MCS51实验指导文档格式.docx

1、实验十九外部数据存储器扩展实验 41实验二十MCS-51串行口应用实验双机通信 42实验二十一MCS-51串行口应用实验与PC通信 43实验二十二DS18B20数字温度传感器实验 45实验二十三DS18B20温度闭环实验 46实验二十四直流电机调速实验 48实验二十五LED 1616点阵显示实验 50实验二十六8255键盘显示实验 52实验二十七LCD12864液晶显示实验 54实验二十八逻辑加密IC存储卡读写实验 55实验二十九8251串行通信实验 61实验三十8259中断控制实验 63实验三十一串行A/D转换实验 65实验三十二串行D/A转换实验 66实验三十三红外遥控实验 67实验三十四

2、V/F转换实验 68实验三十五PWM转换实验 70实验三十六AT24C02串行存储器实验 71实验三十七X5045P看门狗实验 72实验三十八DS1302实时时钟实验 73实验三十九微型打印机实验 74实验四十RS485差分串行通信实验 75实验四十一CAN-bus现场总线控制实验 77实验四十二基于以太网接口的TCP/IP实验 79实验四十三USB通用串行总线实验 85第一章系统概述DTHS-A是由山东理工大学、淄博耐思科技有限公司设计制造的单片机与微机接口通用型实验台，它以常规实验设备的开放式实验环境为基础，增加了在线检测模式，在自定义环节融入轨迹捕捉，影射和展现实验电路搭接的全过程，为互

3、动教学活动的展开创造了一个较为完整与规范的实践平台。 DTHS-A实验台由三个部分组成：上部为实验台扩充区，适用于课程设计及实验电路与模块的扩展；中部为实验台核心控制区，主要由通用仿真器、在线控制器、轨迹捕捉器及机电与单总线等实验模块组成；下部为实验台常规实验区，适用于基础性教学实践活动。 DTHS-A实验台支持NICE自主研发的集成开发环境，并与KEIL/MPLAB/AVRStudio等主流开发环境无缝结合。1.1上部扩充区（简称上板）1） 直流电压表 上板右上角配有数字式直流电压表，其量程为20V；电压表左测的钮子开关用于选择电压表的检测来源。 信号源测量该钮子开关拨向“外”方向时，位于电

4、压表下方的红孔为电压表输入端（+20V-20V）， 其黑孔为电压表直流地端（非负极性输入端），该端与本工位的“GND”己连接互通，仅适用于实验台二工位之间GND的并端，不允许加载负极性或与“GND”相冲突的信号源； 内置源监视该钮子开关拨向“内”方向时，由位于钮子开关上方的23波段开关选择与确认当前监视源。我们强调监视源的选择应在掉电方式下进行，即在关闭直流源的前提下才能拨动波段开关选择当前监视源，否则会引发+5V、+12V、-12V之间的瞬间短接，对低压供电器件的损伤率极高，亦危及开关电源的寿命。2） 微型打印机上板偏左上方配有智能窗式针型打印机,位于钮子开关下方的双排八芯座为它的总线口，“

5、STB”孔为打印命令控制端，“BUSY”为打印机忙闲标志，“ERR”为打印机出错标志。3） 逻辑加密存储卡存储卡正下方为该卡读写加密控制端，该卡左边为插卡口，该卡右边定义状态标志指示。4） CPLD扩展上板右下方为CPLD逻辑控制器设计与实践区域，选用Xilinx XC9572为硬布线控制器，配有下载口，用符合Xilinx标准的下载电缆即可实现针对XC9572的逻辑设计与编程。5） 扩充区上板左下方为自行设计区域，该区域正下方为阻容件、晶体、三极管、二极管扩充区，该区域左上方为门电路、运放等IC-14以下芯片及集成电阻的扩充区，该区域右上方为IC-40以下集成器件扩充区。1.2中部核心控制区（

6、简称中板）1） CPU单元中板左上方为实验台CPU选择单元，目前可适配的CPU类型有MCS-51/PIC单片机、以8088为内核的微机接口。2） 总线接口 数据总线：双向，来源于仿真器。当CPU单元挂51时，它是由P0口隔离驱动后形成双向总线。 地址总线：输出，来源于仿真器。当CPU单元挂51时，它的低八位由P0口驱动锁存输出；它的高八位由P2口隔离驱动输出。 控制总线 RD：当CPU单元挂51时为外部数据读，受P3.7控制 WD：当CPU单元挂51时为外部数据写，受P3.6 控制 ALE：当CPU单元挂51时为地址锁存，受51_ALE控制 RESET：复位输出，高电平有效，受仿真器复位电路控

7、制 MER：当CPU单元挂88时为内存读，受8088CPU控制 MEW：当CPU单元挂88时为内存写，受8088CPU控制 AEN：输入，总线出借控制。当CPU单元挂88时为DMA操作，受8237_AEN控制 ：时钟输出，当CPU单元挂51时，由51CPU第18脚提供3） 并行模块 LCD液晶显示其数据线与总线接口中的D7D0己连接互通，总线连接定义为省缺项。位于LCD正下方的使能控制端“E”，命令与数据选择端“R/S”及读写选择端“R/W”在自行设计状态定义为实验连接项。 8255并行口其数据线与仿真器中的D7D0己连接互通，总线连接定义为省缺项。位于8255正右测的“CS”为8255选通控

8、制端。位于LCD正下方的add1add0为8255地址端A1A0，位于下板“直流源指示”上方的RD、WR为8255读写控制端，在自行定义状态它们为实验连接项。4） 单总线模块单总线模块超越并行总线的寻址规则，局限于I/O端口寻址，不宜在线掌控，只能工作在自定义状态，因此在单总线模块的设计与实现中实验连接项不可省缺。5） 闭环控制 直流电机直流电机控制单元定义了“调速”与“测速”两个端口，其中调速端为电机启停。正反转及转速控制端，它加载的模拟量范围是05V，2.5V时电机处停止状态，大于2.5V启动电机正转，小于2.5V启动电机反转，该端达5V或0V时电机处正转或反转最高速。至于测速端是电机当前

9、状态与转速的反馈端，为电机按设置的参数恒定运作提供依据。在自行设计状态该两个端口定义为实验连接项。 温度控制温度控制单元定义了“调温”与“测温”两个端口，其中调温端口由5V电源控制，至于测温端口是当前温度传递端口，反馈温度参数，为加温与恒温提供依据。6） 步进电机步进电机控制单元设有四拍控制端口，在自行设计状态该四端口定义为实验连接项。7） 虚拟示波器实验台提供了一个双通道简易示波器，适用于电位及赫兹级低频信号的测量与观察。 8） 扁平链接口中板下方设有五个扁平链接口，其中二个20芯扁平口为检测口，其余三个8芯扁平口为地址与数据总线延伸接口。1.3下部常规实验区（简称下板）1） 下板接口 检测

10、接口下板上方二个20芯扁平口为检测口，“在线”态它为控制口，输出常规实验模块的控制信号。在自定义状态它为状态口，反馈常规实验模块的控制信号。 总线接口下板上方三个8芯扁平口为地址与数据总线链接口，该三个接口是主控区（中板）扩展寻址的桥梁，面向下板实验时必须连接。2） 下板总线 控制线位于“直流源指示”上方的为下板自定义状态的公共控制总线，以下为它们的定义： CLR 下板区域淸除控制，在自定义实验中连接中板RESET复位信号。 WR 下板区域写控制，在自定义实验中连接中板控制总线单元WR写信号。 RD 下板区域读控制，在自定义实验中连接中板控制总线单元RD读信号。 CLK 下板区域锁存控制，在自

11、定义实验中连接中板ALE信号。 地址线位于“存储器扩展单元”左下测的ADD2ADD0为下板区域公共地址线，在自定义实验中通常连接中板A2A0。遇单模块实验可另行定义，例如0809 A/D转换中ADD2ADD0用于选择通道，可改接中板地址总线单元A2A0。 译码器位于“发光二极管显示单元”正下方的138译码器亦有二种定义途径，“在线”态实验台赋于的定义是译码端口CBA与A5A3相连，选通控制端口G2A（低电平有效）由A14控制，当A14为零时，138输出端Y7Y0八中选一，有一个输出端为“0”，其余输出端为“1”。它的寻址范围为03FFFh，8000hBFFFh。在自定义方式其选通与译码端口呈悬

12、浮态，属译码控制不可省缺的连接项。3） 存储器扩展位于下板右上角为“存储器扩展单元”，它的地址与数据总线通过其上方的三个8芯扁平接口融入中板主控CPU的寻址范围，位于该单元左上测的MR、MW及MCS分别为存储器读、写和选通控制端。自定义态属实验不可省缺的连接项。在线态由在线控制器掌控，寻址范围为00FFFh。这里需要提示的是不同类型CPU对于并行存储器扩展有其完全不同的寻址路径，中板挂51CPU时，存储器与I/O处同一寻址空间，用相同的控制信号，通常采用译码法分享数据寻址空间；当挂8088CPU时，存储器与I/O处不同的寻址空间，用不同的控制信号，编各自的指令实现当前的寻址操作。4） I/O口

13、扩展 1616点阵1616点阵位于“存储器扩展单元”正下方，它的数据总线通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7D0连接互通，“存储器扩展单元”左下测的ADD1ADD0定义行与列口地址。16S为点阵写选通控制，自定义态属实验不可省缺的连接项。在线态由在线控制器掌控，寻址范围为0ECH0EFH。 键盘与八段显示实验台选用8255为并行键盘与显示接口，定义其A口为字形口，B口为字位与键扫口，PC2PC0为键入口。位于并行键盘与显示扩展板左则的8255CS为8255选通控制，它的数据总线通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7D0连接互通，“存储器扩展单元”左下测的ADD1ADD

14、0定义其地址线A1A0，“串并转换单元”右边的RD、WR定义其读写控制信号，自定义态属实验不可省缺的连接项。在线态由在线控制器掌控，寻址范围为0DCH0DFH。 简易I/O实验台选用244为简易I/O缓冲输入器件，该单元“G”为读选通控制，自定义态属实验不可省缺的连接项。该单元“PI7PI0”为八位缓冲输入端口。实验台选用273为简易I/O 锁存输出器件，该单元“CLK”为锁存触发端，自定义态属实验不可省缺的连接项。该单元“PO7PO0”为八位锁存输出端口。 A/D与D/A并行A/D转换器0809位于“调模拟电压电位器”正下方，“SC/ALE”为锁通道地址与启动A/D转换，“CLK”为A/D转

15、换时钟，“OE”为A/D采样（读）选通，ADD1ADD0定义当前通道地址，“自定义”态属实验不可省缺的连接项，“在线”态由在线控制器掌控，寻址范围为0E0H0E7H，另外“EOC”为A/D转换结束标志，IN7IN0为A/D转换通道。并行D/A转换器0832位于“A/D转换单元”左边，“CS”为D/A转换器选通控制，“WR”为D/A转换器启动控制，“自定义”态属实验不可省缺的连接项，“AOUT”为D/A转换器输岀端。 串并转换并转串165位于下板左上角，它的并行输入端口通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7D0连接互通，“SERI”与“QH”分别定义串行输岀8位移位寄存器移入与移岀位

16、，“LOAD”为并行输入端口数据装载控制，“LOCK”为串行移位输岀控制。串转并164位于165正下方，“DATA”为串行数据输入端，“LOCK”为并行移位输岀控制，位于164下方以HA顺序排列的“8芯单排针”为164的并行输岀口。 定时计数器8253定时计数单元位于“串并转换”下方，它的总线口通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7D0连接互通，“CLK2CLK0”为定时计数时钟输入端，“OUT2OUT0”为可编程定时计数输岀端。由“ADD1ADD0”定义地址线A1A0，RD、WR定义读写控制线，“8253CS”定义它的片选端。 串行通信8251串行通信单元位于“8253定时计数单

17、元”右测，它的总线口通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7D0连接互通，“CLK”与“T/RXC”为它的时钟输入端，“RXD”与“TXD”为它的串行接收与发送端，由“ADD0”定义地址线A0，RD、WR定义读写控制线，“8251CS”定义它的片选端。 中断控制8259中断控制单元位于“8253定时计数单元”下方，它的总线口通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7D0连接互通，IRQ7IRQ0为中断向量输入端，位于“8251串行通信单元”下测的“INT”与“INTA”分别为8259中断请求与中断向量读控制，由“ADD0”定义地址线A0，RD、WR定义读写控制线，位于“825

18、3CS”右边的“8259CS”为它的片选端。 PACK扩展“PACK扩展单元”位于下板左上方，可选配USB1.1、USB2.0、以太网TCP/IP、CAN-BUS等接口扩展，本实验台把“RS485远程通信”列为PACK扩展的标配模块。5） 通用电路 12位电平指示“12位电平指示”位于下板中上方，L11L0为12个发光二极管驱动器输入端。低电平点亮，高电平熄灭。 9位电平开关“9位电平开关”位于下板中下方，K8K0为逻辑电平开关输出端。开关处上方吋其对应的孔端输出低电平“0”，开关处下方时与其对应的孔端输出高电平“H”。 单脉冲电路“单脉冲电路”位于138译码器右测，由AN按钮与RS触发器构成

19、单脉冲电路，毎按一次AN按钮，即可从两个插座上分别输出一个正脉冲“SP”及负脉冲“/SP”，供中断、清零、计数等实验使用。 音频驱动电路位于AN按钮左边的LM386为音频信号驱动器，其下方为自锁式音频输出控制开关，上方“VIN”为音频信号输入端，音频发生器位于“存储器扩展单元”6264左边。 393分频器“393分频器”位于“8251串行通信单元”右边，该分频器淸零端受下板CLR控制，其输入频率由4.9152MHz晶体振荡源供给，分频器输岀端T0T7的频率分别为2.4567MHz、1.2288MHz、614.4KHz、307.2KHz、153.6KHz、76.8KHz、38.4Hz、19.0H

20、z。 继电器控制“继电器控制”位于D/A转换器左上方，它的输入端“JIN”加载低电平“0”时，继电器吸合，常开触点“JK”闭合，常闭触点“JB”断开，“JZ”为控制信号输入端。 RS232串行口位于138译码器左测的是实验用RS232串行口，它的“TXD”和“RXD”分别为TTL电平级的串行发送与串行接收端。 电压调节器在下板A/D转换上方。实验台提供二路05V模拟电压调节器，适用于A/D与V/F转换等对电压有调节需求的实验。 逻辑门电路在下板138译码器下方左右两测提供了“与”、“或”、“非”三种基本门电路，它们之间的相互串接可形成自定义态实验所需的控制电路。6） 实验扩充 锁式扩展在下板逻

21、辑电平开关上方设有一个IC-40芯以下可编程器件的扩展单元，它不但适用于I/O接口器件的扩展，亦可作为CPU的扩展区，让学生设计一个简易的单片机控制器。 转接单元在下板逻辑电平开关上方左右两测设有两个“转接单元”，构造了一个扁平八芯、单排八芯及八位插孔之间的并行互通电路，以实现不同接口之间的相互转接。第二章单片机接口实验实验一74LS138译码实验一、实验目的74LS138是很常见地址译码逻辑芯片，要掌握其基本用法。二、预备知识74LS138是低电平有效的3线-8线译码器数据分配器。管脚功能描述：VCC是电源。GND接地。A、B、C是地址输入，A是低地址，C是高地址。G1、/G2A、/G2B是

22、控制输入，当G1为“1”并且/G2A和G2B同时为“0”时，138输出端Y7Y0八中选一，有一个输出端为“0”，其余输出端为“1”。否则Y0Y7为全“1”。图 1.174LS138的管脚图和逻辑图注释：实验台对译码器的使能控制端/G2B已连接直流地（GND），G1已连接VCC。三、实验内容1. 通过单片机P1.2P1.0控制74LS138译码器的使能及译码输入端口，控制其译码输出端口（Y7Y0）。2. 把译码输出端口Y7Y0连接到L7L0八位LED电平指示输入端口，验证74LS138的逻辑译码功能。四、实验连线1. 74LS138译码单元/G2A连接GND，C、B、A分别连接P1.2、P1.1

23、、P1.0。2. 74LS138译码单元Y7Y0分别连接L7L0。五、实验步骤1. 译码控制改变译码输入端CBA（P1.2P1.0），与Y7Y0相对应的L7L0发光二极管八中选一，其中一位灯亮，其余灯灭。输入输出CBAY0有效，L0亮，其余灯灭1Y1有效，L1亮，其余灯灭Y2有效，L2亮，其余灯灭Y3有效，L3亮，其余灯灭Y4有效，L4亮，其余灯灭Y5有效，L5亮，其余灯灭Y6有效，L6亮，其余灯灭Y7有效，L7亮，其余灯灭2. 实验程序的编写、装载与运行编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。3. 观察运行结果 在全速运行状态下，观察发光二极管移位点亮情况。4. 终止运行 按

24、“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。实验二P1口亮灯实验1. 学习P1口的使用方法；2. 学习延时子程序的编写。二、实验预备知识1. P1口对准双向口，每一位都可独立地定义为输出或输入。2. 本实验中延时子程序采用指令循环来实现，机器周期（12/6MHz）*指令所需机器周期数*循环次数，在系统时间允许的情况下可以采用此方法。P1口作为输出口，接八个发光二极管，编写程序，使发光二极管循环点亮。四、程序流程五、实验电路六、实验步骤1. 实验连线 P1.7P1.0连至L7L0。 在全速运行状态下，观察发光二极管闪亮移位情况。七、思考1. 改变延时常数，使发光二极管闪亮时间改变。2

25、. 修改程序，使发光二极管闪亮移位方向改变。实验三P1口转向灯实验进一步了解P1口的使用，学习C语言的编程方法与调试技巧。二、实验内容P1.0接高电平、P1.1接低电平时，右转向灯闪亮；P1.0接低电平、P1.1接高电平时左转向灯闪亮；否则转向灯关闭。三、程序流程四、实验电路 P1.1、P1.0分别连接K1、K0，P1.7P1.4分别连接L11、 L8、 L5、 L2。 编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。 在全速运行状态下，拨动K1、K0，观察转弯灯正确闪亮。实验四P3.3口输入，P 1口输出1. 掌握P1口、P3口的简单使用方法。2. 学习延时程序的编写和使用。1. P

26、3口做输入口，外接一脉冲，每输入一个脉冲，P1口按十六进制加一。2. P1口做输出口，编写程序，使P1口接的8 个发光二极管L1L8按16进制加一方式点亮发光二极管。三、实验说明P3口是准双向口，它作为输出口时与一般的双向口使用方法相同，由准双向口结构可知：当P3口作为输入口时，必须先对它置高电平，使内部MOS管截止，因内部上拉电阻是20K40K，故不会对外部输入产生影响。若不先对它置高，且原来是低电平，则MOS管导通，读入的数据是不正确的。P3.3连接K0，P1.7P1.0分别连接L7L0。在全速运行状态下，观察发光二极管闪亮移位情况。按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态

27、。实验五工业顺序控制掌握工业顺序控制程序的简单编程，熟悉中断的概念和编程方法。在工业控制中，像冲压、注塑、轻纺、制瓶等生产过程，都是一些断续生产过程，按某种程序有规律地完成预定的动作，对这类断续生产过程的控制称顺序控制，例注塑机工艺过程大致按“合模注射延时开模产伸产退”顺序动作，用单片机最易实现。MCS-51单片机的P1.6P1.0控制注塑机的七道工序，现模拟控制七只发光二极管的点亮，高电平有效，设定每道工序时间转换为延时，P3.4为开工启动开关，高电平启动。P3.3为外故障输入模拟开关，P3.3为0时不断报警。P1.7为报警声音输出，设定6道工序只有一位输出，第七道工序三位有输出。四、实验说明实验中用外部中断，编中断服务程序的关键是：1. 保护进入中断时的状态，并在退出中断之前恢复进入的状态。2. 必须在中断程序中设定是否允许中断重入，即设置EX0位。一般中断程序进入时应保护PSW、ACC以及中断程序使用但非其专用的寄存器，本实验中未涉及。五、程序流程六、实验电路七、实验步骤1） P3.4、P3.3分别连接K0、K1，P1.6P1.0分别连接L6L0，P1.7连SIN（音频输入端）。2） K0、K1开关拨在低/高电平位置（钮子开关拨向下方）。