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1、单片机原理及接口技术实验报告任课教师 班级 姓名 日期 实验一 构建单片机最小系统和实验环境熟悉一、单片机最小系统的组成原理图二、单片机的工作原理：1. 运算器运算器包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP、程序状态字寄存器PSW、十进制调整电路等。它能实现数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送操作。（1） 算术逻辑单元ALU ALU在控制器根据指令发出的内部信号控制下，对8位二进制数据进行加、减、乘、除运算和逻辑与、或、非、异或、清零等运算。它具有很强的判跳、转移、丰富的数据传送、提供存放中间结果以及常用数据寄存器的功能。MCS-51中位处理具有位处理功能，特别适用
2、于实时逻辑控制。（2）累加器ACC累加器ACC是8位寄存器，是最常用的专用寄存器，它既可存放操作数，又可存放运算的中间结果。MCS51系列单片机中许多指令的操作数来自累加器ACC。累加器非常繁忙，在与外部存储器或I/O接口进行数据传送时，都要经过A来完成。（3）寄存器B寄存器B是8位寄存器，主要用于乘、除运算。乘法运算时，B中存放乘数，乘法操作后，高8位结果存于B寄存器中。除法运算时，B中存放除数，除法操作后，余数存于寄存器B中。寄存器B也可作为一般的寄存器用。（4）程序状态字PSW程序状态字是8位寄存器，用于指示程序运行状态信息。其中有些位是根据程序执行结果由硬件自动设置的，而有些位可由用户
3、通过指令方法设定。PSW中各标志位名称及定义如下：位序D7D6D5D4D3D2D1D0位标志CYACF0RS1RS0OVPCY（PSW.7）：进（借）位标志位，也是位处理器的位累加器C。在加减运算中，若操作结果的最高位有进位或有借位时，CY由硬件自动置1，否则清“0”。在位操作中，CY作为位累加器C使用，参于进行位传送、位与、位或等位操作。另外某些控制转移类指令也会影响CY位状态（第三章讨论）。AC（PSW.6）：辅助进（借）位标志位。在加减运算中，当操作结果的低四位向高四位进位或借位时此标志位由硬件自动置1，否则清“0”。F0（PSW.5）：用户标志位，由用户通过软件设定，决定程序的执行方式
4、。RS1（PSW.4），RS0（PSW.3）：寄存器组选择位。用于设定当前通用寄存器组的组，其对应关系如下：RS1RS0寄存器组R0R7地址00组00007H01组1080FH10组21017H11组3181FHOV（PSW.2）：溢出标志位。它反映运算结果是否溢出，溢出时OV=1；否则OV=0。OV可作为条件转移指令中的条件。PSW.1：未定义位。P（PSW.1）：奇偶标志位。P=1，表示ACC中1的个数为奇数；否则P=0。P也可以作为条件转移指令中的条件。二 、控制器控制器包括定时控制逻辑（时钟电路、复位电路），指令寄存器，指令译码器程序计数器PC，堆栈指针SP，数据指针寄存器DPTR以及
5、信息传送控制部件等。1. 时钟电路MCS51系列单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，一般在XTAL1与XTAL2之间接石英晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，就是单片机的内部时钟电路，如图（A）所示。时钟电路产生的振荡脉冲经过二分频以后，才成为单片机的时钟信号。电容C1和C2为微调电容，可起频率稳定、微调作用，一般取值在530pf之间，常取30pf。晶振的频率范围是1.2MHz12MHz ，典型值取6 MHz。XTAL1接地，XTAL2接外部震荡器，外接信号应是高电平持续时间大于20ns的方波，且脉冲频率应低于12 MHZ。如图（B）所
6、示。 （A）内部时钟电路 （B）外部振荡源2.复位电路对于使用6MHZ的晶振的单片机，复位信号持续时间应超过4s才能完成复位操作。产生复位信号的电路有上电自动复位电路和按键手动复位电路两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，该电路通过电容充电在RST引脚上加了一个高电平完成复位操作。上电自动复位电路如图（a）所示。按键手动复位电路。按键手动复位是通过按键实现人为的复位操作，按键手动复位电路如图（b）所示。复位后内部暂存器的状态如下：PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P3FFHS
7、CON00HIP000000BSBUF不定IE0000000BPCON00000BTMOD00H3.指令寄存器和指令译码器指令寄存器中存放指令代码，CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器，经译码器后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令所指定的操作。4.程序计数器PCPC是一个16位计数器，其内容为单片机将要执行的指令机器码所在存储单元的地址。PC具有自动加1的功能，从而实现程序的顺序执行。由于PC不可寻址的，因此用户无法对它直接进行读写操作，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。PC的寻址范围为64KB，即地址空间为00000FFFFH。5
8、堆栈指针SPSP为8位寄存器，用于指示栈顶单元地址。所谓堆栈是一种数据结构，它只允许在其一端进行数据删除和数据插入操作的线性表。数据写入堆栈叫入栈（PUSH），数据读出堆栈叫出栈（POP）。堆栈的最大特点是“后进先出”的数据操作原则。MCS-51系统复位后，SP初始化为07H。6. 数据指针DPTR数据指针DPTR为16位寄存器，它是MCS51中唯一的一个16位寄存器。编程时，既可按16位寄存器使用，也可作为两个8位寄存器分开使用。DPH 为DPTR的高八位寄存器，DPL 为DPTR的低八位寄存器。DPTR通常在访问外部数据存储器时作为地址指针使用，寻址范围为64KB。三、存储单元数据传输OR
9、G 0000H JMP MAIN ORG 1000H MAIN:MOV R0,#40H MOV R1,#41H MOV R0,#30H MOV R1,#31H MOV 50H,R0 MOV 51H,R1 END由以上观察结果容易看出，程序运行正确。四、思考题在单片机最小系统的构建中，应注意哪些因素？答：EA引脚要接高电平，晶振要离和引脚很近，同时焊接晶振时必须快，否则会烧坏晶振。五、实验总结 本实验我熟悉了单片机的最小系统板的组成部分，了解了各构成单元的工作原理，熟悉Keil C51集成环境软件的安装和使用方法。通过自己对单片机最小系统板的焊接过程，清楚了在焊接过程中需要注意的问题，在存储单元
10、数据传输实验中，我熟悉MCS51汇编指令，汇编非常方便简洁，编程很简单。实验二 跑马灯实验及74HC138译码器一、实验原理 参考实验原理图如下： （跑马灯原理图） 二、流程图二、 实验仿真图三、实验程序ORG 0000H 程序开始 LJMP MAIN 转移到主函数 ORG 0100H MAIN: MOV A,#0feH 主函数MAIN LOOP:MOV P1,A LCALL DELAY 调用子函数DELAY RL A A的内容向左环移1位 MOV P1,A LCALL DELAY JMP LOOP DELAY:MOV R5,#0FFH DELAY子函数 D1:MOV R6,#0FFH D2:
11、 DJNZ R6,D2 DJNZ R5,D1 RET END 四、思考题1、在单片机系统中，74HC138通常用来产生片选信号，请读者考虑一下，应如何处理？答：74HC138是3-8线译码器，有3个管脚， 2个接地，一个高则选中，直接用单片机的I/O即可。 五、实验总结通过本实验进一步熟悉了集成环境软件和熟悉Keil C51集成环境软件的使用方法，本实验中8个指示灯，循环点亮，瞬间只有一个灯亮，跑马灯具有广泛的应用，例如老虎机和彩灯都是这个原理的应用，可见本实验非常实用。实验三 8255控制交通灯实验一、实验原理二、流程图三、 实验仿真图三、实验程序WORK_ADR EQU 0003HPA_A
12、DR EQU 0000HORG 0000HLJMP MAINORG 1000HMAIN: MOV SP,#30H MOV DPTR,#WORK_ADR MOV A,#80H ;PA口工作在方式零，且为输出状态 MOVX DPTR,A MOV A,#09H MOV DPTR,#PA_ADR MOVX DPTR,A ;东西南北初始化均为红灯LCALL DELAY1LOOP: CLR A MOV DPTR,#PA_ADR ;南北红灯，东西绿灯 MOV A,#21H MOVX DPTR,A LCALL DELAY1 MOV R3,#3 ;南北红灯，东西黄灯闪烁三次LOOP1: MOV A,#11H MOVX DPTR,A CALL DELAY2 MOV A,#01H MOVX DPTR,A CALL DELAY2 DJNZ R3,LOOP1 ;LCALL DELAY1 MOV A,#0CH ;东西红灯，南北绿灯 MOVX DPTR,A LCALL DELAY1 MOV R3,#3 ;东西红灯，南北黄灯闪烁三次LOOP2: MOV A,#08H MOVX DPTR,A CALL DELAY2 MOV A,#0AH MOVX DPTR,A CALL DELAY2 DJNZ R3,LOOP2 LJMP LOOPDEL
