验开发系统。

2.计算机。

3.导线。

三．实验内容

8031内部定时器T1，按方式1工作、即做为十六位定时器使用每0.1秒溢出一次。

P1口的P1.0-P1.7分别接八只发光二极管。

要求编写程序模拟一时序控制装置。

开机后，第一秒钟L1、L3亮，第二秒钟L2、L4亮，第三秒钟L5、L7亮，第四秒钟L6、L8亮，第五秒钟L1、L3、L5、L7亮，第六秒钟L2、L4、L6、L8亮，第七秒钟全亮，第八秒钟全灭，以后又从头开始，一直循环下去。

四．实验原理说明

1.定时常数的确定

定时器/计数器的输入脉冲与机器周期一样，为振荡器频率的1/12。

本实验中，时钟频率为6.144MHz。

实现0.1秒的延时，要在定时器1中设置一个时间常数即计数初值，使其每隔0.1秒溢出一次，再用一个寄存器计溢出的次数，计10次即可实现1秒延时。

时间常数按以下公式计算：

计算出X之后，换算成十六进制数将高八位放在TH1中，低八位放在TL1中。

2.初始化程序

包括定时器初始化（采用中断方式时，还包括中断系统初始化），并将时间常数送入定时器中。

注意定时器1初始化时建议用如下指令：

ANLTMOD,#0FH

ORLTMOD,#10H

即不要改变T0的工作方式。

五．连线方法及实验电路

8031的P1.0—P1.7分别接发光二极管L1—L8，实验电路如图1-1所示。

六．思考题及实验报告要求

1.思考题

（1）.试说明51系列单片机定时器的使用方法。

（2）.单片机定时器T1工作在计数器方式，编程实现四位二进制计数器，将计数值在发光二极管上显示出来。

2.实验报告要求

（1）.给出自行设计的程序清单、程序流程图。

（2）.总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。

实验四串行口实验

一.实验目的

1.掌握8031串行口方式0工作方式及编程方法；

2.掌握利用串行口扩展I/O通道的方法。

二．实验设备及器材配置

1.单片机实验开发系统。

2.计算机。

3.导线。

三．实验内容

利用8031串行口，和并行输出串行移位寄存器74LS164,扩展I/O口，在数码显示器上循环显示0—9这10个数字。

四．实验原理说明

串行口工作在方式0时，可通过外接移位寄存器实现串并转换。

在这种方式下，数据为8位，只能从RXD端输入输出，TXD端输出移位同步时钟信号，其波特率固定为振荡频率的1/12。

由软件置位串行控制寄存器（SCON）的REN位后才能启动串行接收，在CPU将数据写入SBUF寄存器后，立即启动发送。

待8位数据传输完成后，硬件将SCON寄存器的TI位置1。

图1-4中，LD0-LD5分别经反向驱动后分别至六个共阴极数码管的阴极，H-A经同向驱动器7407驱动后至数码管的阳极。

五.连线方法及实验电路

1.连线方法

8031的TXD端接74LS164的SCLK端，

RXD端接74LS164的SIN端。

74LS164的QH-QA分别接数码显示的a-h,数码显示的LD0接高电平（+5V），LD1-LD5接低电平（GND）。

2.实验电路

串并转换电路原理图如图1-4所示。

图1-4串并转换电路原理图

六．思考题及实验报告要求

1.思考题

（1）.试说明51系列单片机串行口工作方式及如何使用。

（2）.修改程序及硬件连线，使数码管显示数字0-FF。

2.实验报告要求

（1）.给出自行设计的程序清单、程序流程图。

（2）.总结实验过程中调试所遇到的问题和解决方法，写出编程调试的经验和体会。

实验五数码显示实验

一．实验目的

1.掌握七段数码显示数字的原理。

2.了解七段数码显示数字的原理。

3.掌握利用一个段锁存器、一个位锁存器同时显示多位数字的方法。

二．实验设备及器材配置

1.单片机实验开发系统。

2.计算机。

3.导线。

三．实验内容

利用实验台上的六个数码管，同时显示1—6或自己的学号后六位这6个数字。

四．实验原理说明

由于有六个数码管，用静态显示所需I/O口太多，故适用于动态显示。

本实验中用一个位锁存器74LS273作为位数据口，用另一个74LS273作为段数据口