電子科技大學(xué)自動化工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)教案匯總（實(shí)驗(yàn)）課程名稱51單片機(jī)原理及應(yīng)用電子科技大學(xué)教務(wù)處制表前言本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書以編譯環(huán)境的操作、程序下載，單片機(jī)自身接口應(yīng)用為核心進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，它們包含：并行接口、定時器、中斷以及串行通訊，另外還對單片機(jī)外圍電路做簡單的擴(kuò)展。其硬件包括ST51/52單片機(jī)、UEST-K1仿真實(shí)驗(yàn)板一塊。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書包含8個實(shí)驗(yàn)，若干例程。涵蓋了8031單片機(jī)的實(shí)時仿真；端口、數(shù)據(jù)/地址總線操作；定時/計(jì)數(shù)器運(yùn)用；鍵盤、LED顯示接口；中斷處理；串行通訊；C語言試驗(yàn)等內(nèi)容。同學(xué)們通過這些實(shí)驗(yàn)，可對MCS-51系列單片機(jī)的一些基本應(yīng)用有所掌握。任何計(jì)算機(jī)原理及程序設(shè)計(jì)語言的學(xué)習(xí)，一般都是通過：看懂并理解別人的程序開始，修改程序并驗(yàn)證修改效果是第二步，然后才能自己編寫程序。通過實(shí)驗(yàn)理解軟硬件工作原理，調(diào)試程序可以理解和驗(yàn)證程序設(shè)計(jì)的正確性，通過仿真調(diào)試可以學(xué)習(xí)產(chǎn)品開發(fā)的過程。顯然本實(shí)驗(yàn)已經(jīng)具備了上面所述的全部功能。至于硬件的設(shè)計(jì)開發(fā)，同學(xué)還應(yīng)當(dāng)學(xué)會使用protel一類電路設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)出自己的應(yīng)用系統(tǒng)。這部分內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)只提供一些經(jīng)典電路作為參考。同學(xué)們還可利用實(shí)驗(yàn)板提供的硬件，編制一些較為復(fù)雜的程序，例如：實(shí)時時鐘+時間初值設(shè)置+鬧鐘設(shè)置+鬧鐘聲響，或者編制一個“計(jì)算器”程序，編寫一個電子琴程序等，作為“課程設(shè)計(jì)”。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書所有實(shí)驗(yàn)程序都是完整的程序，對一般教材上“斷章取義”的程序，不能調(diào)試的程序，無疑是有效的補(bǔ)充。故本實(shí)驗(yàn)板和指導(dǎo)書是單片機(jī)初學(xué)者一個很好的入門向?qū)?。在?shí)驗(yàn)的開發(fā)過程中，許多同學(xué)利用課外活動時間對實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)板作了驗(yàn)證和改進(jìn)。編者在此對這些同學(xué)表示感謝。編者2010年5月第一課單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)方法主要有幾個步驟：1．設(shè)計(jì)電路：根據(jù)系統(tǒng)功能要求，計(jì)劃外圍接口的種類，數(shù)量，以及RAM等。并分配一定的地址。此后選擇需要的芯片，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路圖。細(xì)心檢查電路圖，確認(rèn)無誤后，設(shè)計(jì)電路板。電路板設(shè)計(jì)好后就可送到工廠制作。電路及電路板設(shè)計(jì)常用PROTEL工具軟件，此處不作介紹，但希望同學(xué)們能利用業(yè)余時間自學(xué)，這對你今后找工作或?qū)嶋H工作都有深遠(yuǎn)影響。2．軟件方案設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)功能要求，畫出程序（功能模塊）流程圖。劃定主程序相關(guān)模塊、各中斷服務(wù)程序模塊的功能。計(jì)劃模塊間參數(shù)（變量）的傳遞及共享方法，變量名稱及作用的擬訂。以上各步需作詳細(xì)筆記，以便編寫程序時方便查看。3．軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試：編寫各功能模塊程序，有條件時可直接在仿真機(jī)和電路板上進(jìn)行調(diào)試。第一步先編寫和調(diào)試顯示模塊，正常工作后保存。顯示模塊的成功，會使初學(xué)者提高對余下程序的信心，實(shí)際等于成功一半了。然后可以調(diào)試鍵盤模塊，同時加上顯示模塊，增加幾句臨時語句使按下的鍵值能顯示出來。這兩個模塊成功后保存起來。以后就可以編寫和調(diào)試其他模塊，一塊一塊地添加起來，形成一個完整的程序。4．程序固化：調(diào)試成功的程序，會產(chǎn)生一個“filename.hex”的INTEL十六進(jìn)制格式文件，把這個文件送到“編程器/寫入器”中就可以將其固化到芯片內(nèi)：EPROM、EEPROM、PROM、MCU中。寫入成功后，把芯片從“編程器/寫入器”上取下，再插到電路板上通電運(yùn)行。設(shè)計(jì)基本結(jié)束。此后的工作是考驗(yàn)電路板及程序在現(xiàn)場工作的情況，找出設(shè)計(jì)弱點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。程序的調(diào)試 本實(shí)驗(yàn)利用Keilμvision3作為軟件開發(fā)環(huán)境。該開發(fā)環(huán)境功能強(qiáng)大，代碼編譯效率高，可支持多種器件并支持軟件仿真及在線調(diào)試等功能。 雙擊桌面上的Keil圖標(biāo)，打開軟件界面如下圖所示：點(diǎn)開上端的Project下拉菜單，選中其中的NewProject選項(xiàng)來建立一個新的工程項(xiàng)目。此時會彈出對話框來提示用戶輸入新項(xiàng)目的名稱及保存目錄。填寫完畢后選擇OK，軟件會顯示一系列的公司的產(chǎn)品型號供用戶選擇。選中本項(xiàng)目所使用的單片機(jī)型號：Infineon公司的XC866單片機(jī)，點(diǎn)擊OK，新項(xiàng)目建立并保存到指定地點(diǎn)，然后自動打開一個空白的項(xiàng)目界面。器件的選擇也可以在以后來進(jìn)行修改，可通過Project－Selectdevicefortarget來進(jìn)行設(shè)置。 在空白的項(xiàng)目界面中，選擇File－New，則自動生成一個空白的頁面，在該頁面中可以進(jìn)行程序的輸入。如果使用的是C語言，則需要以.C為后綴保存該文件；如果使用匯編語言編程，文件的后綴應(yīng)為.asm。編寫完畢并保存過后的文件如果要被當(dāng)前工程所使用，必須將其包含進(jìn)來，步驟如下：在Group名上點(diǎn)擊右鍵，在彈出的選項(xiàng)列表中選擇AddFilestoGroup，則剛剛編輯的文件出現(xiàn)在Group下面。這時可以對該程序進(jìn)行編譯、鏈接并生成可執(zhí)行代碼。 對整個編程環(huán)境的設(shè)置可以通過在Target上單擊右鍵，選擇Optionsfortarget來進(jìn)行修改，在彈出的頁面中包含著所有和該工程有關(guān)的設(shè)置項(xiàng)。為了生成可寫入Flash的十六進(jìn)制代碼，需要在OUTPUT選項(xiàng)里選中CreatHEXFiles選項(xiàng)。經(jīng)過編譯和鏈接后，項(xiàng)目文件夾中會出現(xiàn)以HEX為后綴的可執(zhí)行文件。 對新編寫的程序進(jìn)行編譯后，相關(guān)信息會顯示在窗口下端的消息欄內(nèi)。如果程序有誤則需要返回開始步驟進(jìn)行修改，直到提示沒有錯誤為止。程序的固化編譯好的程序可以通過串口寫入到單片機(jī)內(nèi)部，過程如下：將串口線和計(jì)算機(jī)及單片機(jī)的串口連接起來。將開發(fā)板上RS232下端的兩個跳線頭短接，雙擊打開桌面上的STC-ISP.EXE軟件，出現(xiàn)操作界面。選擇單片機(jī)型號STC89C51RC或STC89C52RC。選擇左端的OpenFile按鈕，在選擇框中找到所生成的后綴為HEX的文件，點(diǎn)擊界面下端的Download按鈕，打開試驗(yàn)板電源,觀察信息反饋窗口,如果信息反饋窗口顯示成功,文件被寫入到Flash中。按下復(fù)位按鈕，或重開試驗(yàn)板電源,你的用戶板就可以獨(dú)立工作了。觀察程序運(yùn)行情況，根據(jù)顯示情況對程序進(jìn)行相應(yīng)的修改，直到滿意為止。實(shí)驗(yàn)一認(rèn)識實(shí)驗(yàn)平臺一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．認(rèn)識實(shí)驗(yàn)平臺。2．熟悉KEIL仿真調(diào)試軟件。二、實(shí)驗(yàn)步驟：1、實(shí)驗(yàn)平臺①連接1：EMMIT-S通過DB25孔與計(jì)算機(jī)串口通訊接口相連；②連接2：將電源線的插頭端插入實(shí)驗(yàn)平臺，另一斷接試驗(yàn)電源,紅色端子接電源+5V，黑色（白色）端子接電源地。通電前一定要確認(rèn)沒有接錯。注意：任何情況下都不能將電源的極性接反或接錯電壓，否則將可能損壞實(shí)驗(yàn)平臺。以上連接完成后，打開電源，此時電源指示燈應(yīng)變亮，若指示燈未顯示，請立即切斷電源重新檢查.三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：安裝和學(xué)習(xí)keil開發(fā)環(huán)境1.實(shí)驗(yàn)平臺簡介實(shí)驗(yàn)平臺原使用EMMIT-S51仿真器進(jìn)行仿真試驗(yàn),原來只能在DOS環(huán)境下運(yùn)行（參看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一）。我校03級學(xué)生雷宇同學(xué)將這種仿真器軟件重新編寫，使之可以在keilc51環(huán)境下運(yùn)行。胡學(xué)海，任文偉老師和09級研究生商洪亮，重新改造了試驗(yàn)平臺，實(shí)現(xiàn)了程序的自動在線下載，從而可以無需使用仿真器，直接進(jìn)行編程試驗(yàn)。從此，實(shí)驗(yàn)平臺支持C語言編程，使熟悉C語言的學(xué)生可以更好地發(fā)揮其特長。2.開發(fā)環(huán)境的軟件安裝2.1安裝KeilC51V7.0軟件。(請自行安裝！)2.2安裝STC-ISP-V394文件夾下的“STC-ISP.EXE”3.使用使用keilc，開始時，先應(yīng)當(dāng)建立“project”工程，方法如下：1、點(diǎn)擊主菜單中的“project”，在下拉菜單中選擇“New”，先選擇工作目錄，再取一個工程名稱，點(diǎn)擊“保存”。如下圖：2、保存“工程”后，就需要選擇MCU型號。自動彈出下面窗口按照你使用的MCU進(jìn)行選擇。通?？梢赃x擇Atmel或者Intel公司的89C51/8751，如果作了數(shù)據(jù)線擴(kuò)展，應(yīng)當(dāng)選擇31系列MCU。3、點(diǎn)擊“確定”后，就會回到調(diào)試環(huán)境，下面需要添加你的程序。左側(cè)框內(nèi)出現(xiàn)“Target1”和“SourceGroup1”，用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊，在下拉菜單中選擇“AddfilestoGroup‘SourceGroup1”，然后選擇你已經(jīng)編好的程序。（包括存放的文件夾和文件名）4、編輯和修改你的程序展開“SourceGroup1”，在下一行可以看見你的程序名，雙擊文件名，右邊就會看到你的源程序?？梢灾苯舆M(jìn)行修改，保存。5、編譯你的程序先點(diǎn)擊的左邊1個，屏幕下方會顯示有沒有錯誤。雙擊此框中有錯誤的行，光標(biāo)會自動跳到源文件的對應(yīng)行，修改之。保存，再編譯。如果沒有錯誤了，點(diǎn)擊第2個和3個按鈕進(jìn)行“l(fā)ingk”。（注意：新生成的HEX,OBJ,LST等文件是以“工程名”命名的）6、運(yùn)行你的程序編譯好的程序可以通過串口寫入到單片機(jī)內(nèi)部，過程如下：將串口線和計(jì)算機(jī)及單片機(jī)的串口連接起來。將開發(fā)板上RS232下端的兩個跳線頭短接，雙擊打開桌面上的STC-ISP.EXE軟件，出現(xiàn)操作界面。選擇單片機(jī)型號STC89C51RC或STC89C52RC。選擇左端的OpenFile按鈕，在選擇框中找到所生成的后綴為HEX的文件，點(diǎn)擊界面下端的Download按鈕，打開試驗(yàn)板電源,觀察信息反饋窗口,如果信息反饋窗口顯示成功,文件被寫入到Flash中。按下復(fù)位按鈕，或重開試驗(yàn)板電源,你的用戶板就可以獨(dú)立工作了。觀察程序運(yùn)行情況，根據(jù)顯示情況對程序進(jìn)行相應(yīng)的修改，直到滿意為止。四、實(shí)驗(yàn)步驟：注意：此實(shí)驗(yàn)不能在試驗(yàn)板上表現(xiàn)結(jié)果，只能觀察單片機(jī)內(nèi)存變化。1.進(jìn)入Keil仿真環(huán)境，打開或者輸入下面程序。2.點(diǎn)擊“View”,在下拉菜單中選擇“Memorywindow”，右下角出現(xiàn)存儲器觀察窗口，在“Address”的方框中輸入：“I:0x00”后回車，你將看到片內(nèi)RAM內(nèi)容，單步執(zhí)行程序，觀察地址20H,21H和22H內(nèi)容變化。3.展開PSW，觀察CY的變化。4.自己改變程序，采用多種運(yùn)行方式，體會它的不同之處，觀察運(yùn)行效果。（例如定義：BIT4和BIT5的地址，不大于7FH，觀察20H～2FH中那個地址與它相關(guān)）五、報告要求：1、描述“全速運(yùn)行”、“單步”“跟蹤”、“斷點(diǎn)設(shè)置”的方法、運(yùn)行效果和作用。2、觀察單步運(yùn)行時，指令產(chǎn)生的效果，補(bǔ)充注釋程序中沒有注釋的語句。3、能不能刪除“AJMPLOOP”語句？為什么？4、解釋地址20H和BIT4，BIT1之間的關(guān)系。觀察BIT5變化時，RAM中那個地址內(nèi)容變了？解釋20H～2FH與位地址00～7FH的關(guān)系。寫出BIT5在那個RAM中，第幾位。5、偽指令EQU和BIT在本程序中效果如何？有何不同？六、程序清單：此程序必須用仿真器在keil中相應(yīng)窗口中觀察！在實(shí)驗(yàn)板上沒有顯示！DATA1EQU21HDATA2EQU22HBIT0BIT00BIT1BIT01BIT2BIT02BIT3BIT03BIT4EQU07HBIT5EQU37HORG00H；程序起始地址AJMPMAIN；跳轉(zhuǎn)到主程序入口ORG30H；主程序入口MAIN:MOVSP,40H；定義堆棧棧底MOVDATA1,#11H；將立即數(shù)11H賦給變量DATA1MOVDATA2,#0H；將立即數(shù)0H賦給變量DATA2SETBBIT1SETBBIT2SETBBIT3MOV20H,#0FFHLOOP:CPLBIT2；位變量BIT2置“1”MOVC,BIT1ANLC,/BIT2MOVBIT5,C；注意觀察20H內(nèi)容變化ORLC,BIT3MOVBIT4,A；注意觀察20H內(nèi)容變化SETBBIT0NOPCLRBIT0MOVDATA1,#DATA1；將DATA1作為立即數(shù)賦給變量DATA1INCDATA2；DATA2記錄了循環(huán)次數(shù)MOVA,DATA2CPLAMOVDATA1,AAJMPLOOPEND六、教學(xué)重點(diǎn)及注意事項(xiàng)：1、仿真調(diào)試軟件Keil的使用。2、學(xué)會“位尋址”的一般操作，理解20H～2FH中的“位尋址”，偽指令BIT和EQU的作用。3、老師講解，學(xué)生參看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書附錄中的圖紙，理解試驗(yàn)電路板各部分功能和電路原理。實(shí)驗(yàn)二移位及霓虹燈實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握串口方式0的用法及其相關(guān)指令。2、掌握8位移位寄存器74LS164的結(jié)構(gòu)及使用方法。3、學(xué)習(xí)使用指令：RL、RR、RLC、RRC4、了解霓虹燈的變化原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：●開始實(shí)驗(yàn)前，先將實(shí)驗(yàn)板左邊的跳線S20如下圖所示連接：1、輸入程序并運(yùn)行，觀看“流水”演示。單步執(zhí)行其各條指令，注意每條指令所產(chǎn)生的效果。2、改變DELAY1S程序中的立即數(shù)的值，觀察“流水”速度的變化。3、將演示程序ROTATE子程序的RRC依次改為RLC、RR、RL，觀察現(xiàn)象。4、修改真值表和ROTATE中“移位”指令，使“流水”方向相反。三、實(shí)驗(yàn)原理：1、MCS-51單片機(jī)串口工作模式0：MCS-51單片機(jī)的串口共有4種工作模式，本次實(shí)驗(yàn)所采用的模式0，其余3種方在此處不作介紹。模式0為同步移位寄存器方式，串行數(shù)據(jù)都通過RXD（P3.0）輸入或輸出、TXD（P3.1）端輸出同步移位脈沖，RXD和TXD的波形如圖2-2所示。接收/發(fā)送的8位數(shù)據(jù)，其低位先發(fā)（低位在前）。波特率固定在fosc/12。即：如果晶振為12MHz,則波特率為1MHz。當(dāng)一個數(shù)據(jù)寫入串口發(fā)送緩沖區(qū)SBUF時，串行口自動將此8位數(shù)據(jù)以fosc/12的波特率自動從RXD引腳輸出，同時TXD引腳輸出同步鐘。8位數(shù)據(jù)送完需時8個機(jī)器周期。程序中每次向SBUF送完數(shù)據(jù)后都要延時就是為了等待SBUF將數(shù)據(jù)全部輸出。波特率：每秒傳輸數(shù)據(jù)的位，稱為“BAUD”波特率。即：1波特=1位/秒。單位：BPS1移位寄存器74LS164：移位寄存器74LS164可將串行的輸入數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿械妮敵鰯?shù)據(jù)。它內(nèi)部含有8個串接在一起的觸發(fā)器，作為數(shù)據(jù)寄存器；一個清除端/MR，當(dāng)其為低電平時清除所有觸發(fā)器中的數(shù)據(jù)；一個時鐘腳CLK，當(dāng)/MR為高電平時，CLK端出現(xiàn)一個上升沿則觸發(fā)器中的數(shù)據(jù)依次向后移動一位；數(shù)據(jù)輸入端為A、B，通常都是將它們接在一起作為數(shù)據(jù)輸入端。本實(shí)驗(yàn)中三個74LS164串接在一起，/MR接高電平，CLK由CPU的TXD腳提供，數(shù)據(jù)由CPU的RXD腳給出，每個并行輸出端各串接一個200歐的電阻到發(fā)光二極管LED的陽極，通過串口給它們送出數(shù)據(jù)便可控制各個發(fā)光二極管的“亮”“滅”。串接的電阻用于對LED限流（<20mA）。3、發(fā)光二極管的“共陰”“共陽接法發(fā)光二極管的“共陰”接法是將所有的發(fā)光二極管的陰極接在一起并連接到低電平。這樣，當(dāng)其中某一個管子的陽極上出現(xiàn)高電平時則該管導(dǎo)通發(fā)光。“共陽”接法則與之相反，是將所有發(fā)光二極管的陽極接在一起并連接到高電平。當(dāng)其中某一個管子的陰極上出現(xiàn)低電平時則該管導(dǎo)通發(fā)光。本實(shí)驗(yàn)中的發(fā)光二極管為“共陰”接法，數(shù)據(jù)位為“1”時，LED亮。本實(shí)驗(yàn)是通過單片機(jī)的極管小燈的“亮”“滅”。例如：若我們向74LS164送出的數(shù)據(jù)為80H、80H、80H（100000001000000010000000），則第1、9、17個小燈發(fā)光。然而，實(shí)際生活中我們所看到的各種霓虹燈的變化基本上都是通過利用硬件電路讀取ROM中的真值表來實(shí)現(xiàn)的。這種方法的成本較低，但較之用單片機(jī)控制，則其在變化的復(fù)雜程度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及。霓虹燈的驅(qū)動電路需要將74LS164的并行輸出腳（或ROM）連接一個三極管，（光耦合51系列））三極管再觸發(fā)可控硅，可控硅控制“霓虹燈變壓器”的通斷，使霓虹燈發(fā)光。四總結(jié)單片機(jī)用串口的MODE0進(jìn)行同步方式通訊。此時，RXD和TXD分別發(fā)出數(shù)據(jù)和同步鐘，即：RXD每發(fā)出一位數(shù)據(jù)，TXD就發(fā)出一個同步鐘，接收方利用此同步鐘讀取一位數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)使用3個串接的移位寄存器74LS164作為接收方。74LS164芯片把串行的數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送到發(fā)光二極管。74LS164可以按需要串接多個，單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)一次必須發(fā)夠所需的字節(jié)數(shù)，以便約定的位顯示在約定的位置四實(shí)驗(yàn)步驟1.進(jìn)入keil環(huán)境，建立工程，輸入程序，注意文件擴(kuò)展名為“ASM”并保存到D:你的文件夾中。2.下載程序3.改變跳線，運(yùn)行程序，觀察“霓虹燈”變化五報告要求1、寫出“流水燈“程序或”反流水燈程序“2、推導(dǎo)出例程中延時子程序DELAY1S的延時時間，要求寫出推導(dǎo)過程。注：單片機(jī)晶振頻率為12M，機(jī)器周期1微秒。3為什么每次向串口寄存器送出數(shù)據(jù)后都要延時一段。4、分析指令RRC和RLC中進(jìn)位“C”在程序中的作用。實(shí)驗(yàn)三鍵盤掃描實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握MCS-51單片機(jī)P1口的查詢工作方式。2、學(xué)會單片機(jī)鍵盤的擴(kuò)展方法和軟件處理。1、理解“鍵抖”的含義并掌握其解決方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：編寫程序?qū)崿F(xiàn)：每按一次鍵，LED數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的按鍵值。觀察LED數(shù)碼管顯示情況，體會鍵盤掃描原理。三、實(shí)驗(yàn)步驟：1.輸入（編輯）程序，注意文件擴(kuò)展名為“ASM”并保存到D:\SYBER\BIN目錄。2.進(jìn)入keil環(huán)境，建立工程。3.在“project”中添加你的程序，你編寫的程序，選擇buildtarget對程序進(jìn)行編譯。4.如果提示錯誤語句，應(yīng)立即改正并保存。5.再次編譯“rebuild”程序，直到無錯誤語句。6.固化程序，運(yùn)行程序。7.改變鍵盤掃描程序?yàn)椤爸鹦袙呙琛?，評價兩種程序的優(yōu)缺點(diǎn)。注：“無鍵”判斷的條件，需根據(jù)鍵盤掃描程序返回值決定。四、實(shí)驗(yàn)原理：1、P1口的結(jié)構(gòu)原理I/O口的每位鎖存器均由D觸發(fā)器組成。下面以P1口為例介紹一下它們的原理。在CPU的“寫鎖存器”信號驅(qū)動下，將內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫入鎖存器中。鎖存器的輸出端反饋到內(nèi)部總線上，以響應(yīng)來自CPU的"讀鎖存器"信號，把鎖存器的內(nèi)容讀入內(nèi)部總線上，送CPU處理.而欲使CPU響應(yīng)"讀引腳"信號時，先由CPU向要讀的引腳(如P1.X)的D觸發(fā)器送一個高電平。如圖4-1所示.此時鎖存器D端為高電平,則/Q輸出為低電平，T1截止，引腳對外為高阻，其狀態(tài)由外電路決定。CPU可通過"讀引腳"端將P1.X引腳上的數(shù)據(jù)讀入。2、矩陣式鍵盤接口矩陣式鍵盤由行線和列線組成，如圖3-2所示。本實(shí)驗(yàn)中，行線和列線都連接到P1口。按鍵安裝在行、列的交叉點(diǎn)上。鍵值定義也如圖所示。P1口自帶上拉電阻，因此沒有外接。按鍵的識別方法有掃描法和線反轉(zhuǎn)法.掃描法：單片機(jī)依次令一列為低電平，讀取行值，若行值全“高”則此列無鍵按下，若有低電平的行，表明此列此行有鍵按下。一旦發(fā)現(xiàn)有鍵按下，程序計(jì)算出按下鍵的行列值，并依照定義給ACC賦值。本實(shí)驗(yàn)附錄中就是“掃描”方式，同學(xué)可以仔細(xì)閱讀理解，也可以替代實(shí)驗(yàn)中的KEYSCAN子程序。線反轉(zhuǎn)法：本例中使用的是線反轉(zhuǎn)法,下面介紹它的具體操作步驟:第一步:將行線所接端口清零,讀入列線端口上的數(shù)據(jù),若有低電平的位,該位所對應(yīng)的列上有鍵被按下;第二步:將列線所接端口清零,讀入行線端口上的數(shù)據(jù),若有低電平的位,則該位所對應(yīng)的行上有鍵被按下;綜合一、二兩步的結(jié)果,可確定按鍵所在的行和列，此后便可按照鍵的定義給ACC賦值。3、“鍵抖”現(xiàn)象通常，按鍵所用開關(guān)基本上都是機(jī)械彈性開關(guān)。均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用。一個電壓信號通過機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程波形如圖3-3所示。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動。抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定。一般為5～10MS。軟件消除“鍵抖”（影響）：在第一次檢測到有鍵被按下時，執(zhí)行一段延時10MS以上的子程序，避開“鍵抖動”期間，然后再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平。若是，則確認(rèn)為真正有鍵按下，此后可進(jìn)行行列的判定。若否，可認(rèn)為無鍵按下，可能是干擾或誤判。五、報告要求：1、畫出下面例程的流程圖2、鍵位和鍵值可以自己改變嗎？3、如果只設(shè)4個鍵，畫出電路示意圖，并描述軟件處理方法。假定4個鍵為：加；減；光標(biāo)左移；光標(biāo)右移。4、解釋“鍵抖”現(xiàn)象極其軟件解決方法5、（選作）編寫一個“掃描法”的鍵盤掃描程序。實(shí)驗(yàn)四數(shù)字顯示實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握7段LED的原理、使用和字符編碼。2、了解二～十進(jìn)制7段譯碼驅(qū)動器74LS47的運(yùn)用。3、了解“動態(tài)顯示”的含義。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、在顯示器上顯示1，2，3，4，5，6，7，82、單步執(zhí)行例程，觀察數(shù)碼管的變化，理解動態(tài)顯示含義。想一想，本例的電路可以作靜態(tài)顯示嗎？為什么？2、修改程序，將顯示的數(shù)據(jù)順序變反，體會“位置碼”和“數(shù)據(jù)”的關(guān)系。3、選作：修改實(shí)驗(yàn)三的顯示程序?yàn)椤岸〞r中斷顯示程序”（參看附錄4－2）三、實(shí)驗(yàn)原理：由圖4-1可以看出，當(dāng)?shù)刂稟14（P2.6）為1時，選中U18的74LS273，此時就可以從P0口送出顯示數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式為：高四位表明顯示位置（由74LS138譯碼，經(jīng)三極管驅(qū)動，連到不同的數(shù)碼管）低四位為要顯示的BCD數(shù)（經(jīng)7447譯碼為7段顯示代碼并送到各數(shù)碼管的相應(yīng)筆畫引腳）。編程時，需按硬件規(guī)定的地址（P2=40H）送出顯示數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)=位置+BCD數(shù)。1、7段LED（LightEmittingDiode)數(shù)碼管我們常常把8位鎖存器的輸出直接連接到LED數(shù)碼管上，此時需用軟件譯碼—把數(shù)字變?yōu)椤岸未a”，然后送到鎖存器，相應(yīng)的字型就可以顯示出來。注意：一般連線D0對應(yīng)筆畫a，D1對應(yīng)筆畫b……，D7對應(yīng)小數(shù)點(diǎn)。軟件譯碼方法可用“查表”法，教材上有介紹。7段LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，分為“共陰”和“共陽”兩種（“共陰”“共陽”原理見實(shí)驗(yàn)二）。表4-1為7段LED常用字型碼。下面我們來看看表4-1中的字符碼是如何產(chǎn)生的。以共陰接法7段LED的“0”～“9”字符為例，如表4-2所示。表3-2無譯碼的“共陰”顯示“段碼表”2、二—十進(jìn)制7段譯碼驅(qū)動器74247（74LS47）74247為硬件譯碼器，輸入端只需直接輸入十進(jìn)制BCD數(shù)0～9，輸出端就可輸出字符的“段碼”。且自帶驅(qū)動，可直接連接數(shù)碼管。其字型見圖4-2。與74247類似功能的集成電路很多，例如74LS46、74LS47、74LS48、74LS49等。四實(shí)驗(yàn)步驟：(參看前面實(shí)驗(yàn))五、報告要求：1、什么是靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示？2、為什么動態(tài)顯示中，每顯示一個數(shù)要延時若干時間？試修改DELAY5MS程序的立即數(shù)觀察運(yùn)行效果，并作記錄。分析延時長好還是延時短好，說明延時量對人眼的視覺影響。3為什么動態(tài)顯示要不斷地進(jìn)行顯示循環(huán)？4畫出顯示程序的原理框圖實(shí)驗(yàn)五定時器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆斩〞r器的使用及初始化方法，掌握定時器中斷的初始化和中斷入口。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用實(shí)驗(yàn)板提供的電路，實(shí)現(xiàn)實(shí)際時鐘功能。本實(shí)驗(yàn)采用50mS中斷一次，中斷服務(wù)程序?qū)ψ兞縈S50加1，當(dāng)20次時為1秒，對秒加1；秒變量到達(dá)60時，對分鐘加1…。三、實(shí)驗(yàn)要求：1.顯示當(dāng)前的時；分；秒2.增加語句，可直接設(shè)定時；分；秒當(dāng)前值，使時鐘更加接近現(xiàn)時。2.參照例程（實(shí)時時鐘顯示），將其修改后令最右邊的兩位數(shù)碼管顯示0.1秒值。提示：每100MS（兩次中斷）改寫一次MS50單元的數(shù)據(jù)，需要增加變量3.將定時設(shè)為10mS中斷，每10MS改寫一次MS50單元的數(shù)據(jù)，中斷計(jì)數(shù)判斷值為100，改后最右邊的兩位數(shù)碼管顯示1％秒精度。4.改用定時器T0替換實(shí)驗(yàn)中的T1，編寫控制字，改寫啟停命令和中斷允許命令，更改中斷入口，實(shí)現(xiàn)相同功能。三、實(shí)驗(yàn)原理：本實(shí)驗(yàn)例程所采用的是定時/記數(shù)器T1，工作方式1；16位記數(shù)；振蕩器為單片機(jī)的12M工作晶振；計(jì)數(shù)頻率為fosc/12=1MHz。定時器T1的中斷服務(wù)程序COUNTER每50mS中斷執(zhí)行一次，每次都對MS50加1，當(dāng)滿20次時，對SECONGD加1，同時清除MS50的計(jì)數(shù)值。當(dāng)SECONGD加到60時，清除SECONGD,MINI加1，….這樣，中斷服務(wù)程序?qū)崟r計(jì)算“時、分、秒”的變化CHDBCD程序把MS50以及秒；分；時轉(zhuǎn)換成BCD數(shù)并送到相應(yīng)顯示緩沖區(qū)備顯。DISPLAY程序把顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管。四、實(shí)驗(yàn)步驟：參看實(shí)驗(yàn)二步驟五、報告要求：1.寫出：改用T0中斷，相應(yīng)的TMOD的控制字和中斷入口地址。2.寫出：定時器初值的計(jì)算方法3.寫出：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的程序編寫思路。（中斷程序和主程序框圖）4.選作1：修改顯示程序，使得每調(diào)用一次顯示一位，依次調(diào)用依次顯示各位；然后由定時器T1,2MS中斷一次，每次中斷服務(wù)就調(diào)用你新編的顯示程序。（參看：實(shí)驗(yàn)四的“定時中斷顯示”部分）5.選作2：調(diào)用鍵盤掃描并能夠修改時鐘初始值。(比較難)實(shí)驗(yàn)六中斷處理實(shí)驗(yàn)零概述：MCS-51系列單片機(jī)具有5個中斷源，當(dāng)要使用某個中斷源時，應(yīng)當(dāng)做一些必要的初始化：①在中斷向量入口地址設(shè)跳轉(zhuǎn)指令；②初始化相關(guān)“源”的中斷方式（INT0，INT1）或數(shù)據(jù)（T0，T1，T2）；③啟動工作開始（T0，T1，T2），允許中斷。④在中斷服務(wù)程序的開始部分要對“現(xiàn)場”進(jìn)行保護(hù)，RETI前需“恢復(fù)現(xiàn)場”。中斷向量表如下：現(xiàn)場保護(hù)方法：⊕PSW;ACC入棧⊕切換寄存器組⊕DPTR；B視情況處理（入棧）恢復(fù)現(xiàn)場方法：⊕反“入棧順序”把棧內(nèi)寄存器出棧。（最后ACC，PSW出棧）⊕中斷返回一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握MCS-51單片機(jī)外部中斷的使用2、學(xué)習(xí)“從引腳輸出方波”的方法3、了解14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻/振蕩器芯片CD4060的用方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.閉合S19對CD4060供電。通過電路板上的J3（P5）跳線選擇4060的輸出，觀察小燈L9的閃爍頻率。運(yùn)行程序1，聽喇叭音調(diào)變化2.閉合S19對CD4060供電。調(diào)試?yán)?，通過中斷服務(wù)程序改變記數(shù)值，輸出不同頻率方波控制喇叭發(fā)聲。三、實(shí)驗(yàn)原理：電路工作原理：外接32768HZ晶體的CD4960芯片產(chǎn)生32768HZ的震蕩頻率，分頻后經(jīng)P5（J3）和P10（J4）提供選擇，送到CPU的INT0引腳。中斷服務(wù)程序通過CPU的T1（P3.5）引腳送出方波，經(jīng)三極管驅(qū)動后送到喇叭，使其發(fā)聲。1.14位二進(jìn)制記數(shù)/分頻/振蕩器CD4060:振蕩/分頻器CD4060是一個振蕩器＋14級分頻器集成電路，其輸出QN端的頻率為其振蕩頻率的1/2N；圖6－1左邊部分是振蕩電路，可由外接電阻和電容構(gòu)成RC振蕩器，也可通過外接晶體構(gòu)成高精度的晶體振蕩器。電路中所接晶體頻率為32768Hz，在普通的電子表中就能夠找到它。此時Q14輸出0.5秒周期的方波。2.電路原理：如圖6-1所示，本實(shí)驗(yàn)電路通過插頭P5、P10將4060的輸出接到CPU的INT0端，提供外部中斷信號。中斷服務(wù)程序通過對INT0引腳上的脈沖記數(shù)（中斷次數(shù)）產(chǎn)生頻率不同的方波。CPU通過P3.5（T1，15腳）輸出頻率不同的方波，通過三極管9014放大，控制喇叭發(fā)出不同的聲音，以便我們觀察效果。3.喇叭上串連了R11（100歐）用于保護(hù)喇叭并使音量不至于太大。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1.運(yùn)行程序1。觀察效果，分析喇叭發(fā)聲的軟件原理和硬件原理。2.改變P5跳線，聽到音調(diào)變化。3.運(yùn)行程序2。改變P5跳線，聽到音調(diào)變化。4.改變對0AH地址的初始送數(shù)，改變VALU的初值，記錄音調(diào)變化趨勢。5.設(shè)置斷點(diǎn)在INT_0:語句前面。把P10(J4)跳線拔下，全速運(yùn)行例程，此時不能進(jìn)入斷點(diǎn)。當(dāng)你插上跳線時，程序進(jìn)入斷點(diǎn)并停止運(yùn)行。說明發(fā)生了中斷。改用定時器中斷（初始化定時器，關(guān)閉外部中斷，允許定時器中斷，改變中斷入口，中斷程序需重裝定時器初值），分析定時器值與喇叭頻率的關(guān)系6.選作：在上一個實(shí)驗(yàn)步驟6基礎(chǔ)上，增加鍵盤掃描，按鍵值不同時，寫入定時器的初值也不同，實(shí)現(xiàn)電子琴功能。提示：定時器初值用DB定義，查表獲得，然后改寫定時器初值變量。中斷程序?qū)⒍〞r器初值變量寫入到定時器。五、報告要求1.注意通過實(shí)驗(yàn)體會，大概多少Hz范圍內(nèi)的音頻我們能感覺到，什么范圍內(nèi)的頻率聽起來比較舒服？2.中斷服務(wù)程序中，為什么要切換寄存器組？作用是什么？3.改用定時器產(chǎn)生中斷，達(dá)到同樣的發(fā)聲效果，寫出定時器中斷的初始化部分，中斷服務(wù)程序4.能否設(shè)置一個樂譜，讓定時器按照樂譜依次更新設(shè)定的定時常數(shù)，從而使喇叭發(fā)出音實(shí)驗(yàn)七串行通訊實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握MCS-51單片機(jī)串口的UART工作方式。2、掌握RS-232C串行接口標(biāo)準(zhǔn)。3、了解RS-232C驅(qū)動集成電路MAX202的使用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1編寫程序，實(shí)現(xiàn)每按一次鍵盤，單片機(jī)發(fā)送：20H，30H，31H，32H，33H，34H，35H，36H，37H，38H，39H一次。速度2400BPS，8位，無校驗(yàn)，停止位12編寫程序，實(shí)現(xiàn)每接收到55H，單片機(jī)發(fā)送：20H，30H，31H，32H，33H，34H，35H，36H，37H，38H，39H一次。速度4800BPS，8位，無校驗(yàn)，停止位1（任選一題）開始實(shí)驗(yàn)前，將實(shí)驗(yàn)板左邊的跳線S20如下圖連接：把電纜插頭的2，3腳相連，自己的發(fā)送數(shù)據(jù)被自己收到。有可能的話，可以用電纜把兩機(jī)對接，連接方法：甲方2腳連乙方3腳，甲方3腳連乙方2腳，甲乙方5腳相連。本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)是雙機(jī)通訊，同時也包括了前面介紹過的鍵盤接口、顯示、中斷處理的內(nèi)容，是一個綜合性實(shí)驗(yàn)。同學(xué)們在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)認(rèn)真理解。三、實(shí)驗(yàn)原理：1、RS-232C接口RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會正式公布的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，也是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通訊。適用于：設(shè)備之間的通訊距離不大于15m，傳輸速率最大為20KB/S。（現(xiàn)已擴(kuò)大范圍）其電平為：+3V─+12V邏輯0-3V─-12V邏輯1表7-1RS232C插座標(biāo)準(zhǔn)2、RS-232C驅(qū)動芯片MAX202由于傳輸電壓為±12V，一般接口芯片多用±12V供電，有時不易獲得此電壓，利用MAX202/232/ICL232，只須提供+5V電壓，配接4個0.1uF的電容即可,它能自動升壓。電路圖參看圖7-1。3、試驗(yàn)電纜：本實(shí)驗(yàn)采用3線連接（0-MODEM方式）。采用9芯插頭電纜兩機(jī)對接。電纜制作如圖7-2所示。雙方2腳3腳連接順序相反；5腳連5腳，自己的7、8腳短路。4、串行口結(jié)構(gòu)和控制MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的串行口有兩個物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖區(qū)SBUF，可同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖區(qū)只能寫入不能讀出，接收緩沖區(qū)只能讀出不能寫入，兩緩沖區(qū)占用同一個地址（99H）。MCS-51單片機(jī)串行口工作由SCON和PCON兩個特殊寄存器控制。對其進(jìn)行初始化設(shè)置后，串行接口將按設(shè)定的方式工作。（2）波特率設(shè)定參看本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書“參考資料”單片機(jī)的控制寄存器5使用方式1或3，晶振12M，可使用時間控制字0F3H。四、實(shí)驗(yàn)步驟：基礎(chǔ)試驗(yàn)：單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)的“超級終端”接收并顯示。注意單片機(jī)必須發(fā)送ASCII碼，否則超級終端不能顯示?；蚴褂么谡{(diào)試器調(diào)試，連接通訊電纜：從試驗(yàn)板RS232插座到計(jì)算機(jī)COM1插座。如果單片機(jī)程序運(yùn)行后，按實(shí)驗(yàn)板上任意鍵，本實(shí)驗(yàn)將在計(jì)算機(jī)“超級終端”顯示數(shù)字0～9。1、輸入下面程序，并在keil環(huán)境中編譯通過。2、在WINDOWS中選擇“開始－程序－附件－通訊－超級終端”建立超級終端按鈕，并輸入名稱。再設(shè)定超級終端屬性：直接電纜連接到通訊口1；波特率2400；8位數(shù)據(jù)；1位停止位；無奇偶效驗(yàn)。然后保存退出。再一次打開，點(diǎn)擊你設(shè)定的按鈕。3、切換到keil環(huán)境，運(yùn)行單片機(jī)程序。再切換到“超級終端”,按下單片機(jī)任意鍵，觀看屏幕顯示情況。4、修改程序和超級終端的設(shè)置：波特率改用4800或9600。5、修改程序，使程序發(fā)送從“A”到“Z”。6、修改程序，使計(jì)算機(jī)上顯示“HELLO”（提示：采用查表輸出，表中數(shù)據(jù)參看本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書附錄中的ASCII碼表）7、選作：每次單片機(jī)按一個鍵就發(fā)送1個數(shù)并在數(shù)碼管上顯示，并將此數(shù)轉(zhuǎn)換成ASCII碼發(fā)送出去。（不用中斷，利用實(shí)驗(yàn)二程序修改，添加串口初始化）8、選作：單片機(jī)接收計(jì)算機(jī)的鍵入數(shù)字，將其顯示在數(shù)碼管上。提示：在上一個選作基礎(chǔ)上，利用串口中斷接收數(shù)據(jù)并將此數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD數(shù)填入顯示緩沖區(qū)。注：超級終端還能將鍵值通過串口發(fā)送出去。五、報告要求：1、回答問題：單片機(jī)異步通訊軟件初始化有那幾個要點(diǎn)？2、為什么說，單片機(jī)通訊時，只要超級終端能收到數(shù)據(jù)，單片機(jī)－單片機(jī)通訊就能實(shí)現(xiàn)？（提示：用此方法驗(yàn)證硬件和程序初始化正確）3、將修改程序（發(fā)送“A～Z”以及“HELLO”）要點(diǎn)和顯示現(xiàn)象加以說明。4、思考題：利用ASCII碼轉(zhuǎn)換，使單片機(jī)發(fā)送內(nèi)容與按鍵名相同，寫出發(fā)送程序。（鍵盤掃描程序略寫，只寫出：“LCALLKEYSCAN”即可。5、設(shè)計(jì)程序：兩臺單片機(jī)直接通訊，要求在一個單片機(jī)按鍵后，鍵值顯示在另一個單片機(jī)數(shù)碼管上。鍵盤掃描和顯示程序用名稱代替，不用抄出。實(shí)驗(yàn)八基于C語言(C51)的鍵盤掃描和移位顯示一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握M