单片机原理实验V2资料教程

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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*单片机原理实验 李艳生 湖北师范学院物电学院 Version2.0目 录 引 言 基本要求 实验报告 实验内容 操作考试 硬件结构 总线结构 存 储 器 指令系统 最小系统 实验方式 实验环境 结 语 实验一 流水灯 实验二 转向灯 实验三 中 断 实验四 定时器 实验五 串 口 实验六 数字钟 实验七 总 线2基本要求 必带单片机理论教材 必做预习报告 严禁带早餐进实验室 实验过程中，爱护仪器设备 实验过程中，不能把垃圾丢到抽屉里 实验完毕时，整理好实验仪器，关好计算机3嵌入式系统 IEEE定义： 嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器

2、和设备运行的装置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants） 。 国内定义： 以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。5处理器 微控制器(MCU Micro Controller Unit) 微处理器(MPU Micro Processor Unit) 数字信号处理器(DSP Digital Signal Processor) 图形处理器(GPU Graphics Proc

3、essing Unit)6MCU8位32位78MPUARMX869DSP5000600010GPU电脑手机11开发模式 直接在硬件平台上开发应用程序 在硬件平台移植操作系统，然后在操作系统平台开发应用程序MMU: Memory Management Unit12嵌入式操作系统 ucLinux ucOS Windows CE Linux Android VxWorks13应用领域 安防应用 工业应用 计算机及周边 能源 运输和汽车电子 视频和影像 通信与电信 消费电子 医疗电子 航空航天 军事14手机结构图15电脑结构图16电视结构图17硬盘驱动器框图18智能仪表框图19嵌入式计算框图20数码相

4、机框图21网络平台框图22RFID 阅读器23便携式数据终端24台式计算机25笔记本电脑26服务器27打印机28无线鼠标29以太网交换机30变电站控制31车用信息娱乐32汽车门禁系统33汽车仪表板34汽车车身控制器35车用视觉控制36E-bike37微波炉38洗衣机39电冰箱40移动互联网41物联网42实验报告43实验内容 实验一 流水灯(P1口输出实验) 实验二 转向灯(P1口输入实验) 实验三 中断实验 实验四 定时器实验 实验五 串口实验 实验六 数字钟实验 实验七 总线实验44操作考试选择算法：题号 = (学号的最后2位 + 随机数) MOD 5 + 1现场提问，根据回答情况给出考试成

5、绩45开放考试 自主选择一个综合型题目（如数字温度计，数字电压表），题目不限。 要求用Proteus设计电路、仿真及PCB制板。 不能完全照搬别人的设计，原理、电路、程序要有自已的特色。 提交可仿真的电路及程序，以学号姓名命名文件夹，报告用论文格式写作，并用A4纸打印提交。报告模板46硬件结构微型计算机的基本组成 47硬件结构MCS-51单片机的基本组成哈佛结构冯诺伊曼结构CISCRISC时钟电路4KROM程序存储器256BRAM数据存储器2X16位定时/计数器CPU处理器64KB总线扩展控制器可编程I/O端口P0-3可编程串行口48MCS-51单片机的引脚配置图P1P2P3P049总线结构地

6、址锁存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCC P0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2P0.450存 储 器MCS-51单片机片内ROM4K片内RAM256B片外RAM64K片外ROM64K数据存储器地址空间 程序存储器地址空间 I/O系统地址空间51存 储 器

7、特殊功能寄存器00H 1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H 特殊功能寄存器中位寻址外部ROM内部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外 部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH工作寄存器区位寻址区通用RAM区520区工作寄存器区结构图RAM地址07H06H05H04H03H02H01H00H53片内 RAM（20H-2FH）中的位寻址区2FH20H字节地址位地址5455单片机复位后特殊功能寄存器的状态特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTM

8、OD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUFBIP00000BSCON00HIE000000BPCON0B56指令系统操作码操作码操作数或操作数地址操作数或操作数地址操作码：定义指令功能，详细信息查找指令表操作数：定义操作对象(输入输出数据)，由寻址方式指定数学中函数三要素：定义域，值域，对应法则指令系统： 源操作数，目的操作数，操作码C语言函数：输入参数，返加参数，函数体CISCRISC57寻址方式 单片机共有7种寻址方式，111条指令:1 立即寻址2 直接寻址3 寄存器寻址4 寄存器间接

9、寻址5 变址寻址6 相对寻址7 位寻址5859最小系统60自制实验系统成本：20元左右61STC89C51RC CPU62USB 下载线6322.1184MHz晶振6422pf瓷片电容6510uf电解电容66电阻67Led68Button69面包板70EDA71实验方式 单片机开发板硬件实验 Proteus 软件仿真实验72实验环境 Proteus -电路设计、仿真、制板软件 Keil - 汇编、C语言集成开发环境 STC-ISP -下载工具73Proteus ISIS74Proteus ARES75Keil76ISP77实验一 流水灯实验 内容：P1口接8个LED D1-D8用循环延时实现流

10、水灯 要求： 熟悉P1口作输出口的原理与方法。 掌握循环延时，并能计算延时时间。78P1口的位结构图D Q 锁存器CL /QP1.x引脚Vcc读锁存器读引脚内部总线写锁存器内部上拉电阻上拉电阻三态门79电子设计 绘制原理图 规划电路板 生成网络表及选择元件封装 设置参数(板层数，布局参数，布线参数) 布局(自动布局与手动布局) 布线(自动布线与手动布线) 文件保存及输出(导出Gerber RS274X文件)80思考题 用C语言实现流水灯，如何计算延时时间？ 当LED数量远多于接口数量时（如50, 100, 1000个LED），如何实现流水灯?81实验二 转向灯 内容：P3口接2个按键输入K1,

11、K2，P1口接1个数码管S1输出显示，K1按下S1显示”L”, K2按下S1显示“R”。 要求： 熟悉P3口作输入口的原理及方法。 掌握数码管的结构、原理及使用方法。 掌握按键去抖动的原理及方法。82P3口的位结构图D Q 锁存器CL /QP3.x引脚替代输出功能读锁存器读引脚内部总线写锁存器MUX (地址/数据=0)Vcc上拉电阻替代输入功能83数码管结构与原理共阴极Cathode共阳极Anode84数码管结构与原理85数码管结构与原理字型共阳极代码共阴极代码字型共阳极代码共阴极代码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39

12、H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H灭FFH00H880H7FH86显示设备LED数码管，点阵屏CRTLCDOLED87输入设备KeyKey BoardTouch88思考题 当有多个数码管时，应该如何设计电路？89实验三 中断实验 内容：P1口接8个LED D1-D8实现流水灯，P3.2接1个按键K1用于中断，当K1按下时，D1-D8全亮1秒再返回流水灯中断状态接着执行。 要求： 掌握中断的基本原理。 学会使用中断系统。90中断的概念执行主程序继续执行断点中断请求中断响应执行中断处理中断返回看书借书电话中断是硬软件实现的轮询?中断

13、是处理随机事件理想方法？中断是为了提高CPU的利用率？91中断结构 92中断寄存器 TCON - 定时控制寄存器， IE - 中断允许控制寄存器， IP - 中断优先级控制寄存器， SCON - 串行口控制寄存器。93定时控制寄存器TCON（1）IT0选择外部中断请求0为跳沿触发方式还是电平触发方式： IT0=0，为电平触发方式。 IT0=1，为跳沿触发方式。 可由软件置“1”或清“0”。（2）IE0外部中断请求0的中断请求标志位。 IE0=0，无中断请求。 IE0=1，外部中断0有中断请求。当CPU响应该中断，转向中断服务程序时，由硬件清“0”IE0。94中断允许控制寄存器IE0 禁止，1允

14、许（1）EA：中断允许总控制位（2）ES：串行口中断允许位（3）ET1：定时器/计数器T1的溢出中断允许位（4）EX1：外部中断1中断允许位（5）ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许位（6）EX0：外部中断0中断允许位。95中断优先级控制寄存器（IP） PS： 串行口中断优优先级级控制位。 PT1：定时计时计 数器T1中断优优先级级控制位。 PX1：外部中断1中断优优先级级控制位。 PT0：定时计时计 数器T0中断优优先级级控制位。 PX0：外部中断0中断优优先级级控制位。 注意：单单片机复位后，IP寄存器被清0，所有中断源为为低级级中断。96中断向量表高低优 先 级NMI97中断服务程序

15、设计的步骤（1）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。（2）设置中断优先级寄存器IP。（3）设置中断允许控制寄存器IE。（4）编写中断服务程序，处理中断请求。注：前3条一般放在主程序的初始化程序段中。98中断程序结构ORG 0000HLJMP MAINORG 中断入口地址LJMP INTR ORG XXXXHMAIN：主 程 序INTR：中断服务程序void main()void intr() interrupt 中断类型号 using 工作组寄存器99中断服务程序流程INT： CLR EA；CPU关中断PUSH PSW；现场保护PUSH ACC； SETB EA；CPU开中断中断处理程序段

16、 CLR EA；CPU关中断POP ACC；现场恢复POP PSWSETB EA；CPU开中断RETI；中断返回，恢复断点100操作系统 实时操作系统 分时操作系统 批处理系统 Windows Linux Mac OSX 抢占式内核 非抢占式内核Mac OSXWindows 8Ubuntu101微型嵌入式操作系统 MicroC/OS II (uC/OS II) http:/ 嵌入式实时操作系统uC/OS-II(第2版)源代码行数：5000多行102思考题 中断服务程序与子程序有何异同？ P3.3再接1个按键k2,当k2按下时，LED D1-D8全灭1秒，k1和k2同时按下会有何现象？ 如何实现多于2个的外部中断？103实验四 定时器实验 内容：P1口接8个LED D1-D8，用定时器T0的方式1定时1s实现流水灯，并用示波器检测P3.7是否达到定时1s功能？ 要求： 熟悉定时/计数器的基本原理。 会计算定时器的时间常数。104定时器105定时器106TMODT1控制T0控制M0M1C/TGATEM0M1C/TGATED0D1D2D3D4D5D6D7M1 M0工作方式选择M1 M0C/T