单片机与嵌入式系统实验讲义全.docx

1、单片机与嵌入式系统实验讲义全单片机与嵌入式系统课程配套实验讲义 单片机与嵌入式系统实验编写人 包宋建电子电气工程学院电子技术教研室2011年3月实验一 单片机开发过程及最小系统实验一、实验目的(1)熟悉Keil uVision2集成开发环境的使用方法；(2)熟悉8051最小系统的构成及其工作原理； (3)熟悉单片机仿真开发系统的使用方法，掌握其基本功能与操作过程；二、实验器材全套计算机系统、单片机开发板三、实验原理Vision2 IDE是德国Keil公司开发的基于Windows平台的单片机集成开发环境，它包含一个高效的编译器、一个项目管理器和一个MAKE工具。其中Keil C51是一种专门为单

2、片机设计的高效率C语言编译器，符合ANSI标准，生成的程序代码运行速度极高，所需要的存储器空间极小，完全可以与汇编语言媲美。1、关于开发环境Vision2的界面如图11所示，Vision2允许同时打开、浏览多个源文件。 图11 Vision2界面图2、菜单条、工具栏和快捷键下面的表格列出了Vision2菜单项命令，工具栏图标，默认的快捷以及他们的描述。1）编辑菜单和编辑器命令Edit（如表1-1所示）表1-1 编辑菜单和编辑器命令Edit菜单工具栏快捷键描述Home移动光标到本行的开始End移动光标到本行的末尾Ctrl+Home移动光标到文件的开始Ctrl+End移动光标到文件的结束Ctrl+

3、-移动光标到词的左边Ctrl+-移动光标到词的右边Ctrl+A选择当前文件的所有文本容UndoCtrl+Z取消上次操作RedoCtrl+Shift+Z重复上次操作CutCtrl+XCtrl+Y剪切所选文本剪切当前行的所有文本CopyCtrl+C复制所选文本PasteCtrl+V粘贴Indent Selected Text将所选文本右移一个制表键的距离Unindent Selected Text将所选文本左移一个制表键的距离Toggle BookmarkCtrl+F2设置/取消当前行的标签Goto Next BookmarkF2移动光标到下一个标签处GotoPrevious bookmarkSh

4、ift+F2移动光标到上一个标签处Clear All Bookmarks清除当前文件的所有标签Find在当前文件中查找文本F3向前重复查找Shift+F3向后重复查找Ctrl+F3查找光标处的单词Ctrl+寻找匹配的大括号、圆括号、方括号（用此命令将光标放到大括号、圆括号或方括号的前面）Replace替换特定的字符Find in Files在多个文件中查找Goto Matching brace选择匹配的一对大括号、圆括号或方括号中的容2）选择文本命令在Vision2中，可以通过按住Shift键和相应的键盘上的方向键来选择文本。如Ctrl+-可以移动光标到下一个词，那么，Ctrl+Shift+-

5、就是选择当前光标位置到下一个词的开始位置间的文本。当然，也可以用鼠标来选择文本。3）项目菜单Project和项目命令Project（如表1-2所示）表1-2 项目菜单和项目命令Project菜单工具栏快捷键描述New Project创建新项目Import Vision1 Project转化 Vision1的项目Open Project打开一个已经存在的项目Close Project关闭当前的项目Target Environment定义工具、包含文件和库的路径Targets,Groups,Files维护一个项目的对象、文件组和文件Select Device for Target选择对象的CPUR

6、emove 从项目中移走一个组或文件Options Alt+F7设置对象、组或文件的工具选项File Extensions选择不同文件类型的扩展名Build TargetF7编译修改过的文件并生成应用Rebuild Target重新编译所有的文件并生成应用Translate Ctrl+F7编译当前文件Stop Build停止生成应用的过程17打开最近打开过的项目4）调试菜单Debug和调试命令（如表1-3所示）表1-3 调试菜单和调试命令Debug菜单工具栏快捷键描述Start/Stop DebuggingCtrl+F5开始/停止调试模式Go F5运行程序，直到遇到一个中断Step F11单步

7、执行程序，遇到子程序则进入Step overF10单步执行程序，跳过子程序Step out ofCtrl+F11执行到当前函数的结束Current function stop RuningEsc 停止程序运行Breakpoints 打开断点对话框Insert/Remove Breakpoint设置/取消当前行的断点Enable/Disable Breakpoint使能/禁止当前行的断点Disable All Breakpoints禁止所有的断点Kill All Breakpoints取消所有的断点Show Next Statement显示下一条指令Enable/Disable Trace Re

8、cording使能/禁止程序运行轨迹的标识View Trace Records显示程序运行过的指令Memory Map打开存储器空间设置对话框Performance Analyzer打开设置性能分析的窗口Inline Assembly对某一行重新汇编，可以修改汇编代码Function Editor编辑调试函数和调试设置文件5）外围器件菜单Peripherals（如表1-4所示）表1-4 外围器件菜单Peripherals菜单工具栏描述Reset CPU复位CPU以下为单片机外围器件的设置对话框（对话框的种类及容依赖于你选择的CPU）Interrupt 中断观察I/O-PortsI/O口观察Se

9、rial串口观察Timer定时器观察A/D ConoverterA/D转换器D/A ConoverterD/A转换器I2C ConoverterI2C总线控制器Watchdog 看门狗6）工具菜单Tool（如表1-5所示）利用工具菜单，可以设置并运行Gimpel PC-Lint、Siemens Easy-Case和用户程序。通过Customize Tools Menu菜单，可以添加需要的程序。表1-5 工具菜单Tool菜单描述Setup PC-Lint设置Gimpel Software的PC- Lint程序Lint 用PC- Lint处理当前编辑的文件Lint all C Source Fil

10、es用PC- Lint处理项目中所有的C源代码文件Setup Easy-Case设置Siemens的Easy-Case程序Start/Stop Easy-Case运行/停止Siemens的Easy-Case程序Show File (Line)用Easy-Case处理当前编辑的文件Customize Tools Menu添加用户程序到工具菜单中3、创建项目实例Vision2包括一个项目管理器，它可以使8x51应用系统的设计变得简单。要创建一个应用，需要按下列步骤进行操作：启动Vision2，新建一个项目文件并从器件库中选择一个器件。新建一个源文件并把它加入到项目中。增加并设置选择的器件的启动代码

11、针对目标硬件设置工具选项。编译项目并生成可编程PROM的HEX文件。下面将逐步地进行描述，从而指引读者创建一个简单的Vision2项目。1）选择【Project】/【New Project】选项，如图1-2所示。图1-2 Project菜单2）在弹出的“Create New Project”对话框中选择要保存项目文件的路径，比如保存到Exercise目录里，在“文件名”文本框中输入项目名为example，如图1-3所示，然后单击“保存”按钮。 图1-3 Create New Project对话框3）时会弹出一个对话框，要求选择单片机的型号。读者可以根据使用的单片机型号来选择，Keil C51几

12、乎支持所有的51核的单片机，这里只是以常用的AT89C51为例来说明，如图1-4所示。选择89C51之后，右边Description栏中即显示单片机的基本说明，然后单击“确定”按钮。图14 选择单片机的型号对话框4）这时需要新建一个源程序文件。建立一个汇编或C文件，如果已经有源程序文件，可以忽略这一步。选择【File】/【New】选项，如图1-5所示。5）在弹出的程序文本框中输入一个简单的程序，如图1-6所示。图1-5 新建源程序文件对话框图 图1-6 程序文本框6）选择【File】/【Save】选项，或者单击工具栏按钮，保存文件。在弹出的如图1-7所示的对话框中选择要保存的路径，在“文件名”

13、文本框中输入文件名。注意一定要输入扩展名，如果是C程序文件，扩展名为.c；如果是汇编文件，扩展名为.asm；如果ini文件，扩展名为. ini。这里需要存储ASM源程序文件，所以输入.asm扩展名（也可以保存为其他名字，比如new.asm等），单击“保存”按钮。图1-7 “Save As”对话框图7）单击Target1前面的+号，展开里面的容Source Group1，如图1-8所示。图1-8 Target展开图8）用右键单击Source Group1，在弹出的快捷菜单中选择Add File to GroupSource Group1选项，如图1-9所示。图19 Add Files to Gr

14、oup Source Group1菜单9）选择刚才的文件example.asm，文件类型选择Asm Source file（*.C）。如果是C文件，则选择C Source file；如果是目标文件，则选择Object file；如果是库文件，则选择Library file。最后单击“Add”按钮，如果要添加多个文件，可以不断添加。添加完毕后单击“Close”按钮，关闭该窗口，如图1-10所示图1-10 Add Files to Group Source Group1对话框10）这时在Source Group1目录里就有example.asm文件，如图1-11所示。图1-11 example.a

15、sm文件11）接下来要对目标进行一些设置。用鼠标右键（注意用右键）单击Target1，在弹出的会计菜单中选择Options for Target “Target 1”选项，如图1-12所示。图1-12 ptions for Target “Target 1”选项12）、弹出Options for Target “Target 1”对话框，其中有8个选项卡。设置Output选项卡（如图1-17所示）如果不设置，就存储在项目文件的目录里。Name of Executable：设置生成的目标文件的名字，缺省情况下和项目的名字一样。目标文件可以生成库或者obj、HEX的格式。图1-17 设置Outpu

16、t卡Select Folder for Objects：单击该按钮可以选择编译后目标文件的存储目录， Create Executable：如果要生成OMF以及HEX文件，一般选中Debug Information和Browse Information。选中这两项，才有调试所需的详细信息，比如要调试C语言程序，如果不选中，调试时将无法看到高级语言写的程序。Create HEX File：要生成HEX文件，一定要选中该选项，如果编译之后没有生成HEX文件，就是因为这个选项没有被选中。默认是不选中的。Create Library：选中该项时将生成lib库文件。根据需要决定是否要生成库文件，一般应用是

17、不生成库文件的。After Make：栏中有以下几个设置。Beep when complete：编译完成之后发出咚的声音。Start Debugging：马上启动调试（软件仿真或硬件仿真），根据需要来设置，一般是不选中。Run User Program #1，Run User Program #2：这个选项可以设置编译完之后所要运行的其他应用程序（比如有些用户自己编写了烧写芯片的程序，编译完便执行该程序，将HEX文件写入芯片），或者调用外部的仿真器程序。根据自己的需要设置。设置Listing选项卡（如图1-18所示）Keil C51在编译之后除了生成目标文件之外，还生*.lst、*m51的文件

18、。这两个文件可以告诉程序员程序中所用的idata、data、bit、xdata、code、RAM、ROM、stack等的相关信息，以及程序所需的代码空间。图1-18 设置Listing选项卡选中Assembly Code会生成汇编的代码。这是很有好处的，如果不知道如何用汇编来写一个long型数的乘法，那么可以先用C语言来写，写完之后编译，就可以得到用汇编实现的代码。对于一个高级的单片机程序员来说，往往既要熟悉汇编，同时也要熟悉C语言，才能更好地编写程序。某些地方用C语言无法实现，便用汇编语言却很容易。有些地方用汇编语言，很繁琐，用C语言就很方便。单击Select Folder for List

19、ings按钮后，在出现的对话框中可以选择生成的列表文件的存放目录。不做选择时，使用项目文件所在的目录。设置Debug选项卡（如图1-19所示）这里有两类仿真形式可选：Use Simulator和Use：Keil Monitor-51 Driver，前一种是纯软件仿真，后一种是带有Monitor-51目标仿真器的仿真。Load Application at Start：选择这项之后，Keil才会自动装载程序代码。Go till main：调试C语言程序时可以选择这一项，PC会自动运行到main程序处。这里选择Use Simulator。如果选择Use：Keil Monitor-51 Driver

20、，还可以单击图1-19中的Settings按钮，打开新的窗口如图1-20，其中的设置如下。Port：设置串口号，为仿真机的串口连接线COM_A所连接的串口。Baudrate：设置为9600，仿真机固定使用9600bit/s跟Keil通信。Serial Inerrupt：允许串行中断，选中它。Cache Options：可以选也可以不选，推荐选它，这样仿真机会运行得快一点。1-19设置Debug选项卡最后单击OK按钮关闭窗口。图1-20 Target设置13）编译程序，选择【Project】/【Rebuild all target files】选项，如图1-21所示。 图1-21 Rebuild

21、 all target files或者单击工具栏中的按钮，如图1-22所示，开始编译程序。图1-22 工具栏中的按钮 如果编译成功，开发环境下面会显示编译成功的信息，如图1-23所示。图1-23 编译成功信息14）编译完毕之后，选择【Debug】/【Start/Stop Debug Session】选项，即就进入仿真环境，如图1-24所示。 图1-24 仿真 或者单击工具栏中的铵钮，如图1-25所示。15）装载代码之后，开发环境下面显示如图1-26所示的信息。 图1-25 工具栏仿真按钮图1-26 装载代码4、ISP软件的使用 打开下载软件，双击目录下的文件ISPgm.exe，打开软件进入软件

22、使用界面芯片选择：左击界面右面芯片选择窗口的下拉箭标，选择编程芯片的型号。导入hex文件到缓冲区：左击界面上的“Open File”按钮，选择本目录下的hex文件。向芯片写入文件：左击界面上的“Write”按钮，开始编程向芯片写入程序。完成写入编程。退出程序：左击界面右上角的“x”按钮，退出此程序。三、实验容(1)熟悉单片机最小系统的结构及其基本电路的工作原理； (2)编写一个简单的C51程序，分别采用汇编和C语言控制P1.1端口输出高电平、低电平和高低电平变化，在Keil中完成编译后，在Keil中仿真运行并查看其结果；(3)采用Keil调试的方法开展调试，逐步查看调试过程及其结果；(4)将编

23、程代码通过STC-ISP程序下载到单片机开发板中运行，用观察P1.1口的输出电平情况。看是否与理论相符。 四、实验要求(1)掌握8051时钟电路与复位电路的设计，熟悉8051最小系统的构成；(2)掌握在Keil集成开发环境下开发C51程序的一般方法，编写的简单程序能够在Keil中成功编译、及模拟仿真与调试；(3)完成Keil的调试，记录实验过程；(4)下载代码到单片机实验板上，测试实际运行结果，并与前两种仿真结果进行对比； (5)撰写实验报告。五、发挥部分(1)请思考如何开展8051单片机的系统仿真调试功能；(2)了解其它C51的开发环境与开发工具，并比较各自的异同；实验二 信号灯的控制一.实

24、验目的1.进一步熟悉软件的操作和使用方法；2.了解有关汇编指令的应用；二.实验设备AT89c51 基本实验单元、计算机设备系统、发光二极管显示单元。三.实验原理（一）实验说明1.了解以89c51为基础的单片机实验系统的基本组成及功能。2.通过最小系统实例了解单片机的基本工作过程。点亮8个LED延时熄灭8个LED延时结束开始结束开始读P0.0的脚P0.0接地点亮8个LED8个LED交叉亮灭程序2流程图NY设循环次数设循环初值显示模式字送P1延时开始显示模式字左移1位次数-1=0?程序3流程图程序1流程图（三）程序流程图四.实验步骤：1.输入程序1并检查无误，对程序进行汇编、调试，然后烧写程序到8

25、9c51；2.按照实验连线要求，运行程序观察二极管的是否是不停的亮灭；3.输入程序2并进行汇编、调试和烧写；4.将P0.0接地，运行程序2观察二极管的亮灭情况，将P0.0悬空，运行程序2观察二极管的亮灭情况是否和P0.0接地时相同；5.输入程序3并进行汇编、调试和烧写；6.运行程序3，观察8个二极管的亮灭情况是否为顺序点亮。思考题：1.如何编写程序改变延时的时间？实验三、数码管动态显示一、实验目的1、熟悉有关汇编指令的应用（查表）。2、 熟悉数码管显示的原理。二、实验设备8031 基本实验单元、计算机设备系统、数码显示单元三、实验原理（一）实验说明1、用89C51控制8个LED数码管以一定的速

26、度将一个数字8向左移动7次后又向右移动7次，并循环不止。2、数码管动态显示12345678。（二）流程图NY开始初始化参数查表输出段码输出位码循环结束束?位码移位结束四 实验步骤1输入程序并检查无误，对程序进行汇编、调试，然后下载到单片机实验板中；2运行程序，看数码管是不是将字符按要求循环的移动。五 思考题修改程序，使这组字符交替移动5分钟后停止移动并显示？实验四 数字钟实验一、实验目的1、熟悉MCS-51定时器，串行口和中断初始化编程方法。2、了解定时器的应用，时钟程序的设计与调试技巧。二、实验容1、编写程序，从本实验板上显示0100S的计数，用定时器产生1S定时中断，对时钟计数器计数，并将

27、数值实时地送数码管显示。2、编写程序，从本实验板上显示时间。三、实验原理四、实验步骤连续运行程序，数码管上实时显示时间值。五、思考题1电子钟走时精度和程序中哪些常数有关？2修改程序使定时器工作方式改变，调节有关参数，进一步提高精度。3设计一个倒计时时钟，如何来修改程序？实验五、D/A转换实验一、实验目的1、掌握TLC5615的编程方法。2、掌握D/A转换程序的编程方法和调试方法。二、实验说明 1、TLC5615的工作特点 单5V 电源工作；3 线串行接口； 高阻抗基准输入端；DAC 输出最大电压为2倍基准输入电压； 上电时部自动复位； TLC5615引脚图 微功耗, 最大功耗为1.75mW；

28、转换速率快, 更新率为1.21MHz；2、引脚说明DIN, 串行二进制数输入端；SCLK, 串行时钟输入端； - CS, 芯片选择, 低有效；DOUT, 用于级联的串行数据输出；AGND, 模拟地；REFIN, 基准电压输入端；OUT, DAC 模拟电压输出端；VDD, 正电源电压端；3、工作时序图当CS 为低电平时, 在每一个SCLK 时钟的上升沿通过DIN将一位数据输入( 注意, 二进制最高有效位应最先输入) 。有效数据输入完毕后, SCLK 的上升沿将1O 位有效数据锁存于1O 位DAC 寄存器, 供DAC 电路进行转换。当片选CS 为高电平时, 串行输入数据无效, 不能被移入16 位移位寄存器。 三、实验容1、编制程序用TLC5613并实现三角波、方波、梯形波程序。2、观察示波器测量输出波形的周期和幅度。四、流程图结束开始延时等待转换启动D/A转换转换结束输出延时五、思考题1、计算输出方波的周期，并说明如何改变输出方波的周期。实验六、A/D转换实验一、实验目的1、了解TLC1543的工作原理；2、了解A / D转换的工作原理及具体应用；3、掌握单片机与TLC154