单片机原理与应用实验指导书.docx

1、单片机原理与应用实验指导书 单片机原理与应用实验指导书 南昌大学信息工程学院电气与自动化系目 录第一章 系统安装与启动.1第二章 MCS-51 单片机硬件接口实验部分. .2实验一 I/O口输入、输出实验.2实验二 外部中断实验. .5实验三 定时/计数器实验.7实验四 交通灯控制实验.9实验五 串转并与并转串实验.16实验六 8255 输入、输出实验.19实验七 8255 控制键盘与显示实验. .22实验八 并行A/D转换实验. .27实验九 并行D/A转换实验. . .31实验十 LCD显示实验. .36第一章 系统安装与启动一、实验系统工作在51 实验模式当用户需要进行MCS-51 单片

2、机实验内容时，应进入这种工作模式。1）将JD2（CPU 插座）与JD3（CPU51 插座）用“CPU 转接板”连接起来，JD1（CPU88 插座）空置。2）用配套的串行通讯电缆，将9 芯电缆的一端与实验机上（CPU 模块处）的9 芯插座SCOM1相连，另一端与PC 机的串行口相连。3）先打开电源开关，再打开直流开关，在PC 机上打开THGMW-51 软件，运行实验程序，具体操作参见本实验指导书后面章节内容。二、51 实验模式下各开关和跳线器的初始状态设置1）A1 区直流开关：实验内容若不用到A 区模拟模块，则开关置位在下方，模拟模块电源为关闭状态。2）B2 区JT1B 跳线器：短路帽置位在左边

3、，LED 点阵显示模块电源为关闭状态。3）B3 区JT2B 跳线器：短路帽全部置位在下方，LCD 液晶显示模块电源、背光为关闭状态。4）C1 区JT1C 跳线器和C3 区JT2C 跳线器的短路帽位置随意，由相关实验决定。5）C3 区JT3C 跳线器：短路帽置位在左边，语音接口模块电源为关闭状态。6）E4 区JT1E 跳线器：两只短路帽置位在左边，八位逻辑电平输出有效。7）E7 区S11E、S12E 开关：开关全部置位上方（ON），由8279 来控制键盘、显示。8）F3 区JT1、JT2 跳线器：短路帽全部置位在上方。9）A5 区S4A 多位开关：开关置位最右端（温度控制），做温度控制实验用。

4、1第二章 MCS-51 单片机硬件接口实验部分实验一 I/O 口输入、输出实验一、实验目的掌握单片机P1口、P3口的使用方法。二、实验内容以P1 口为输出口，接八位逻辑电平显示，LED 显示跑马灯效果。以P3 口为输入口，接八位逻辑电平输出，用来控制跑马灯的方向。三、实验要求根据实验内容编写一个程序，并在实验仪上调试和验证。四、实验说明和电路原理图P1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P1口作为输入口时，必须先对它置高电平使内部MOS管截止。因为内部上拉电阻阻值是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

5、入的数据是不正确的。本实验需要用到CPU模块（F3区）和八位逻辑电平输出模块（E4区）和八位逻辑电平显示模块（B5区），八位逻辑电平输出电路原理图参见图1-1。八位逻辑电平显示电路原理图参见图1-2。 2五、实验预习要求学习教材的相关内容，根据实验要求画出程序流程图，写出实验程序。六、实验步骤1）系统各跳线器处在初始设置状态。用导线连接八位逻辑电平输出模块的K0 到CPU 模块的RXD（P3.0 口）；用8 位数据线连接八位逻辑电平显示模块的JD4B 到CPU 模块的JD8(P1 口)。2）启动PC 机，打开THGMW-51 软件，输入源程序，并编译源程序。编译无误后，下载程序运行。3）观察发

6、光二极管显示跑马灯效果，拨动K0 可改变跑马灯的方向。七、实验参考程序本实验参考程序;/*;文件名: Port for MCU51;功能: I/O口输入、输出实验 ;接线: 用导线连接八位逻辑电平输出模块的K0到CPU模块的RXD（P3.0口）；; 用8位数据线连接八位逻辑电平显示模块的JD2B到CPU模块的JD8(P1口)。;/* DIR BIT P3.0 ORG 0000H LJMP START ORG 0100H START: Output1: mov a, #0fEH mov r5, #8 loop1: 3 CLR C mov C,DIR JC Output2 mov P1, a rl

7、 a Acall Delay djnz r5, loop1 Sjmp Output1 Output2: mov a, #07fH mov r5, #8 loop2: CLR C mov C,DIR JNC Output1 mov P1, a rr a Acall Delay djnz r5,loop2 Sjmp Output2Delay: mov r6,#0 DelayLoop1: mov r7,#0DelayLoop2: NOP NOP djnz r7,DelayLoop2 djnz r6,DelayLoop1 ret 4 实验二 外部中断实验一、实验目的学习外部中断技术的基本使用方法。二、

8、实验内容INT0 端接单次脉冲发生器。按一次脉冲产生一次中断，CPU 使P1.0 状态发生一次反转，P1.0接LED 灯，以查看信号反转。三、实验要求根据实验内容编写一个程序，并在实验仪上调试和验证。四、实验说明和电路原理图1） 外部中断的初始化设置共有三项内容：中断总允许即EA=1，外部中断允许即EXi=1（i=0或1），中断方式设置。中断方式设置一般有两种方式：电平方式和脉冲方式，本实验选用后者，其前一次为高电平后一次为低电平时为有效中断请求。因此高电平状态和低电平状态至少维持一个周期，中断请求信号由引脚INT0(P3.2)和INT1(P3.3)引入。2）中断服务的关键：a、保护进入中断时

9、的状态。堆栈有保护断点和保护现场的功能使用PUSH 指令，在转中断服务程序之前把单片机中有关寄存单元的内容保护起来。b、必须在中断服务程序中设定是否允许中断重入，即设置EX0 位。c、用POP 指令恢复中断时的现场。3）中断控制原理：中断控制是提供给用户使用的中断控制手段。实际上就是控制一些寄存器，51 系列用于此目的的控制寄存器有四个：TCON 、IE 、SCON 及IP。4）中断响应的过程：首先中断采样然后中断查询最后中断响应。采样是中断处理的第一步，对于本实验的脉冲方式的中断请求，若在两个相邻周期采样先高电平后低电平则中断请求有效，IE0 或IE1 置“1”；否则继续为“0”。所谓查询就

10、是由CPU 测试TCON 和SCON 中各标志位的状态以确定有没有中断请求发生以及是那一个中断请求。中断响应就是对中断请求的接受，是在中断查询之后进行的，当查询到有效的中断请求后就响应一次中断。本实验需要用到CPU 模块（F3 区）和八位逻辑电平显示模块（B5 区）、单次脉冲模块（E3区）。五、实验预习要求学习教材的相关内容，根据实验要求画出程序流程图，写出实验程序。六、实验步骤1）系统各跳线器处在初始设置状态，用导线连接单次脉冲模块的输出端到CPU 模块的P32；CPU 模块的P10 接八位逻辑电平显示模块的灯。2）启动PC 机，打开THGMW-51 软件，输入源程序，并编译源程序。编译无误

11、后，下载程序运行。3）连续按动单次脉冲产生电路的按键，发光二极管L0 每按一次状态取反，即隔一次点亮。七、实验参考程序本实验参考程序5;/*;文件名: EXint for MCU51;功能: 外部中断实验 ;接线: 导线连接单次脉冲模块的输出端到CPU模块的P32, ; CPU模块的P10接八位逻辑电平显示模块的L0灯。;/* LED BIT P1.0 LEDBuf BIT 20H org 0 ljmp Start org 3Interrupt0: push PSW ; 保护现场 cpl LEDBuf ; 取反LED mov c, LEDBuf mov LED, c pop PSW ; 恢复现

12、场 retiStart: clr LEDBuf clr LED mov TCON, #01h ; 外部中断0下降沿触发 mov IE, #81h ; 打开外部中断允许位(EX0)及总中断允许位(EA)OK: ljmp OK end 6实验三 定时/计数器实验一、实验目的学习MCS-51 内部计数器的使用和编程方法。二、实验内容使用MCS-51 内部定时/计数器，定时一秒钟，CPU 运用定时中断方式，实现每一秒钟输出状态发生一次反转，即发光管每隔一秒钟亮一次。三、实验要求根据实验内容编写一个程序，并在实验仪上调试和验证。四、实验说明关于内部计数器的编程主要是定时常数的设置和有关控制寄存器的设置。

13、内部计数器在单片机中主要有定时器和计数器两个功能。本实验使用的是定时器，定时为一秒钟。定时器有关的寄存器有工作方式寄存器TMOD 和控制寄存器TCON。TMOD 用于设置定时器/计数器的工作方式0-3，并确定用于定时还是用于计数。TCON 主要功能是为定时器在溢出时设定标志位，并控制定时器的运行或停止等。内部计数器用作定时器时，是对机器周期计数。每个机器周期的长度是12 个振荡器周期。假设实验系统的晶振是12MHZ，程序工作于方式2,即8 位自动重装方式定时器, 定时器100uS中断一次, 所以定时常数的设置可按以下方法计算：机器周期=1212MHz=1uS（256-定时常数）1uS=100u

14、S定时常数=156。然后对100uS 中断次数计数10000 次,就是1 秒钟。在本实验的中断处理程序中，因为中断定时常数的设置对中断程序的运行起到关键作用，所以在置数前要先关对应的中断，置数完之后再打开相应的中断。本实验需要用到CPU 模块（F3 区）和八位逻辑电平显示模块（B5 区）。五、实验预习要求学习教材的相关内容，根据实验要求画出程序流程图，写出实验程序。六、实验步骤1）系统各跳线器处在初始设置状态，用导线连接CPU 模块P10 到八位逻辑电平显示模块的L0。2）启动PC 机，打开THGMW-51 软件，输入源程序，并编译源程序。编译无误后，下载程序运行。3）运行程序观察发光二极管隔

15、一秒点亮一次，点亮时间为一秒。七、实验参考程序本实验参考程序;/*;文件名: Timer for MCU51;功能: 定时/计数器实验;接线: 导线连接CPU模块P10到八位逻辑电平显示模块的L0.;/* Tick equ 10000 ; 10000 x 100us = 1s T100us equ 156 ; 100us时间常数(6M) C100us equ 30h ; 100us记数单元 7 LEDBuf bit 20h org 0 ljmp Start org 000bhT0Int: push PSW mov a, C100us+1 jnz Goon dec C100usGoon: dec

16、 C100us+1 mov a, C100us orl a, C100us+1 jnz Exit ; 100us 记数器不为0, 返回 mov C100us, #27H ; #high(Tick) mov C100us+1, #10H ; #low(Tick) cpl LEDBuf ; 100us 记数器为0, 重置记数器 ; 取反LEDExit: pop PSW retiStart: mov TMOD, #02h ; 方式2, 定时器 mov TH0, #t100us mov TL0, #t100us mov IE, #10000010b ; EA=1, IT0 = 1 setb TR0 ;

17、 开始定时 clr LEDBuf clr P1.0 mov C100us, #27H ;#high(Tick) mov C100us+1, #10H ;#low(Tick)Loop: mov c, LEDBuf mov P1.0, c ljmp Loop end 8 实验四 交通灯控制实验一、实验目的掌握十字路口交通灯控制方法。二、实验内容利用系统提供的双色LED 显示电路，和四位静态数码管显示电路模拟十字路口交通信号灯。4 位LED 数码管显示时间，LED 显示红绿灯状态。三、实验要求根据实验内容编写一个程序，并在实验仪上调试和验证。四、实验说明和电路原理图交通信号灯控制逻辑如下：假设一个十

18、字路口为东西南北走向。开始为四个路口的红灯全部亮之后,东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,东西路口方向通车,延时一段时间后（20 秒）,东西路口的绿灯,闪烁若干次后（3 秒），东西路口的绿灯熄灭，同时东西路口的黄灯亮,延时一段时间后（2 秒）,东西路口的红灯亮,南北路口的绿灯亮,南北路口方向通车,延时一段时间后（20 秒）,南北路口的绿灯闪烁若干次后（3 秒）,南北路口的绿灯熄灭，同时南北路口的黄灯亮，延时一段时间后（2 秒）,再切换到东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,之后重复以上过程。双色LED 是由一个红色LED 管芯和一个绿色LED 管芯封装在一起，共用负极，当红色正端加高电平，绿色正

19、端加低电平时，红灯亮；红色正端加低电平，绿色正端加高电平时，绿灯亮；两端都加高电平时，黄灯亮。本实验需要用到CPU 模块（F3 区）、静态数码管/双色LED 显示模块（B4 区）。双色LED显示电路原理参见图4-1。图 4-1 双色LED 显示电路 9五、实验程序参考框图实验示例程序参考框图如图4-2。图4-2 程序流程图六、实验预习要求学习教材的相关内容，根据实验要求画出程序流程图，写出实验程序。七、实验步骤1）系统各跳线器处在初始设置状态。P10 同时接G1、G3；P11 同时接R1、R3；P1.2 同时接G2、G4；P1.3 同时接R2、R4；P1.6、P1.7 分别接静态数码显示的DI

20、N、CLK。2）启动PC 机，打开THGMW-51 软件，输入源程序，并编译源程序。编译无误后，下载程序运行。3）观察十字路口交通灯效果。八、实验参考程序本实验参考程序;/*;文件名:交通灯程序 FOR MCU51;功能：双色LED模拟交通灯信号，并通过调用静态数码显示状态时间。;接线：P1.0同时接G1、G3，P1.1接R1、R3，P1.2接G2、G4，P1.3同时接R2、R4,; P1.6、P1.7接静态数码显示的DIN、CLK。;/* 10 SECOND1 EQU 30H ;东西秒寄存器 SECOND2 EQU 31H ;南北秒寄存器 DBUF EQU 40H ;显示缓冲1 TEMP E

21、QU 44H ;显示缓冲2 LED_G1 BIT P1.0 ;东西绿灯 LED_R1 BIT P1.1 ;东西红灯 LED_G2 BIT P1.2 ;南北绿灯 LED_R2 BIT P1.3 ;南北红灯 Din BIT P1.6 ;串行显示数据 CLK BIT P1.7 ;串行显示时钟 ORG 0000H LJMP START ORG 0100HSTART: LCALL STATE0 ;调用状态0 LCALL DELAY ;调用延时 MOV TMOD,#01H ;置T0工作方式1 MOV TH0, #3CH ;置T0定时初值50mS MOV TL0, #0B0H SETB TR0 ;启动T0

22、CLR EALOOP: MOV R2,#20 ;置1S计数初值 50mS*20=1S MOV R3,#20 ;红灯20S MOV SECOND1,#25 ;东西秒显示初值25S MOV SECOND2,#25 ;南北秒显示初值25S LCALL DISPLAY LCALL STATE1 ;调用状态1WAIT1: JNB TF0,WAIT1 ;查询50mS到否 CLR TF0 MOV TH0, #3CH ;恢复T0定时初值50mS MOV TL0, #0B0H SETB TR0 ;启动T0 DJNZ R2,WAIT1 ;判1S到否?未到继续状态1 MOV R2,#20 ;置50mS计数初值 10

23、 DEC SECOND1 ;东西秒显示减一 DEC SECOND2 ;南北秒显示减一 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT1 ;状态1维持20S;* MOV R2,#5 ;置50mS计数初值 5*4=20 MOV R3,#3 ;绿灯闪3S MOV R4,#4 ;闪烁间隔200mS MOV SECOND1,#5 ;东西秒显示初值5S MOV SECOND2,#5 ;南北秒显示初值5S LCALL DISPLAYWAIT2: LCALL STATE2 ;调用状态2 JNB TF0,WAIT2 ;查询50mS到否 CLR TF0 MOV TH0, #3CH ;恢复T0定时初值50mS

24、 MOV TL0, #0B0H DJNZ R4,WAIT2 ;判200mS到否?未到继续状态2 CPL LED_G1 ;东西绿灯闪 MOV R4,#4 ;闪烁间隔200mS DJNZ R2,WAIT2 ;判1S到否?未到继续状态2 MOV R2,#5 ;置50mS计数初值 DEC SECOND1 ;东西秒显示减一 DEC SECOND2 ;南北秒显示减一 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT2 ;状态2维持3S;* MOV R2,#20 ;置50mS计数初值 MOV R3,#2 ;黄灯2S MOV SECOND1,#2 ;东西秒显示初值2S MOV SECOND2,#2 ;南北秒显示初值2S LCALL DISPLAYWAIT3: LCALL STATE3 ;调用状态3 JNB TF0,WAIT3 ;查询30mS到否 CLR TF0 MOV TH0, #3CH ;恢复T0定时初值50mS MOV TL0, #0B0H DJNZ R2,WAIT3 ;判1S到否?未到继续状态3 MOV R2,#20 ;置50mS计数初值 11 DEC SECOND1 ;东西秒显示减一 DEC SECOND2 ;南北秒显示减一 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT3 ;状态3维持2S;*