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磁胡
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1 单片机原理及应用实验指导书机械工程分院龚民

2 目录第一部分实验系统的组成和结构第二部分 Keil C 软件使用说明第三部分单项实验实验一熟悉实验系统及 51 指令练习实验二汇编语言程序设计练习实验三 MCS-51 内部接口实验实验四 MCS-51 外部接口实验实验五综合实验

第一部分实验系统的组成和结构本实验系统完成 MCS-51 单片机原理与应用的一系列实验, 其中包括三个部分 :Keil C51 软件 M CS-51 系列单片机实验挂箱中的各种接口模块 ( 如图 1) 可以仿真 MCS51 系列 CPU 工作方式, 调试试验程序和应用程序 Keil 通信 MCS-51 系接口仿真软件列单片机模块图 1 系统组成第二部分 Keil C

3 第一部分实验系统的组成和结构本实验系统完成 MCS-51 单片机原理与应用的一系列实验, 其中包括三个部分 :Keil C51 软件 M CS-51 系列单片机实验挂箱中的各种接口模块 ( 如图 1) 可以仿真 MCS51 系列 CPU 工作方式, 调试试验程序和应用程序 Keil 通信 MCS-51 系接口仿真软件列单片机模块图 1 系统组成第二部分 Keil C 软件使用说明 Keil C51 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一, 它集编辑, 编译, 仿真于一体, 支持汇编 PLM 语言和 C 语言的程序设计, 界面友好, 易学易用下面介绍 Keil C51 软件的使用方法 : 进入 Keil C51 后, 屏幕如下图 2 所示几秒钟后出现编辑界面 ( 图 3 所示 ) 图 2 启动 Keil C51 时的屏幕图 3 进入 Keil C51 后的编辑界面 1

$在弹出的下拉菜单中选中 New Project 选项 ( 图 4) 图 4 Project 菜单 2) 然后选择你要保存的路径, 输入工程文件的名字, 比如保存到 D:\C51 目录里, 工程文件的名字为 C51$ 图 5 所示, 然后点击保存.

4 学习程序设计语言学习某种程序软件, 最好的方法是直接操作实践下面通过简单的编程调试, 引导大家学习 Keil C51 软件的基本使用方法和基本的调试技巧 1) 建立一个新工程单击 Project 菜单, 在弹出的下拉菜单中选中 New Project 选项 ( 图 4) 图 4 Project 菜单 2) 然后选择你要保存的路径, 输入工程文件的名字, 比如保存到 D:\C51 目录里, 工程文件的名字为 C51 图 5 所示, 然后点击保存. 图 5 Create New Project 3) 这时会弹出一个对话框, 要求你选择单片机的型号, 你可以根据你使用的单片机来选择,keil c51 几乎支持所有的 51 核的单片机, 我这里还是以大家用的比较多的 Atmel 的 89C51 来说明, 如图 6 所示, 选择 AT89C51 之后, 右边栏是对这个单片机的基本的说明, 然后点击确定. 图 6 Select Device 2

5 4) 完成上一步骤后, 屏幕如图 7 所示. 图 7 建成一个工程后的窗口到现在为止, 我们还没有编写一句程序, 下面开始编写我们的第一个程序 5) 在图 8 中, 单击 File 菜单, 再在下拉菜单中单击 New 选项新建文件后屏幕如图 9 所示 : 图 8 Fill 菜单建立文件图 9 建成一个文件后的窗口 3

asm) 然后, 单击保存按钮 ( 图 10 所示 ) 图 10 保存对话框 6) 回到编辑界面后, 单击 Target 1 前面的 + 号, 然后在 Source Group 1 上单击右键, 弹出如下菜单 ( 图 11

6 此时光标在编辑窗口里闪烁, 这时可以键入用户的应用程序了, 但这里建议首先保存该空白的文件, 单击菜单上的 File, 在下拉菜单中选中 Save As 选项单击, 屏幕如下图所示, 在文件名栏右侧的编辑框中, 键入欲使用的文件名, 同时, 必须键入正确的扩展名注意, 如果用 C 语言编写程序, 则扩展名为 (.c); 如果用汇编语言编写程序, 则扩展名必须为 (.asm) 然后, 单击保存按钮 ( 图 10 所示 ) 图 10 保存对话框 6) 回到编辑界面后, 单击 Target 1 前面的 + 号, 然后在 Source Group 1 上单击右键, 弹出如下菜单 ( 图 11 所示 ) 图 11 加文件到工程然后单击 Add File to Group Source Group 1 屏幕如图 12 所示选中 Test.c, 然后单击 Add 屏幕好图 13 所示注意到 Source Group 1 文件夹中多了一个子项 Text1.c 了吗? 子项的多少与所增加的源程序的多少相同 4

7 图 12 选择文件图 13 加入文件后的窗口 7) 请输入汇编语言源程序在输入上述程序时,Keil c51 会自动识别关键字, 并以不同的颜色提示用户加以注意, 这样会使用户少犯错误, 有利于提高编程效率程序输入完毕后, 如图 14 所示 5

8 图 14 输入源程序后的窗口 8) 在图 14 中, 单击 Project 菜单, 再在下拉菜单中单击 Built Target 选项 ( 或者使用快捷键 F7), 编译成功后, 再单击 Project 菜单, 在下拉菜单中单击 Start/Stop Debug Session ( 或者使用快捷键 Ctrl+F5), 屏幕图 15 所示图 15 Start/Stop Debug Session 6

9) 调试程序 : 在图 15 中, 单击 Debug 菜单, 在下拉菜单中单击 Go 选项,( 或者使用快捷键 F5), 然后再单击 Debug 菜单, 在下拉菜单中单击 Stop Running 选项 ( 或者使用快捷键 Esc); 再单击 View 菜单, 再在下拉菜单中单击 Serial Windows #1 选项, 就可以看到程序运行后的结果,

9 9) 调试程序 : 在图 15 中, 单击 Debug 菜单, 在下拉菜单中单击 Go 选项,( 或者使用快捷键 F5), 然后再单击 Debug 菜单, 在下拉菜单中单击 Stop Running 选项 ( 或者使用快捷键 Esc); 再单击 View 菜单, 再在下拉菜单中单击 Serial Windows #1 选项, 就可以看到程序运行后的结果, 其结果如图 16 所图 16 程序运行后结果注意上述操作是纯软件的开发过程! 如何使用程序下载器看一看程序运行的结果呢? 10) 单击 Project 菜单, 再在下拉菜单中单击在下图中, 单击 Output 中单击 Create HEX File 选项, 使程序编译后产生 HEX 代码, 供下载器软件使用把程序下载到 AT89S51 单片机中 7

10 第三部分单项实验实验一熟悉实验系统及 51 指令练习一. 实验要求本实验包含三个程序 : 1. 指定存储器中某块的起始地址和长度, 要求能将其内容清零 2. 将给定的一个二进制数转换成二十进制 (BCD) 码 3. 给出一个十六进制数, 将其转换成 ASCⅡ 码值二. 实验目的 1. 熟练运用 Keil 开发软件调试汇编语言程序 2. 掌握存储器读写方法 3. 掌握简单的数值转换算法 4. 了解十六进制数和 ASCⅡ 值的区别三. 实验说明 1. 首先进入 Keil 开发环境, 输入相应的程序, 编译后运行, 查看结果是否正确 2. 程序 1 学生可以了解单片机读写存储器的读写方法, 同时也可以了解单片机编程调试方法, 如何将存储器块的内容置成某固定值 ( 例全填充为 0FFH)? 请修改程序, 完成此操作 3. 程序 2 是计算机中数值的各种表达方法, 这是计算机的基础掌握各种数制之间的转换是一种基本功, 有兴趣的同学可以试试将 BCD 码转换成二进制码 4. 程序 3 主要让是使学生了解数值的 BCD 码和 ASCⅡ 码的区别, 利用查表功能可快速地进行数值转换, 进一步了解数值的各种表达方式要求独立编程, 程序不能完全相同上机调试通过方可获得成绩, 否则按不及格处理, 实验报告的填写, 字迹清晰条理分明不准抄袭雷同! 要求独立思考, 独立撰写! 四. 程序框图设置块起始地址. 设置块长度. 当前地址内容清零地址加 1 no 是否清除完? yes 结束图 17 清存储器流程图 8

11 给出要转换的二进制数将数除以 100, 得百位数保存百位数将余数再除以 10, 得十位数保存十位数余数为个位数, 将其保存结束图 18 二进制数转换成二十进制 (BCD) 码流程图给出要转换数 BCD 码取出 BCD 码高四位查表得到 ASCⅡ 保存高位码 ASCⅡ 取出 BCD 码低四位查表得到 ASCⅡ 码保存低位 ASCⅡ 码结束图 19 十六进制数转换 ASCⅡ 码流程图 9

12 实验二汇编语言程序设计练习一. 实验要求本实验包含三个程序 : 1. 将指定源地址和长度的存储块移到指定目标位置 2. 在多分支结构的程序中, 能够按调用号执行相应的功能, 完成指定操作 3. 给出一组随机数, 将此组数据排序, 使之成为有序排列二. 实验目的 1. 掌握内存块的移动方法 2. 了解程序的多分支结构掌握多分支结构程序的编程方法 3. 了解数据排序的简单算法三. 实验说明 1. 块移动是计算机常用操作之一, 多用于大量的数据复制和图象操作本程序是给出起始地址, 用地址加 1 方法移动块, 请思考给出块结束地址, 用地址减 1 方法移动块的算法另外, 若源块地址和目标块地址有重叠, 该如何避免? 2. 多分支结构是程序中常见的结构, 若给出调用号来调用子程序, 一般用查表方法, 查到子程序的地址, 转到相应子程序 3. 有序的数列更有利于查找本程序用的是冒泡排序法, 算法是将一个数与后面的数相比较, 如果比后面的数大, 则交换, 如此将所有的数比较一便后, 最大的数就会在数列的最后面再进行下一轮比较, 找出第二大数据, 直到全部数据有序要求独立编程, 程序不能完全相同上机调试通过方可获得成绩, 否则按不及格处理, 实验报告的填写, 字迹清晰条理分明不准抄袭雷同! 要求独立思考, 独立撰写! 四. 程序框图设置块的源地址设置块的目标地址设置移动长度从源地址取数保存到目标地址中源地址加 1 目标地址加 1 是否移动完? 否结束是图 20 内存块的移动流程图 10

13 设置调用号根据调用号查表得到跳转地址跳转到相应程序段结束图 21 分支结构程序流程图开始设置数据地址设置数据区长度清除交换标志当前地址取数 A 地址加 1 当前地址取数 B A<=B? 是否数据比较完否设置交换标志是全部有序否? 否交换 A,B 数位置结束是图 22 数据排序流程图 11

14 实验三 MCS-51 内部接口实验一. 实验要求本实验包含三部分内容 : ( 一 )P1 口输入输出实验 1. p1 口做输出口, 接八只发光二极管, 编写程序, 使发光二极管循环点亮 2. P1 口既做输入又做输出, 将两个开关的状态在四个发光二极管上显示出来 ( 二 ) 外部中断实验用单次脉冲申请中断, 在中断处理程序中对输出信号进行反转 ( 三 ) 定时器实验用 8031 内部定时器, 每 0.1 秒钟 T1 溢出中断一次 P1 口的 P1.0~P1.7 分别接发光二极管的 L1~ L8 要求编写程序模拟一循环彩灯二. 实验目的 1. 掌握 p1 口的使用方法和延时子程序的编写及使用 2. 进一步学习多分支结构程序的编程方法 3. 学习外部中断技术的基本使用及中断处理程序的编程方法 4. 学习 8031 内部计数器的使用和编程方法, 掌握中断处理程序的编写方法三. 实验说明 ( 一 )P1 口输入输出实验 1. 连线 :P1.0~P1.7 接发光二极管 L1~L8( 见图 23) P1 口为准双向口,P1 口的每一位都能独立地定义为输入位或输出位作为输入位时, 必须向锁存器相应位写入 1, 该位才能作为输入为使发光二极管循环点亮, 需要有一定的延时, 现常用的有两种方法, 一是用定时器中断来实现, 一是用指令循环来实现在系统时间允许的情况下可以采用后一种方法本实验系统晶振为 6.144MHZ, 则一个机器周期为 us 即 us 现要写一个延时 0.1s 的程序, 可大致写出如下 : MOV R7,#X (1) DEL1:MOV R6,#200 (2) DEL2:DJNZ R6,DEL2 (3) DJNZ R7,DEL1 (4) RET 上面 MOV DJNZ 指令均需两个机器周期, 所以每执行一条指令需要 us, 现求出 X 值 : X( )=0.1 10⁶ 指令 (1) 指令 (2) 指令 (3) 指令 (4) 所需时间所需时间所需时间所需时间 X=(0.1 10⁶ )/( )=127D=7FH 经计算得 X=127 代入上式可知实际延时时间约为 s, 已经很精确了 12

15 图 23 CPU 的 P1 口与 LED 连接 2. 平推开关的输出 K1 接 P1.0;K2 接 P1.1; 发光二极管的输入 L1 接 P1.2;L2 接 P1.3;L5 接 P1.4; L6 接 P1.5( 如图 24) 图 24 P1 口与开关及 LED 连接程序运行后输入与输出的关系如下 : K1 K2 LED5 LED6 LED7 LED8 开关灭灭亮亮关开亮亮灭灭开开亮亮亮亮关关灭灭灭灭 ( 二 ) 中断服务程序的关键是 : INT0(P32) 端接单次脉冲发生器 P1.0 接 LED 灯, 以查看信号反转 ( 见图 25) 图 25 中断实验连线 1. 学习中断处理程序的编程方法 2. 必须在中断程序中设定是否允许中断重入, 即设置 EX0 位 3. 一般中断程序进入时应保护 PSW ACC 以及中断服务程序使用的寄存器 ( 三 ) 定时器实验由 8031 内部定时器 1 按方式 1 工作, 即作为 16 位定时器使用, 每 0.1 秒钟 T1 溢出中断一次 P1 口 13

16 的 P1.0~P1.7 分别接发光二极管的 L1~L8 要求编写程序模拟一循环彩灯彩灯变化花样可自行设计例程给出的变化花样为 : 1 L1 L2 L8 依次点亮 ; 2 L1 L2 L8 依次熄灭 ; 3 L1 L2 L8 全亮全灭各时序间隔为 0.5 秒让发光二极管按以上规律循环显示下去学生可以任选一个变化花样四. 程序流程图开始设置初始值设移位次数数据输出左移一位延时是移位次数完成? 否图 26 p1 口控制八只发光二极管循环点亮流程图开始置 P1.0,P1.1 为 1 读 P1 口送 A 累加器保留最低两位, 去掉高六位判断 A 累加器 =0,1,2,3? =0 =1 =2 =3 03H P1 0FH P1 33H P1 3FH P1 调用延时子程序图 27 P1 口既做输入又做输出 14

17 开始中断入口设置初始状态保护现场设置中断控制寄存器状态位取反状态位输出中断允许恢复现场等待中断中断返回图 28a INT0 初始化图 28b INT0 中断服务程序开始设置 T1 工作方式中断入口设置 T1 计数初值保护现场开 T1 中断调用小灯亮子程序 00 A 或 01 A 小灯亮的方式送 P1 口 1 TR1 启动计重设设置 T1 计数初值等待中断中断返回图 29a 定时器初始化图 29b 定时器中断服务程序 15

18 实验四 MCS-51 外部接口实验一. 实验要求本实验包含三部分内容 : ( 一 ) 利用 74LS244 做为输入口, 读取开关状态, 并将此状态通过发光二极管显示出来 ( 二 ) 利用 8255A 可编程并行接口芯片, 重复 ( 一 ) 的内容实验可用 B 通道作为开关量输入口,A 通道作为显示输出口二. 实验目的 1. 学习在单片机系统中扩展简单 I/O 口的方法 2. 学习数据输入, 输出程序的编制方法 3. 了解 8255A 芯片的结构及编程方法 4. 掌握通过 8255A 并行口读取开关数据的方法三. 实验原理及说明 ( 一 ) 利用 74LS244 输入 MCS-51 外部扩展空间很大, 但数据总线口和控制信号线的负载能力是有限的若需要扩展的芯片较多, 则 MCS-51 总线口的负载过重,74LS244 是一个扩展输入口, 同时也是一个单向驱动器, 以减轻总线口的负担程序中可以加一段延时程序, 以减少总线口读写的频繁程度延时时间约为 0.01 秒, 不会影响显示的稳定实验原理图 : 图 30 74LS244 和 74LS273 实验连线图实验步骤 : 1. 74LS244 的 IN0~IN7 接开关的 K1~K8, 片选信号 CS244 接 CS LS273 的 O0~O7 接发光二极管的 L1~L8, 片选信号 CS273 接 CS2 16

19 3. 编程全速执行 4. 拨动开关 K1~K8, 观察发光二极管状态的变化 ( 二 ) 利用 8255A 可编程并行接口芯片输入输出设置好 8255A 各端口的工作模式实验中应当使三个端口都工作于方式 0, 并使 A 口为输出口,B 口为输入口 8255A 的 PA0~PA7 接发光二极管 L1~L8;PB0~PB7 接开关 K1~K8; 片选信号 8255CS 接 CS0 四. 程序流程图图 A 实验原理图开始开始设置端口地址 8255 初始化从 74LS244 读开关的状态从 8255 B 口读开关的状态用 74LS273 显示开关的用 8255 A 口显示开关的状态延时 0.01 秒延时 0.01 秒图 32 74LS244 做输出端口流程图图 A 做输出端口流程图 17

20 实验五综合实验一. 实验要求通过 8255A 的 PA 口输出段码,PB 口输出位码编程动态显示二. 实验目的 1. 复习巩固 8255 接口芯片的应用 2. 掌握八段数码管的使用方法, 及动态显示的编程方法三. 实验原理及说明实验连线 :PA0~PA7 接 A~DP,PB0~PB7 接 SLED1~SLED8, 用跳线帽选择 8255 的片选信号 CS0 四. 程序流程图图 A 控制八段数码管显示原理图 A 控制八段数码管显示程序流程 18

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