proteus单片机技术课程实验指导书.docx
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proteus单片机技术课程实验指导书
单片机技术
实验指导书
（080431—080432班适用）
编写者：
张卓杨立华
长春工业大学人文信息学院
2011年3月1日
仿真实验目录
实验一.KeiluVision3工具软件的使用与MCS-51单片机汇编指令练习
实验二.PROTEUS仿真软件的使用
实验三.基本输入输出的PROTEUS设计
实验四.计数显示综合实验
实验五.外部中断实验
实验六.单片机定时/计数实验
实验七.串行通信---双机通信仿真实验
实验八.键盘输入液晶显示C51编程实验
实验九.基于单片机的按键发声实验
实验十.串行通信---串并转换仿真实验
实验十一.串行通信---多机通信仿真实验
实验十二.双机并行通信仿真实验
实验十三.串行并行通信仿真实验
实验十四.单片机数据存储器扩展仿真实验
附录:
部分实验源程序
实验一.KeiluVision3工具软件的使用与MCS-51单片机汇编指令练习
一、实验要求:
必做
二、实验类型:
验证
三、实验学时：
2
四、实验地点与环境：
机房，KeiluVision3软件
五、实验目的:
1、熟悉KeiluVision3工具软件的使用方法（可参见KeiluVision3软件的菜单“帮助”）。
2、掌握利用KeiluVision3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系列单片机的指令系统。
六、实验内容：
1．KeiluVision3工具软件的使用方法（步骤）
（1）、在电脑上新建一文件夹并命名（如EX1）
（2）、打开KeiluVision3软件。
（3）、选择菜单Project---NewProject（若打开软件时，己含有一工程（项目）则应先关闭该工程，方法是：
Project---CloseProject），在打开的新建窗口中输入一工程（项目）名（如EX1），点保存，选择一单片机如Atmel---At89c52等，在随后出现的提示窗口
，选择“否”。
（4）、新建一文件。
File---NewFile，在打开的窗口中输入下面的内容（源程序），点保存，文件名如为EX1.ASM（注这里的扩展名.ASM必须要写，若是用C语言写成的源程序，则扩展名应为.C）。
（5）、将源程序文件包含在项目中。
右单击
，打开快捷菜单，左击“Addfileto…”，在打开的窗口中将EX1.ASM增加进去。
（6）、对Target做必要的设置。
右单击
，左击“OptionsforTarget…”或单击工具按钮
，根据需要，在打开的窗口中做必要的设置，如晶振频率、是否要生成.HEX文件等。
（7）、编译。
点击工具栏这两个按钮
中的一个，也可通过Project菜单中的
来实现编译，编译后在输出窗口中会输出对应的信息（编译是否通过等）
（8）、调试、观察结果。
点击按钮
，进入调试状态，这时点击
或F11可实现“跟踪”，点击
可实现“单步”调试，也可通过DEBUG菜单来实现相应的操作，然后可通过View和
菜单等打开相应的观察窗口。
在调试状态下，可通过点击
，打开存储器窗口，观察对应存储单元的内容。
如要要访问ROM区0030H单元中的内容，可在存储器窗口的ADDRESS处输入：
C：
0X0030后按回车键，其中C是存储区前缀，另D~表示内部RAM的直接寻址区；I~表示内部RAM的间接寻址区；X~表示外部RAM区；C~表示ROM区；B~表示位寻址区。
2．分析下面的源程序，并指出各指令的结果，并在KeiluVision3中进行调试、观察验证，保存文件为EX2_1.asm。
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0030H
MAIN:
MOV 30H,#2AH
MOV 31H,#33H
MOV R0,#30H
MOV A,@R0
MOV R2,A
INC R0
MOV 03H,@R0
SJMP $
END
3．分析下面的源程序，并指出各指令的结果，并在KeiluVision3中进行调试、观察验证，保存文件为EX2_2.asm。
若要将MOVC A,@A+DPTR指令改成MOVCA,@A+pc指令,应如何实现?
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0030H
MAIN:
MOV A,#03H
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV R1,A
SJMP $
TAB:
DB 30H,31H,32H,33H
DB 42H,43H,44H,45H
END
4．在KeiluVision3中进行调试、观察以下几条命令，保存文件为EX2_3.asm：
MOVR0,#12H
MOVA,#56H
MOVX@R0,A
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.
实验二.PROTEUS仿真软件的使用
一、实验要求:
必做
二、实验类型:
验证
三、实验学时：
2
四、实验地点与环境：
机房，PROTEUS7.4软件
五、实验目的:
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。
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。
（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。
（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。
（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路原理图，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。
实验三.基本输入输出的PROTEUS仿真实验
一、实验要求:
必做
二、实验类型:
设计
三、实验学时：
2
四、实验地点与环境：
机房，PROTEUS7.4、KeiluVision3等软件
五、实验目的:
1、进一步熟悉PROTEUS、KeiluVision3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。
六、实验内容：
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。
（2）、实验步骤
（A）、在PROTEUS平台中画出电原理图
（B）、在KeiluVision3软件平台中进行编程、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
（1）、实验要求
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。
注意：
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。
（2）、实验步骤
（A）、在PROTEUS平台中画出电原理图
（B）、在KeiluVision3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。
实验四.计数显示综合实验
一、实验要求:
必做
二、实验类型:
设计
三、实验学时：
2
四、实验地点与环境：
机房，PROTEUS7.4、KeiluVision3等软件
五、实验目的:
1、进一步熟悉利用PROTEUS、KeiluVision3等软件进行单片机系统仿真设计的方法。
2、熟练应用C51单片机程序设计的基本知识和基本思想，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。
六、实验内容：
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。
2、实验步骤
（1）、在PROTEUS平台中画出电原理图
（2）、在KeiluVision3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）。
若达不到要求，则要修改程序，反复调试，直到成功。
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？
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。
实验五.外部中断实验
一、实验要求:
必做
二、实验类型:
设计
三、实验学时：
2
四、实验地点与环境：
机房，PROTEUS7.4、KeiluVision3等软件
五、实验目的:
1、进一步熟悉利用PROTEUS、KeiluVision3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。
六、实验内容：
1、外部中断实验
（1）、实验要求
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。
（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、中断优先级实验
（1）、实验要求
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。
要求：
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。
（2）、实验步骤
（A）、在PROTEUS平台中画出电原理图
（B）、在KeiluVision3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。
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。
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。
实验六.单片机定时/计数实验
一、实验要求:
必做
二、实验类型:
设计
三、实验学时：
2
四、实验地点与环境：
机房，PROTEUS7.4、KeiluVision3等软件
五、实验目的:
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。
3、学会使用PROTEUS中VSM虚拟示波器观察波形。
六、实验内容：
1、方波发生器实验
（1）、实验要求
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。
（2）、实验步骤
（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）。
（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。
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。
2、脉冲计数器实验
（1）、实验要求
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。
（2）、实验步骤
（A）、在PROTEUS平台中画出电原理图。
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。
起点、终点可以是总线引脚、己有的总线或是空白处。
③电线与总线连接：
把总线当做电线连接的一个终端，照常规连线即可。
④电线标注：
单击标签（LABEL）按钮
，单再需要标注的电线，在弹出线标签编辑框中的STRING一栏中输入标签名。
2）、数码管由4个的带段译码器的数码管（型号为：
7SEG-BCD-GRN）组成。
从正面看带段译码器的数码管带段译码器的数码管时（管脚向下），从左到右各引脚的权码分别为8、4、2、1，即若输入1110时该数码管将显示“E”。
3）、数字时钟DCLOCK
单击小工具栏
中的按钮
，在对象选择器中选择DCLOCK（数字时钟），在需要添加信号的线或终端单击即可完成添加DCLOCK输入信号，双击己添加的图标，设置其时钟频率为50KHZ，如图6-4（a）所示。
4）、VSM虚拟计数/计时器
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COUNTERTIMER（计数/计时器），双击己添加的图标打开其属性编辑框，单击运行模式（OPERATINGMODE）的下拉菜单，可选择计时、频率、计数模式，当前设置为频率工作方式，如图6-4（b）所示。
（B）、在WAVE6000平台中进行编程、编译
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