单片机使用手册和实验指导.docx
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单片机使用手册和实验指导
51单片机在系统编程
多功能实验板使用指南与实验指导
李群芳编
2005年元月
前言
单片机是嵌入式系统的控制核心之一，要掌握嵌入式系统的开发技术，须做硬件实验，根据硬件学习编程方法。
目前大多数学校的单片机实验多采用教学设备厂生产的实验台，这些实验台价格昂贵（2000元左右），同时追求大而全，难于满足学生学习由易到难的循序渐进的要求，而学校的单片机教学学时少，很多实验做不了，又不能充分发挥实验台效益，为了让学生学得好、买得起、同时能随时在寝室里作硬件实验，掌握嵌入式系统的开发方法，我们设计了这块可在线编程单片机多功能实验板。
可在线编程单片机多功能实验板（以下简称实验板）核心为89S51/52单片机，该单片机和8051/52、89C51/52，完全兼容，只不过它可以在线编程，并且可以反复地擦除和编程。
多功能实验板结合了单片机在线编程（烧写）功能及程序运行功能，电路充分利用单片机的资源，设计巧妙、布局合理、价格低廉、使用方便、可再开发。
使得用户一板在手便拥有了编程器和实验板两套设备。
实验是学习单片机软、硬件设计之必需手段，编程器也是日后单片机应用系统开发的必备工具，因此它具有近期和远期效益。
用户可通过带锁按压开关方便地选择系统工作状态—在线编程状态和程序运行状态，省去了仿真步骤，直接观察运行结果，从而免去了单片机开发中必须的昂贵的硬件仿真器和专用编程器的开销。
只要阁下有一台电脑，在家里或寝室里就可以进行单片机的硬件实验和应用开发。
多功能实验板充分利用单片机的内部资源，能开出如下单元实验：
1、并行口的输入、输出实验，数码管的显示与控制
2、中断实验
3、定时/计数器的应用设计
4、串行通信实验（单片机和单片机、单片机和PC机的通信）
5、串行EEPROM（I2C接口）
6、串行D/A转换（SPI接口）
7、串行A/D转换（SPI接口）
如果综合利用上述资源用户可以设计诸如多功能数字钟、波形发生器、数字电压表、音乐盒等应用系统，学生可作为课程设计、毕业设计的硬件平台，为了用户的灵活开发，实验板还预留了扩展板，可加焊少量器件。
用户也可以通过此电路板组建一些较简单的系统，掌握嵌入式系统设计的初步技巧。
本多功能实验板的学习参考书为《单片微型计算机与接口技术》李群芳黄建编电子工业出版社出版
编者于华中科技大学
2004年10月
目录
第一章单片机可在线编程多功能实验板电路结构与元器件分布――――1
1．1单片机可在线编程多功能实验板的结构框图――――――――――1
1．2单片机可在线编程多功能实验板的元件分布如图二所示－――――1
1．3多功能实验板的电路图―――――――――――――――――――2
第二章实验板面的跳线、开关、按钮功能―――――――――――――3
第三章多功能实验板涉及到的软件介绍――――――――――――――4
3．1综合测试程序的使用―――――――――――――――――――－4
3．2运用在线编程软件MicrocontrollerISPSoftware实现在线编程―――5
3．3单片机仿真调试集成软件包Wave的使用―――――――――――7
3．3．1、软件的安装和设置―――――――――――――――――――8
3．3．2、编辑和编译程序――――――――――――――――――――10
3．3．3．仿真调试程序―――――――――――――――――――――12
第四章实验指导――――――――――――――――――――――――13
4．1实验一程序设计―――――――――――――――――――――13
4．2实验二并行接口―――――――――――――――――――――14
4．3实验三中断实验――――――――――――――――――――16
4．4实验四定时/计数器―――――――――――――――――――18
4．5实验五串行通信实验――――――――――――――――――21
4．6实验六串行EEPROM实验（选做）――――――――――――24
4．7实验七串行D/A实验（选做）――――――――――――――25
4．8实验八串行A/D实验（选做）―――――――――――――――26
第五章系统设计选题（课程设计）―――――――――――――――--30
实践出真知真知出创新创新出一流
愿同学们成为一流的学生，一流的人材
第一章单片机在线编程多功能实验板介绍
1．1单片机在线编程多功能实验板的结构框图
单片机可在线编程多功能实验板的结构框图如图1所示。
1．2单片机在线编程多功能实验板的面板
单片机在线编程多功能实验板的面板如图2所示。
1．3多功能实验板的电路图
单片机可在线编程多功能实验板的电路原理如图3所示.
第二章实验板面的跳线、开关、按钮功能
结合系统电路图（图3）和元件布局图（图2）对系统处于运行状态下的跳线、开关、按钮做如下说明：
1、J1～J5、J7、J8为跳线，用短接块改变跳线的状态就改变了电路的连线。
下面对系统中的7组跳线分别说明。
∙J1J1为l组两路平行的跳线，控制串行EEPROM与单片机之间是否相连，用两个短接块将J1两路跳线连上，EEPROM处于与单片机的连接状态，可对EEPROM进行读写操作。
当不用EEPROM时，将短接块拿开，EEPROM与单片机的处于断开状态，用户可以自己使用单片机的P1.6和P1.7口线扩展系统功能。
∙J2和J3J2和J3控制单片机的P1.4和P1.5脚是和第五个和第六个数码管相连还是和串行A/D（TLC549）相连。
当用两个短接块将J2和J3的1、2两脚相连，单片机的P1.4和P1.5脚和TLC549处于连接状态，可对串行A/D（TLC549）进行操作，第五个和第六个数码管处于不受控状态。
当用两个短接块将2、3两脚相连，P1.4和P1.5连接第五个和第六个数码管的阴极，此时这两个数码管受控工作，而串行A/D与单片机的处于断开状态，不能工作。
∙J4J4控制单片机的P2.7脚是否和串行A/D的片选端相连，短接块插上串行A/D的片选端和单片机P2.7脚相连，可对串行A/D进行操作；将短接块拿开，单片机和串行A/D的片选端处于断开状态，单片机的P2.7脚用户可自行安排使用。
∙J5J5的设置改变带锁按压开关W2产生的脉冲的去向，以决定是外部中断INT0使用脉冲源还是计数器T0使用脉冲源。
当短接块将J5的1、2脚相连时，脉冲源向外部中断INT0提供中断所需的脉冲，每按两次开关w2，产生一个脉冲，向外部中断INT0提供中断请求信号，当短接块将J5的2、3脚相连时，脉冲源向计数器T0提供外部计数脉冲，每按两次开关w2，产生一个计数脉冲。
∙J7J7控制串行A/D的模拟信号来源，当短接块插上，两插针短接，串行A/D的模拟信号来源于直流电压的分压值，通过电位器调节输入模拟电压的大小；当短接块拔掉，外接模拟信号可由旁边的插针引入。
∙J8J8控制单片机的P3.4脚是否和串行D/A（TLC5615）的片选端相连，短接块插上串行的D/A片选端和单片机P3.4脚相连，可对串行D/A进行操作；将短接块拿开，单片机和串行D/A的片选端处于断开状态，单片机的P3.4脚用户可自行安排使用。
2、开关K0～K7控制
拨码开关K0～K7K0～K7拨位开关用作输入设备，用于置数或控制，例如用户可以通过此八位开关，选择运行单片机中的各个子程序。
3、带锁按压开关J6
带锁按压开关W1（J6）用于切换系统的工作状态。
当开关
执行状态
J6按下，系统处于编程（程序下载并烧写）状态，
编程此时系统不能运行程序；
当开关J6弹起，系统处于程序运行状态，此时可以运行单片机内部程序。
4、带锁按压开关W2带锁按压开关W2主要用作产生T0定时/计数器的所需的外部计数脉冲和外部中断INT0产生中断时所需的中断请求信号。
每按一次脉冲源电路输出电平变化一次，按两次才会产生一个脉冲。
5、复位按钮板上有1个复位按钮RST，用于单片机复位，每按一下，单片机复位一次。
6、发光二极管当系统接通电源，处于工作状态时，二极管亮，否则二极管灭。
第三章多功能实验板涉及到的软件介绍
单片机可在线编程多功能实验板只是给你创造了硬件平台，没有软件是无济于事的，它涉及的软件是：
1．在线编程软件MicrocontrollerISPSoftware
2．编辑、编译、跟踪调试集成软件包WAVE（自带汇编器）
3．用户自行用汇编或C语言（C51）编制的应用程序（如用C语言编程需加装C51编译器）
4．我们提供一个综合测试的机器码程序（TASTALL.HEX）。
3.1综合测试程序的使用
综合测试的机器码程序（TASTALL.HEX）用于测试你的实验板是否完好，在芯片齐备的情况下，完成下面的7个实验项目的测试，如果选购部件串行A/D、串行D/A没有选购，下面的6、7两个实验项目无法完成。
由于本实验台就是为了训练学生的应用编程，因此不提供源程序。
当你购买实验板时，该程序已被
在执行TASTALL.HEX时，按压开关W1使处于弹起状态。
执行TASTALL.HEX完成7个测试，用户可以通过此八位开关，选择运行单片机中的各个测试子程序（换一个置于ON的开关后必须按一次复位键）：
置于ON的开关执行功能
1数码管显示的数字跑马 （用短接块使J2、J3的1、2两点相连）
2记录并显示中断次数（用短接块使J5的1、2两点相连，每按两次W2产生一次中断，数码管显示的数加1）
3记录外部脉冲次数（用短接块使J5的2、3两点相连，每按4次W2产生2个外部脉冲，数码管发亮的段下移一个）
4串行通信（用镊子将9针D型COM插头的2、3针短接，完成自收自发串行通信，通信成功数码管有变化的显示，如果用串行通信电缆连接两块实验板，可完成两块实验板之间的串行通信。
）
5串行EEPROM实验（用两个短接块将J1两路跳线连上，EEPROM处于与单片机的连接状态）读写成功数码管有变化的显示，这是因为写进EEPROM的代码又读出来并显示在数码管上）。
6串行A/D实验用两个短接块使J2、J3的2、3两点相连，用短接块将J4跳线连上，用短接块将J7跳线短接，使电位器产生的模拟电压连在A/D上，旋转电位器上显示模拟电压量。
7 串行D/A实验用短接块将J8跳线短接，拨动7键向上，数码管显示“3”，OUT输出三角波；拨动7键向下，数码管显示“5”，OUT输出正弦波；拨动6键向上，数码管显示“C”，OUT输出锯齿波；拨动5键向上，数码管显示“F”,OUT输出方波。
用示波器探头接到OUT的针上时，示波器会显示相应的波形。
8 音乐实验将扬声器的两端分别用导线插到数码管插座最左边空插孔上（标有P1.0和GND），扬声器将响音乐“星愿”，同时数码管的各段会随着音乐跳动。
3.2运用在线编程软件MicrocontrollerISPSoftware实现在线编程
用汇编或C语言编好了源程序后，通过WAVE编译、连接、生成·HEX和.·BIN文件。
应用多功能实验板和MicrocontrollerISPSoftware软件将此·HEX或.·BIN文件烧写进板上的单片机内，即进行在线编程，下载程序步骤如下：
1．在电脑关机的状态下，将25针并口连接线和电脑并口连接好。
2．在实验板未上电的情况下，将25针并口线的另一头和此实验板的25针接口相连，接着接通系统电源，打开电脑。
3.按下带锁按压开关W1，使系统处于编程状态，打开MicrocontrollerISPSoftware软件，即可进行在线编程。
4.在程序下载成功之后,再次按带锁按压开关W1，使之弹起，单片机就可以处于运行状态。
在下载程序之前，大家一定要注意如下事项：
1、连接电脑的25针连接线必须在电脑关机状态（断电状态）下安装或者拆除，在电脑
2、2、运行的情况下，可能给电脑造成伤害。
25针连接线连接单片机系统这一端的接口必须在单片机系统断电的情况下连接或者拆除，否则会给系统带来伤害。
3、注意电源的极性，为方便大家使用，我们为系统提供了两个电源接口，一个为普通的夹线电源接口，在使用这个接口时，红的夹子连接电源正极，黑的夹子连接电源负极。
另一个电源接口为耳机电源接口，可以用充电器的+4.5v输出线对系统供电，注意充电器的电压输出极性选择拨到
这种模式。
这两个电源接口是相通的。
一点经验：
有些兼容机上可能无法下载，可以在系统CMOS设置中将onboradparallelport一项（不同的BIOS此项的位置不同，请用户自行找到）设置为EPP方式（原始状态可能为SPP）即可。
在线编程软件ISP的操作步骤：
在线编程软件MicrocontrollerISPSoftware软件（简称ISP软件）可在网上下载，网址为
进行SETUP安装后便可使用
1、打开MicrocontrollerISPSoftware，如下图：
2、点击菜单中的options选项中的selectdevice（选择器件）：
弹出以下窗口：
选择AT89S52，并选ByteMode（字节模式）点击“OK”。
3、点击options选项中的InitializeTarget（初始化器件）或者
闪电图像的快捷键（图中圆圈所示）。
闪电图像的快捷键
4、接着点击菜单File中的LoadBuffer，选择需要下载的程序
（经过编译生成的.HEX十六进制文件）
5、程序选定之后即可进行下载操作，点击Instructions中的AutoProgram或者点击快捷方式A（圆圈内所示）。
即可进行程序下载操作。
经过以上步骤，ISP软件便对系统进行在线编程。
在编程成功之后，出现如下对话框：
可选择“OK”或者“Cancel”以决定是否对单片机上锁（加密）。
至此，程序下载结束。
6、进入程序运行状态运行下载到单片机中的程序。
有两种方式
方式一点击菜单Instruction的RunTarge。
用ISP软件启动单片机程序,此法运行单片机中的程序时由于单片机还和编程器连接，如果你要使用P1.5、P1.6、P1.7口线，它们将工作不正常，建议使用下面的方式二。
如果你不使用P1.5、P1.6、P1.7口线，可在此状态下运行程序。
方式二按一下按压锁紧开关J6，使之处于弹起状态，系统即与板的编程器部分断开，进入程序运行状态，按复位按钮后，运行单片机中的程序。
注意：
1、如果你的单片机原来已写有程序，需选择instrctions菜单下的erasechip选项，将单片机中的程序擦除干净，使用Readchip选项读出来的值全为“FF”。
2、每次在对单片机进行编程操作之前都得初始化系统：
点击options选项中的InitializeTarget（初始化器件）或者闪电图像快捷键。
3.3单片机仿真调试集成软件包Wave的使用
Wave是南京伟福公司的仿真调试集成软件包，它集编辑、编译、连接、跟踪调试于一体，是单片机开发的必须软件。
程序在烧写进单片机前，必须将它送入计算机（编辑）、编译（或汇编）、连接，生成.HEX文件，经过模拟运行（单步执行、断点执行等），即软件仿真调试，无误后再烧写，这样可提高开发效率。
该软件包即可对汇编源程序进行调试，也可对C语言程序进行调试。
3.2.1软件的安装和设置
Wave软件包可在网站下载，网址为http:
//www.wave-
在安装过程中，如果用户没有指定安装目录，系统会在C盘建立一个C:
\WAVE6000目录（文件夹）,结构如下:
目录内容
C:
\WAVE6000
BIN可执行程序及相关配置文件
HELP帮助文件和使用说明
SAMPLES样例和演示程序
●汇编源程序的汇编器
伟福编译系统已内嵌汇编编译器（伟福编译器）,用户可直接应用WAVE对汇编源程序进行汇编，
●C语言程序的编译器
WAVE自身不带C51编译器，可以从网上下载Keil,也可以从WAVE网站下载ICExplorerD，解压后将其中的P51文件拷到COMP51目录下，并运行P51自解压。
安装C51系列CPU的编译器
1.进入C:
\盘根目录,建立C:
\COMP51子目录（文件夹）.
2.将C51编译器复制到C:
\COMP51子目录（文件夹）.
3.在[主菜单]/仿真器/仿真器设置/语言对话框的[编译器路径]指定为C:
\COMP51.
如果用户将C51编译器安装在硬盘其他地方,请在[编译器路径]指明其位置.
●注意：
如果未安装第三方C51编译器，或未将主菜单中的【仿真器/仿真器设置/语言[编译器选择单选框]中的编译器设置正确，则编译时会出现错误。
经过以上步骤,我们就可以使用Wave对程序进行编译，生成我们所需要的.HEX文件.下面对Wave的基本操作做一些简介.
1.
打开Wave编译器,出现如下界面,并在其中点击“好”。
2．点击菜单栏文件选项中的“仿真器”出现如下界面，并点击其中“使用伟福软件模拟器”，使其中出现“√”，“选择CPU”选项中的”8751或8752（取决你是用89S51还是用89S52，它们和8031、8032是兼容的）。
由于不使用仿真器作硬件仿真，因此“选择仿真器”“选择仿真头”以及“通信设置”“仿真头设置”无需选择。
然后点击“好”
在“仿真器设置”/语言中选择伟福汇编器，如用C语言置好C编译器路径见下图：
3．3．2、编辑和编译程序
编辑程序或者打开已编好的程序,点击菜单栏文件选项中的“新建文件”编写程序或者点击“打开文件”打开已经编好的程序。
注意：
如果是汇编语言程序以·ASM后缀存盘，如果是C语言程序以·C后缀存盘。
2、对源文件进行编译。
点击菜单“项目”
中的“编译”，或者点击如图所示的快捷方
式，就可以对程序进行编译，并生成.HEX
文件。
（汇编和C语言均如此）
如果程序存在语法或者结构错误，在程序编译时会出现错误提示。
如下图所示，大家可以根据错误行提示修改程序错误之处。
如果程序能够成功运行，对话框中就会出现运行成功提示，并生成·HEX文件如下所
示：
注意：
当一个程序由多个模块组合时（例如C语言和汇编的混和编程或同一语言的多个模块组合），必须建立一个工程项目，方法是：
1）点“文件-〉新建项目”
2）在“加入模块文件对话框”将已经保存好的原文件加入，
3）含文件对话框”中加入包含文件，（如果没有包含文件可以点取消）。
4）在“保存项目”对话框中键入项目的名字
5）点击项目菜单中的编译
点击菜单“执行”中的各个选项，或者图中所示快捷方式运行程序。
经过以上操作，我们就可以得到单片机在线编程所需要的.HEX文件，该文件即为系统在线编程的烧写文件。
3.3.3仿真调试程序
编译好的程序可利用WAVE软件包模拟执行（仿真调试），用单步跟踪、设置断点、察看单片机的内存和特殊寄存器的内容变化是否合乎设计意图，若有错误，修改程序，重复上述步骤，直至正确，这样可以提高效率。
执行操作方式可在主菜单“执行”挑选，也可点击快捷键（见下图）。
该栏中有复位、暂停、连续执行、全速执行（即连续执行）、跟踪执行、单步执行等。
在主菜单“窗口”中可以打开CPU窗口或数据窗口以观察运行状态。
点击观察窗口的不同选择可以分别观察SFR、REG（R0—R7、…）、DATA（内部数据存储器）、Watch（各标号和各变量的地址）
以下是CPU窗口
第四章实验指导
4．1实验一程序设计
一、实验目的
①学习windows平台下wave仿真软件的编辑、编译、排错、调试方式
②学习单步、断点、自动跟踪/单步、全速执行等各种执行方法。
二、实验步骤
1.运行WAVE软件，点击菜单栏选项中的“仿真器”，并点击其中“使用伟福软件模拟器”，使其中出现“√”，“选择CPU”选项中的8031或8032（取决你是用89S51还是用89S52），点击“√好”，即进入软件模拟环境。
2.鼠标点击菜单“文件（F）”→“新建文件（N）”,进入编辑窗口键入以下实验程序：
INDEXEQU20H
SUMEQU21H
ORG0000H
START：
MOVINDEX，#5
MOVA，#0
LOOP：
ADDA，INDEX
DJNZINDEX，LOOP
MOVSUM，A
SJMPSTART
END
以FIRST．ASM文件存盘。
预先分析程序的执行结果
3.点击快捷菜单编译（或按F9键），伟福仿真器自带的汇编器对源程序汇编，生成FIRST·HEX。
2．击快捷菜单，打开CPU窗口，打开内部数据存储器DATA窗口，调整窗口大小，和窗口位置，使DATA窗口、CPU窗口能同时显示在屏幕上。
自动跟踪/单步执行程序
3．鼠标点击菜单“执行（R）”→“自动跟踪/单步”，可以看到程序自动单步执行，同时可以观察A累加器内容的变化及内部数据存储器DATA窗口中内容的变化。
4．利用各种操作方式（单步、全速）逐条执行观察A、21H单元、20H单元内容的变化。
三、程序设计选题：
1．将外部数据存储器0001H和0002H单元内容互换。
2．将外部数据存储器010～01FH单元内容移到020～02FH单元。
3．统计内部数据存储器从30H单元开始的十个字节中，正数﹑负数和零的个数，并分别置于R4，R5，R6中。
4．完成八位数除以八位数，即R2/R1=R3......R4。
5．将外部数据存储器0～05H单元的BCD码转换为ASCII码放回原单元。
6．将外部数据存储器0～05H单元中的十六进制数转换成ASCII码放回原单元。
7．将R0中的二进制数转换成BCD码存于内部数据存储器的22H～20H单元。
8．完成两个四字节数的相加（即32位数），和存于内部数据存储器的24H～20H单元
9．完成两个四字节数BCD码数的相加，和存于内部数据存储器的24H～20H单元
4．2实验二并行接口
一、实验目的
1、熟悉51单片机并行口的输入方式，输出方式的编程
2、熟悉51单片机并行口应用编程软件仿真调试方法
3、学会在线烧写单片机程序（在线编程ISP）方法
二、实验电路和程序`
实验程序
（1）
一个数码管是由八个发光二进管组成，电路中小数点段没连接，将下列程序烧进单片机中，观察执行现象
ORG0000H
MOVP1,#01H
MOVA，#01
NEXT：
MOVP1,A
MOVR3,#0
LOOP：
MOVR4,#0
DJNZR4,$
DJNZR3，LOOP
RLA
SJMPNEXT
自编程序①使第三个数码管各段轮流亮。
③④
②使六个数码管共42段LED各段轮流亮
实验程序
（2）
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