18实验学时微机原理及应用实验指导书.docx

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18实验学时微机原理及应用实验指导书

微机原理及应用

（单片机）实验指导书

熊光洁

机电教研室

北京工商大学机械自动化学院

2008-3-28

第一部分单片机原理及汇编程序设计概述......................................3~12

实验一认识单片机开发系统，学习有关软件的使用............................3~7

实验二MCS-51汇编程序设计（分支、散转程序练习）...........................8

实验三查表程序设计......................................................9

实验四数据排序程序设计..................................................10

实验五位操作实验......................................................11

实验六定时/计数器实验...................................................12

实验七中断系统实验........................................................13

实验八静态存储器扩展实验..............................................14

实验九综合实验——特种车优先通过的交通灯控制..............................15

第二部分TD-NMC+教学实验系统简介.........................................18~30

2.1TD-NMC+系统功能及特点..................................................18

2.2TD-NMC+系统构成.......................................................19

2.3SST89E554RC简介......................................................19~20

2.4KeilC51的安装........................................................21~23

2.4.1系统要求.............................................................21

2.4.2软件安装.............................................................21~23

2.5μVision2集成开发环境.................................................24~26

2.6仿真调试与脱机运行间的切换方法.........................................26~29

2.6.1脱机运行..........................................................26~27

2.6.2与KeilC51开发环境联机调试的方法.....................................27

2.6.3从SoftICE返回IAP引导程序的方法.......................................29

第一部分单片机原理及汇编程序设计

实验一认识单片机开发系统，学习有关软件的使用

一、实验目的

1.学习KeilC51集成开发环境的操作；

2.熟悉TD-NMC+教学实验系统板的结构及使用;

3.熟悉程序汇编、装入、调试及执行过程。

二、实验设备

PC机一台，TD-NMC+教学实验系统平台

三、实验内容

1.观察TD-NMC+教学实验系统的结构；

2.编写实验程序，将00H～0FH共16个数写入单片机内部RAM的30H～3FH空间。

通过本实验，学生需要掌握KeilC51软件的基本操作，便于后面的学习。

3.练习编辑、调试、汇编、通信的方法和步骤。

四、实验步骤

1．观察TD-NMC+教学实验系统的结构，了解主机、主要芯片位置，电源连接方法，通信接口位置，复位方法，显示等。

2.创建KeilC51应用程序

在KeilC51集成开发环境下使用工程的方法来管理文件，所有的源文件、头文件甚至说明性文档都可以放在工程项目文件里统一管理。

下面创建一个新的工程文件Asm1.Uv2，以此详细介绍如何创建一个KeilC51应用程序。

（1）运行KeilC51软件，进入KeilC51集成开发环境。

（2）选择工具栏的Project选项，如图1-1-1所示，弹出下拉菜单，选择NewProject命令，建立一个新的μVision2工程。

这时会弹出如图1-1-2所示的工程文件保存对话框，选择工程目录并输入文件名Asm1后，单击保存。

图1-1-1工程下拉菜单

图1-1-2工程保存对话框

（3）工程建立完毕后，μVision2会马上弹出如图1-1-3所示的器件选择窗口。

器件选择的目的是告诉μVision2使用的80C51芯片的型号是哪一个公司的哪一个型号，不同型号的51芯片内部资源是不同的。

此时选择SST公司的SST89E554RC。

另外，可以选择Project下拉菜单中的“SelectDeviceforTarget‘Target1’”命令来弹出图1-1-3所示的对话框。

图1-1-3器件选择对话框

（4）到此建立好一个空白工程，现在需要人工为工程添加程序文件，如果还没有程序文件则必须建立它。

选择工具栏的File选项，在弹出的下拉菜单中选择New目录，如图1-1-4所示，或点击

。

此时会在文件窗口出现如图1-1-5所示的新文件窗口Text1，若多次执行New命令，则会出现Text2、Text3等多个新文件窗口。

图1-1-4新建源文件下拉菜单图1-1-5源程序编辑窗口

（5）输入程序，完毕后点击“保存”命令保存源程序，如图1-1-6所示，将Text1保存成Asm1.asm。

KeilC51支持汇编和C语言，μVision2会根据文件后缀判断文件的类型，进行自动处理，因此保存时需要输入文件名及扩展名.ASM或.C。

保存后，文件中字体的颜色会发生一定变化，关键字会变为蓝色。

图1-1-6源文件保存对话框

（6）程序文件建立后，并没有与Asm1.Uv2工程建立任何关系。

此时，需要将Asm1.asm

源程序添加到Asm1.Uv2工程中，构成一个完整的工程项目。

在ProjectWindow窗口内，选中SourceGroup1点击鼠标右键，会弹出如图1-1-7所示的快捷菜单，选择AddFilestoGroup‘SourceGroup1’命令，此时弹出如图2-1-8所示的添加源程序文件对话框，选择文件Asm1.asm，点击Add命令按钮即可将源程序文件添加到工程中。

图1-1-7添加源程序文件快捷菜单

图1-1-8添加源程序文件对话框

2.编译、链接程序文件

（1）设置编译、链接环境，点击

命令，会出现如图1-1-9所示的调试环境设置窗口，在这里可以设置目标系统的时钟。

单击Output标签，在打开的选项卡中选中CreateHexFile选项，在编译时系统将自动生成目标代码*.Hex。

点击Debug标签会出现如图1-1-10所示的调试模式选择窗口。

从图2-1-10可以看出，μVision2有两种调试模式：

UseSimulator（软件仿真）和Use（硬件仿真）。

这里选择硬件仿真，点击Settings可以设置串口。

串口波特率选择38400。

图1-1-9KeilC51调试环境设置窗口

图1-1-10调试设置窗口

（2）点击

或

命令编译、链接程序，此时会在OutputWindow信息输出窗口输出相关信息，如图2-1-11所示。

图1-1-11编译、链接输出窗口

3.调试仿真程序

（1）打开系统板的电源，给系统复位后点击

调试命令（注：

每次进入调试状态前确保系统复位正常），将程序下载到单片机的FLASH中，此时出现如图1-1-12所示调试界面。

（2）点击

命令，可以打开存储器观察窗口，在存储器观察窗口的‘Address:

’栏中输入D:

30H（或0x30）则显示片内RAM30H后的内容，如图1-1-12所示。

如果输入‘C:

’表示显示代码存储器的内容，‘I:

’表示显示内部间接寻址RAM的内容，‘X:

’表示显示外部数据存储器中的内容。

（3）将光标移到SJMP$语句行，点击

命令，在此行设置断点。

图1-1-12调试界面

（4）接下来点击

命令，运行实验程序，当程序遇到断点后，程序停止运行，观察存储器中的内容，如图1-1-13所示，验证程序功能。

（5）如图1-1-12所示，在命令行中输入‘ECHARD:

30H=11H,22H,33H,44H,55H’后回车，便可以改变存储器中多个单元的内容，如图1-1-14所示。

图1-1-13运行程序后存储器窗口图1-1-14修改存储器内容

（6）修改存储器的内容的方法还有一个，就是在要修改的单元上点击鼠标右键，弹出快捷菜单，如图1-1-15所示，选择‘ModifyMemoryatD:

0x35’命令来修改0x35单元的内容，这样每次只能修改一个单元的内容。

图1-1-15存储器修改单元

（7）点击

命令，可以复位CPU，重新调试运行程序，点击

命令，单步跟踪程序。

（8）实验结束，按系统的复位按键可以复位系统，点击

命令，退出调试。

在此以Asm1.Uv2工程为例简要介绍了KeilC51的使用，KeilC51功能强大，关于KeilC51的使用需要通过日后的使用慢慢掌握。

硬盘中提供有SoftICE_Tutorial.exe文件，该文件以动画的形式展示了基于SST公司的SoftICE在KeilC51环境下的调试过程。

实验二MCS-51汇编程序设计（分支、散转程序练习）

一、实验目的

1、学习分支程序的设计方法，熟悉51的指令系统；

2、学习散转程序的设计方法，熟悉51的指令系统；

3、学习设计延时循环程序。

二、实验设备

PC机一台，TD-NMC+教学实验系统

三、实验内容

1.采用比较分支结构设计程序，实现以下温度控制。

设某温度检测系统，在控制器的RAM的40H单元存放标准温度，50H单元存放检测温度值。

当检测温度大于标准温度时，使P1.0的灯亮报警，当检测温度低于标准温度时启动加热灯（假设P1.7置“1”，接通加热电路）；当检测温度等于标准温度时，关掉加热炉，保持温度，并使P1.2的灯亮。

2．用散转结构编程实现以下要求

当R7等于0、1、2时，分别散转到OPR0、OPR1、OPR2三个程序入口。

OPR0入口后P1口8个灯不停的闪烁；

OPR1入口后P1.7灯先亮，然后右移，循环不止；

OPR1入口后P1口中间两灯先亮，然后向两边散开，循环不止。

四、实验线路图

五、接线方法

用排线将P1口的P1.0—P1.7与D0--D7相接，P1口相应的位输出高电平，就可以点亮相应的发光二极管。

实验三查表程序设计实验

一、实验目的

学习查表程序的设计方法，熟悉51的指令系统。

二、实验设备

PC机一台，TD-NMC+教学实验系统

三、实验内容

1.通过查表的方法将16进制数转换为ASCII码；

2.通过查表的方法实现y＝x2，其中x为0～9的十进制数，以BCD码表示，结果仍以BCD码形式输出。

四、实验步骤

1.采用查表的方法将16进制数转换为ASCII码

根据ASCII码表可知，0～9的ASCII码为30H～39H，A～F的ASCII码为41H～46H，（假定待转换的数存放在R7中）：

实验程序：

自己编写（待转换的数存放在R7中，R6、R5存放转换结果。

）

实验步骤：

（1）编写实验程序，编译、链接无误后联机调试；

（2）将待转换的数存放在R7中，如令R7中的值为0x86；

（3）在语句行SJMPMAIN设置断点，运行程序；

（4）程序停止后查看寄存器R6、R5中的值，R6中为高4位转换结果0x38，R5中为低4

位转换结果0x36；

（5）反复修改R7的值，运行程序，验证程序功能。

2.通过查表实现y＝x2

x为0～9的十进制数，存放与R7中，以BCD码的形式保存，结果y以BCD码的形式存放于寄存器R6中。

实验程序：

自己编写

实验步骤：

（1）编写实验程序，经编译、链接无误后，进入调试状态；

（2）改变R7的值，如0x07；

（3）在语句行SJMPMAIN处设置断点，运行程序；

（4）程序停止后，查看寄存器R6中的值，应为0x49；

（5）反复修改R7中的值，运行程序，验证程序功能。

实验四数据排序实验

一、实验目的

熟悉51的指令系统，掌握数据排序程序的设计方法。

二、实验设备

PC机一台，TD-NMC+教学实验系统

三、实验内容

在单片机片内RAM的30H～39H写入10个数，编写实验程序，将这10个数按照由小到大

的顺序排列，仍写入RAM的30H～39H单元中。

四、实验步骤

根据实验内容要求，画出程序流程图，参考图4，编写实验程序。

实验步骤如下：

（1）编写实验程序，编译、链接无误后联机调试；

（2）为30H～39H赋初值，如：

在命令行中键入ECHARD:

30H＝9,11H,5,31H,20H,16H,

1,1AH,3FH,8后回车，可将这10个数写入30H～39H中；

（3）将光标移到语句行SJMP$处，点击命令，将程序运行到该行；

（4）查看存储器窗口中30H～39H中的内容，验证程序功能；

（5）重新为30H～39H单元赋值，反复运行实验程序，验证程序的正确性。

图4实验程序流程图

实验五位操作实验

一、实验目的

掌握位指令的使用，学习位程序的设计方法。

二、实验设备

PC机一台，TD-NMC+教学实验系统

三、实验内容

编写实验程序，计算Y=A⊕B，。

MCS-51单片机内部有一个一位微处理器，借用进位标志Cy作为位累加器。

位操作指令的操作对象是内部RAM的位寻址区，即字节地址为20H～2FH单元中连续的128位（位地址为00H～7FH），以及特殊功能寄存器中的可位寻址的位。

四、实验步骤

程序需要实现A与B的异或运算，将A、B分别存放在位地址00H、01H中，结果Y存放在位地址04H中。

实验程序清单：

（Asm6.asm）

QAEQU00H

QBEQU01H

QYEQU04H

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0100H

MAIN:

MOVC,QA

ANLC,/QB;C=QA（QB非）

MOVQY,C

MOVC,QA

CPLC

ANLC,QB;C=（QA非）QB

ORLC,QY;C=QA（QB非）+（QA非）QB

MOVQY,C

SJMPMAIN;设置断点,观察20H或C中的值

END

实验步骤：

（1）编写实验程序，经编译、链接无误后，联机调试；

（2）修改20H单元的值，例如01H；

（3）在语句行SJMPMAIN设置断点，运行实验程序；

（4）程序停止运行后查看20H中的值，应为11H；

（5）修改20H中的值，重新运行程序，验证程序的正确性。

附：

在汇编语言中，除了MCS-51指令系统所规定的指令外，还定义了一些伪指令，这些伪指

令只对汇编程序提供必要的控制信息，不产生任何代码。

因此伪指令不是单片机执行的指令。

常用的伪指令有如下几条：

（1）起始地址伪指令：

ORGnn（nn表示16位地址）

（2）定义字节伪指令：

DBn1,n2,···,nN

（3）定义字伪指令：

DWnn1,nn2,···,nnN

（4）定义存储区伪指令：

DSx

从指定的地址单元开始，预留x个存储单元，以备程序使用。

（5）等值伪指令：

字符名EQU数或汇编符号

将一个数（8位或16位二进制数）或特定的汇编符号赋予所定义的字符名。

（6）数据地址赋值伪指令：

字符名DATAnn

将16位地址赋予所定义的字符名。

通常用来定义数据地址。

（7）定义位地址符号伪指令：

字符名BITbit

将位地址bit赋予所定义的字符名。

如果所使用的汇编程序不具备识别BIT伪指令的能力，

可以用EQU命令来定义位地址变量。

（8）汇编结束伪指令：

END

实验六定时/计数器实验

一、实验目的

1.了解MCS-51单片机定/计数器的工作原理与工作方式；

2.掌握定时/计数器T0和T1在定时器和计数器两种方式下的编程；

二、实验设备

PC机一台，TD-NMC+教学实验系统，示波器一台。

三、实验内容

1.使用定时器0与定时器1进行定时，在P1.0和P1.1引脚上输出方波信号，通过示波器观察波形输出，测量并记录方波周期。

2.将定时/计数器1设定为计数器方式，每次计数到10在P1.0引脚上取反一次，观察发光二极管的状态变化。

四、实验步骤

1.定时器实验

实验步骤：

（1）编写实验程序，编译、链接后联机调试；

（2）运行实验程序，使用示波器观察P1.0与P1.1引脚上的波形并记录周期；

（3）改变计数初值，观察实验现象，验证程序功能。

2.计数器实验

实验步骤：

图3-3-1计数器实验接线图

（1）按图3-3-1连接实验线路图；

（2）编写程序，联机调试；

（3）运行实验程序，按单次脉冲KK1，观察发光管D0的状态，每10次变化一次；

（4）实验结束，按复位按键退出调试。

实验七中断系统实验

一、实验目的

了解MCS-51单片机的中断原理，掌握中断程序的设计方法。

二、实验设备

PC机一台，TD-NMC+教学实验系统，示波器一台。

三、实验内容

1.单片机集成的定时器可以产生定时中断，利用定时器0和定时器1，编写实验程序在P1.0及P1.1引脚上输出方波信号，通过示波器观察实验现象并测量波形周期。

2.手动扩展外部中断INT0、INT1，当INT0产生中断时，使LED8亮8灭闪烁4次；当INT1产生中断时，使LED由右向左流水显示，一次亮两个，循环4次。

因为51单片机加入了中断系统，从而提高了CPU对外部事件的处理能力和响应速度。

增强型单片机SST89E554RC共有8个中断源，即外部中断0（INT0）、定时器0（T0）、外部中断1（INT1）、定时器1（T1）、串行中断（TI和RI）、定时器2（T2）、PCA中断和Brown-out中断。

中断使能寄存器（IE）

中断使能A（IEA）

四、实验步骤

1.定时器中断

实验步骤：

（1）编写实验程序，经编译、链接无误后，启动调试功能；

（2）运行实验程序，使用示波器观察P1.0及P1.1引脚上的波形；

（3）使用示波器测量波形周期，改变计数值，重新运行程序，反复验证程序功能；

（4）按复位键退出调试状态。

2.外部中断

实验步骤：

（1）按图3-2-1连接实验电路，单次脉冲单元原理图如图3-2-2所示。

（2）编写实验程序，编译、链接无误后启动调试；

（3）运行实验程序，先按KK1－，观察实验现象，然后按KK2－，观察实验现象；

（4）验证程序功能，实验结束按复位按键退出调试。

图3-2-1外中断实验接线图

图3-2-2单次脉冲单元原理图

实验八静态存储器扩展实验

一、实验目的

1.掌握单片机系统中存储器扩展的方法；

2.掌握单片机内部RAM和外部RAM之间数据传送的特点。

二、实验设备

PC机一台，TD-NMC+教学实验系统

三、实验内容

编写实验程序，在单片机内部一段连续RAM空间30H～3FH中写入初值00H～0FH，然后将这16个数传送到RAM的0000H～000FH中，最后再将外部RAM的0000H～000FH空间的内容传送到片内RAM的40H～4FH单元中。

四、实验原理

存储器是用来存储信息的部件，是计算机的重要组成部分，静态RAM是由MOS管组成的触发器电路，每个触发器可以存放1位信息。

只要不掉电，所储存的信息就不会丢失。

因此，静态RAM工作稳定，不要外加刷新电路，使用方便。

但一般SRAM的每一个触发器是由6个晶体管组成，RAM芯片的集成度不会太高，目前较常用的有6116（2K×8位），6264（8K×8位）和62256（32K×8位）。

本实验以62256为例讲述单片机扩展静态存储器的方法。

图4-1-162256引脚图

SST89E554RC内部有1K字节RAM，其中768字节（00H～2FFH）扩展RAM要通过MOVX指令进行间接寻址。

内部768字节扩展RAM与外部数据存储器在空间上重叠，这要通过AUXR寄存器的EXTRAM位进行切换，AUXR寄存器说明如下：

EXTRAM：

内部/外部RAM访问

0：

使用指令MOVX@Ri/@DPTR访问内部扩展RAM，访问范围00H～2FFH，300H以上的空间为外部数据存储器；

1：

0000H～FFFFH为外部数据存储器。

AO：

禁止/使能ALE

0：

ALE输出固定的频率；

1：

ALE仅在MOVX或MOVC指令期间有效。

五、实验步骤

1.按图4-1-2连接使用电路；

2.按实验内容编写实验程序，经编译、链接无误后启动调试；

3.打开存储器观察窗口，在存储器＃1的Address中输入D:

0x30，在存储器＃2的Address中输入X:

0x0000来监视存储器空间；

4.可单步运行程序，观察存储器内容的变化，验证实验程序的功能。

图4-1-2扩展存储器实验线路图

注：

连接实验线路时，若使用TD-PITE接口实验箱，应将BHE#和BLE#信号接GND；若使用TD-PIT++实验箱，需将BE3～BE0接GND。

实验九综合实验——特种车优先通过的交通灯控制

一、实验目的

1.学习交通灯的实用控制技术；

2.培养学生汇编语言程序设计的综合应用能力，使学生能够综合运用分支、转移、定时、中断、查表、子程序等结构。

二、实验设备

PC机一台，TD-NMC+教学实验系统

三、实验内容

一般情况控制器控制交通灯的正常亮灭，指挥十字路口的灯，有急救车到达时，两方向的交通信号为全红，以便让急救车通过，急救车通过