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1、单片机原理与应用实验说明一实验箱介绍LAB8000 为改进型伟福通用微控制器仿真实验系统。仿真实验系统由板上仿真器、实验仪、伟福仿真软件、开关电源构成。实验仪提供强大的逻辑分析、波形输出和程序跟踪功能，可以直观地观察到单片机内部及外部电路工作的波形。1.1系统实验板本实验板提供以下实验电路和模块(1) 逻辑电平输入开关(2) 逻辑电平显示电路(3) 单脉冲电路(4) 扬声器驱动电路(5) 继电器控制电路(6) 逻辑笔电路(7) 1MHz 和 10MHz 时钟脉冲信号。(8) PWM 转换电压电路(9) 模拟量电压(电位器)电路(10) 串口通信实验电路(11) 六位 8 段码 LED 数字显示
2、器(12) 4x6 键盘(13) 存储器(14) 8255 端口扩展电路(15) 模数变换电路，可接入两路模拟量。(16) 数模变换电路，提供 0-5V，-5V+5V，-8V+8V 三路输出(17) 液晶屏显示电路(18) 直流电机实验模块(19) 步进电机实验控制模块(20) 温度传感器实验模块(21) 压力传感器实验模块(22) 红外通讯实验模块(23) 16x16 点阵显示实验模块(24) I2C 总线实验模块(25) SPI 总线实验模块(26) 1-Wire 实验模块(27) 8251A 串行口扩展电路(28) 8253 定时器扩展电路(29) 8259 中断扩展电路(30) 823
3、7 DMA 扩展电路(31) 地址译码输出模块(32) 逻辑分析仪数字采样和可编程数字脉冲信号输出模块(33) 虚拟示波器 1 1.2仿真器系统构成1. 本仿真实验系统具有两种使用方法：（1）有 PC 机，用 PC 机上的集成调试软件驱动板上仿真器进行仿真和实验。（2）无实验仪、无仿真器，仅在 PC 机上采用软件模拟方式进行仿真。2. 实验仪可以直接进行 MCS51 系列实验；升级后可以进行 8088/86 实验和 PIC57 实验；配 EX96C 仿真板，可进行 80C196 的实验；配 ARM 仿真板，可以进行 ARM 实验。也可以根据学校要求设计其它 MCU/CPU 的控制板，进行该 M
4、CU 的实验3. 配备 PC 机集成调试软件，在有系统机的情况下，通过板上仿真器实现 64K 全空间的硬件断点和仿真。4. PC 机和系统机软件具有全集成化仿真环境，中、英文两种界面，软件仿真与硬件仿两种模式，软件仿真可以在无仿真仪的情况下进行。5. 配有 MCS51 系列、80C196 系列和 8088 系列的学生实验指导书，并提供了丰富的实验实例及实验程序，实验程序采用了机器码、汇编、C 等三种语言编写。1.3实验系统组成和结构实验系统可根据教学实践的需要实现 MCS51/MCS196 单片机原理与接口、 8088/8086 微机原理与接口的一系列实验，并在硬件上预留了自主开发实验的空间。
5、对基本实验仅需连少量连接线就可完成，减轻工作量。同时也提供了需较多连线的扩展性实验，以进一步锻炼用户的实践开发能力。此外，系统还为用户提供了强大的软、硬件调试手段。实验系统主机的硬件组成本实验系统主机上有丰富的实验电路模块和灵活的组成方法，既可以和MCS51、MCS96 CPU 也可以和 80888086CPU 组合完成各种实验。本实验仪成功高档通用仿真器所具有的逻辑分析仪、波形发生器和程序跟踪器等强大的分析功能，让学生在做实验时不仅能了解程序的执行过程，更能直观地看到程序运行时的时序或者电路上的信号。(1) 逻辑电平开关电路实验仪上有 8 只开关 K0K7,并有与之相对应的 K0K7 引线孔
6、为逻辑电平输出端。开关向上拨相应插孔输出高电平“1”,向下拨相应插孔输出低电平“0”。图 1： 逻辑电平开关电路 2 (2) LED 电平显示电路图 2： LED 电平显示电路实验仪上装有 8 只发光二极管及相应驱动电路。见图 2，L0-L7 为相应发光二极管驱动信号输入端，该输入端为高电压电平“1”时发光二极管点亮。我们可以通过 P1 口对其直接进行控制，点亮或者熄灭发光二极管。(3) 单脉冲电路单脉冲电路由按键(PULSE) 和去抖动处理组成，每按一次(PULSE) 键 产生一个单脉冲。板上有单脉冲的输出信号插孔，图为“ ”和“ ”，分别为正脉冲和负脉冲。图 3： 单脉冲发生电路(4) 音
7、频放大电路图 4： 音频放大滤波电路(5) 继电器输出电路当控制端电平置高，公共触点与常开端吸合。我们可以将常开端接入一发光二极管，公共端接+5V 电平，通过对控制端进行控制，观察发光二极管的状态。见图 5。图 5： 继电器控制电路 3 (6) 逻辑测量（逻辑笔）电路本实验仪上有逻辑测量电路，如图 11。可用于测量各种电平，其中红灯亮表示高电平，绿灯亮表示低电平。如果两灯同时闪动，表示有脉冲信号；两灯都不亮时，表示浮空（高阻态）。图 7： 逻辑笔电路(7) 脉冲信号 10 MHz 和 1MHz下图是 10MHz 脉冲信号和 1MHz 输出电路。(8) PWM 转换电图 9： PWM 转换电路(
8、9) 可调模拟量输入电路电位器电路用于产生可变的模拟量（0-5V）。图 10： 电位器(10) 串口通信程序实验插孔做串行通信时，如果不需要将 TTL 电平转到 RS232 电平，可直接将 POD51/96 仿真板或 POD8086 仿真板上的 TXD、RXD 与通信对方交叉对接，并且共地即可。单片机与标准的串行设备通信，需要将 TTL 电平转到 RS232 电平或将 RS232 电平转成 TTL 电平。本实验仪提供用户串行通信接口，可以用这两个插孔进行 RS232 通信程序实验，经电平转换后，再通过实验仪的“用户串口”接到 PC 机或其它 RS232 设备，实现数据互传。 4 (11) 六位
9、 LED 数码显示器(12) 46 键盘电路本实验仪的 LED 显示电路和键盘电路如图 1。显示电路和键盘电路可以工作在内驱和外驱两种方式，内驱是用 CPU 总线方式驱动，通过总线读写外部设备的地址来控制显示和读入键盘码。外部驱动方式是直接用 IO 方式驱动八段显示的段码、位码和键盘按键信息，这里的 IO 控制可以用 CPU 的 IO 口来实现控制，也可通过 8255 等 IO 扩展电路来控制。内驱、外驱由板上的拨动开关控制。内驱方式：将拨动开关拨到“内驱”位置，显示和键盘工作于内驱方式 ，显示控制的位码通过总线由 74HC374 输出，经 ULN2003 反向驱动后，做 LED 的位选通信号
10、。位选通信号也可做为键盘列扫描码，键盘扫描的行数据从 74HC245 读回， 374 输出的列扫描码经 245 读入后，用来判断是否有键被按下，以及按下的是什么键。如果没有键按下，由于上拉电阻的作用，经 245 读回的值为高，如果有键按下，374 输出的低电平经过按键被接到 245 的端口上，这样从 245 读回的数据就会有低位，根据 374 输出的列信号和 245 读回的行信号，就可以判断哪个键被按下。LED 显示的段码由另一个 74HC374 输出。键盘和 LED 显示电路的地址译码见图，做键盘和 LED 实验时，需将 KEY/LED CS 接到相应的地址译码上。位码输出地址为 0X002
11、H，段码输出地址为 0X004H，键盘行码读回地址为 0X001H，此处 X 是地址高四位,由 KEY/LED CS 决定。例如将 KEY/LED CS 接到地址译码的 CS0 上，那么位码输出地址就为 08002H，段码输出地址就是 08004H，键盘行码读回地址为 08001H。外驱方式：将拨动开关拨到“外驱”位置，八段显示和键盘工作于外驱方式，八段管的段码控制由输出端口输出到 AH 插孔。G0G5 是八段管的位码，同时也是键盘列扫描信号，IO 口输出的信号一方面可以点亮一位八段管，另一方面向键盘输出列扫描信号。K0K3 是键盘行信号，IO 口可以从这里读到键盘按下的信息，与列扫描一起可以
12、判断是哪个键被按下。 5 路电-12图示显LED及盘键：13(13) 存储器电路本实验仪上有一片 32K 存储器 61256。提供给学生做存储器实验，由于地址译码为 4K 一段，所以只能提供 4K 容量使用，地址从 0000H0FFFH。用 RAM CS 来选择不同的地址段，以适应不同的应用电路。(14) 8255 端口扩展电路 6 图 15：8255 端口扩展电路(15) A/D 转换电路实验仪上有一个 05V 的可调电位器，将可变电压输出端接入 A/D 转换电路的输入端，通过 CPU 软件处理，读进 A/D 转换值，再将转换值送数码管显示。我们可以调节电位器，使之输出不同电压值，通过数码管
13、的显示，检验 A/D 转换正确与否。图 16：A/D 转换电路(16) D/A 转换电路实验仪上提供了 D/A 转换电路如下图所示。我们可以通过软件编程控制 D/A 转换芯片 DAC0832，输出相应电流值，经过采样电路取出模拟量电压值，用电压表测量电压输出端子，读出电压值。 7 图 17： D/A 转换电路(17) 液晶屏显示控制电路液晶显示屏图 18： 液晶屏接口电路(18) 直流电机电路图 19：直流电机/霍尔器件电路 8 (19) 步进电机电路图 20：步进电机驱动电路(20) 温度传感器电路图 21：温度传感器电路(21) 压力传感器电路图 23：压力传感器电路 9 (22) 红外通
14、信电路图 24：红外通信电路(23)1616 LED 点阵电路图 25：LED 点阵电路(24) I2C 总线实验电路图 26：I2C 总线电路 10 (25) 8251A 串行口扩展电路图 27：8251A 串行口扩展电路(27) 8253 定时器/计数器扩展电路图 27：8253 定时器/计数器扩展电路(28) 8259 中断扩展电路 11 图 29：8259 中断扩展电路(29)8237 DMA 扩展电路图 30：8237 DMA 扩展电路(30) 插孔本实验仪上有 MCS51 芯片的 P0P3 端口的插孔，端口功能与 MCS51 芯片一样，P0，P2 既可以当 I/O 口，又可以当总线
15、使用，P3 可以当 I/O 口，也可以工作于第二功能，比如串口，中断，定时，读写等等到。除些之外，板上还提供了 8251 串行通信芯片的管脚插孔，8253 定时器/计数器芯片的管脚插孔，8259 外部中断处理芯片及 8237DMA 芯片的管脚接出插座，在做实验时，将信号接到相关芯片的管脚插孔上即可。(31)地址译码插孔片选号地址范围CS008000H08FFFHCS109000H09FFFHCS20A000H0AFFFHCS30B000H0BFFFHCS40C000H0CFFFHCS50D000H0DFFFHCS60E000H0EFFFHCS70F000H0FFFFH 12 二开发环境介绍关于
16、 WAVE 开发环境的使用请查看实验箱所带伟福仿真器使用说明书。Keil C51 软件的使用教程keil uvision2 C51 软件我们在前面有所介绍，是目前功能最强大的单片机 c 语言集成开发环境，该软件可以从网上搜索下载。下面我们通过图解的方式来 Keil C51 软件的使用教程，学习最简单的，如何输入源程序 新建工程 工程详细设置 源程序编译得到目标代码文件。第一步： 双击 Keil uVision2 的桌面快捷方式（图 1），启动 Keil 集成开发开发软件。软件启动后的界面如图 2 所示。图 1：启动 Keil uVision2 单片机集成开发环境 13 图 2：软件启动后的界面
17、第二步： 新建文本编辑窗。点击工具栏上的新建文件快捷按键，即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗，见图 3 所示。图 3： 新建文本编辑窗第三步：输入源程序。在新的文本编辑窗中输入源程序，可以输入 C 语言程序，也可以输入汇编语言程序，见图 4。 14 图 4：输入源程序第四步：保存源程序。保存文件时必须加上文件的扩展名，如果你使用汇编语言编程，那么保存时文件的扩展名为“.asm”，如果是 C 语言程序，文件的扩展名使用“*.C ”。图 5：保存源程序注：第 3 步和第 4 步之间的顺序可以互换，即可以先输入源程序后保存，也可以先保存后输入源程序。第五步：新建立 Keil 工程。如图 6
18、所示，点击 工程 新建工程 命令，将出现保存对话框（图 7）。 15 图 6：新建工程图 7：保存工程对话框在保存工程对话框中输入你的工程的文件名，Keil 工程默认扩展名为.uv2，工程名称不用输入扩展名（见图 7），一般情况下使工程文件名称和源文件名称相同即可，输入名称后保存，将出现选择设备对话框（图 8），在对话框中选择 CPU 的型号。第六步：选择 CPU 型号。如图 8 所示，为工程选择 CPU 型号，本新建工程选择了 ATMEL公司的 AT89C51 单片机。 16 图 8： 选择 CPU 型号对话框第七步：加入源程序到工程中。在选择好 CPU 型号后，点击确定按钮返回主界面，此时
19、可见到工程管理窗中出现“Target 1”，点击“Target 1”前面的“”号展开下一层的“Source Group 1”文件夹，此时的新工程是空的，“Source Group 1”文件夹中什么文件都没有，必须把刚才输入的源程序加入到工程当中。如图 9 所示，右击工程管理窗中的“Source Group 1”，出现下拉菜单，点击“增加文件到组Source Group 1”命令，将出现添加文件对话框（图 10）。图 9：添加文件到工程命令在添加文件对话框（图 10）中，找到要添加到工程中的源程序文件。注意：在对话框中的文件类型默认为C 源文件 (*.c) ，如果你要添加到工程中的是汇编语言程序
20、，则在文 17 件类型中必须选中“Asm 源文件 (*.a*; *.src) ”， 以*.asm 为扩展名的汇编源程序才会出现在文件列表框中。图 10： 浏览选择 ASM 源程序双击该文件 lich1.asm，即可将该文件添加到工程当中，另外也可以单击 lich1.asm 选中该文件，再点击Add按钮，也可以把文件加入工程中（见图 11）。图 11： 选中 ASM 源程序，加入到工程中点击 Add 按钮后，把文件添加到工程中，此时添加文家对话框并不会自动关闭，而是等待继续添加其他文件，初学者往往以为没有加入成功，再次双击该文件，则会出现图 12 18 对话框，表示该文件不再加入目标。此时此时应
21、该点击“确定”按钮，返回到前一对话框，再点击“关闭”按钮，返回到主界面。图 12：重复加入文件对话框当给工程添加源程序文件成功后，工程管理器中的“Source Group 1”文件夹的前面会出现一个“+”号，单击“+”号，展开文件夹，可以看到 lich1.asm 已经出现在里面，双击即可打开该文件进行编辑修改源程序（见图 13）图 13： 文件成功加入工程第八步：工程目标Target 1属性设置。如下图 14 所示，在工程项目管理窗中的Target 1 文件夹上右击，出现下拉菜单，点击“目标Target 1属性”命令，就进入目标属性设置界面。 19 图 14： 进入工程目标属性设置工程目标Ta
22、rget 1属性设置对话框（图 15）中有 8 个页面，设置的项目繁多复杂，大部分使用默认设置即可，我们主要设置其中的“目标”、“输出”、“调试”三个页面，下面对这三个页面的设置进行详细介绍。1、工程目标属性设置。该页面单片机的晶振频率、存储器等，我们把晶振的频率改为11.0592，频率设置和你实验板上的实际晶振频率相同即可（图 15）。 20 图 15：晶振频率设置2、工程输出设置。该页面设置如下图 16 所示。注意：如果要进行单片机写片实验，则一定要把“E 生成 HEX 文件”选项选中，程序编译后才能生成我们写单片机需要的 HEX 格式目标文件。图 16：工程输出设置如果您没有仿真器或者是
23、仿真芯片：以下 3，4 可跳过不看，直接到第九步。 21 3、工程调试设置。“调试”页面设置如下图 17 所示。该页分为左右两半，左半边是软件仿真设置，而右半边是硬件仿真设置，当你使用软件仿真时，选中左边的“S 使用仿真器”；如果你使用硬件仿真器，那么就按下图所示设置硬件仿真，同时把仿真器连接到你的电脑串口上。图 17：仿真调试设置4、串口设置。串口设置如下图 18 所示。串口号根据你的仿真器实际连接来设置，如你把仿真器接到 COM2，那么就选择 COM2；通信波特率选择 38400 即可。 22 图 18：串口设置第九步：源程序的编译与目标文件的获得至此，我们已经完成了从源程序输入、工程建立
24、、工程详细设置的工作，接下来我们将完成最后的步骤，此时我们可以在文本编辑窗中继续输入或修改我们的源程序，使程序实现我们的目标，在检查程序无误后保存工程。接着如下图 19 所示，点击“构造目标”快捷按钮，进行源程序的编译连接，源程序编译相关的信息会出现在输出窗口中的“构造”页中。下图19 显示编译结果为 0 错误，0 警告，同时产生了目标文件 lich1.hex。如果源程序中有错误，则不能通过编译，错误会在输出窗口中报告出来，双击该错误，就可以定位到源程序的出错行，我们可以对源程序进行反复修改，再编译，直到没有错误为止。注意：每次修改源程序后一定要保存。 23 图 19：源程序的编译编译通过后，
25、我们打开工程文件夹（图 20），可以看到文件夹中有了“lich1.hex”，这就是我们需要的最终目标文件，用编程器（也称烧录器）把该文件写入单片机，单片机就可以实现我们程序的功能了，赶快把目标文件写入单片机，在实验板上看看程序的效果吧。该程序实现单片机闪烁灯，实验板上接在 P1.7 端口上的发光二极管会不停地闪烁。 24 三实验说明3.1 系统的安装和启动1. 仿真开发系统集成调试软件的安装和使用见 WAVE 仿真开发系统使用手册。2. 用配套的 USB 通讯电缆将 PC 机和实验仪相联接。3. 将实验台的电源线与 220V 电源相连。（实验结束后应拔下）4. 打开实验台电源开关，红色电源指示
26、灯亮。5. 打开计算机电源，执行 WAVE 集成调试软件。注意：1. 论是集成电路的插拔、通讯电缆的连接、跳线器的设置还是实验线路的连接，都应确保在断电情况下进行，否则可能造成对设备的损坏。2. 实验线路连接完成后，应仔细检查无误后再接通电源。3.2MCS51 系列单片机实验软件设置WAVE 集成调试环境应设置如下：仿真器型号：伟福 Lab8000 实验仪仿真头型号：MCS51 实验（803132） 25 四实验内容1. 实验一 单片机输入及输出实验(1) 实验要求1) 由于实验学时很少，请提前预习和思考实验内容，将流程图及程序准备好，到实验室进行调试和验证。2) 由于实验室计算机 C 盘和
27、D 盘被保护，所以开始实验前在计算机 E 盘建立自己的文件夹，文件夹最好为英文名称。实验中及时保存自己的源文件。3) 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，每个发光二极管点亮时间为 1 秒；仔细思考，画出程序流程图；编写程序并写清注释；4) P2.0、P2.1 作输入口接两个拨动开关，P1 作输出口，接八个发光二极管，编写程序读取开关状态，根据此状态，改变八个发光二极管的点亮方式（至少两种）。编程时应注意 P2.0、P2.1 作为输入口时应先置 1,才能正确读入值。仔细思考，画出程序流程图；编写程序并写清注释。(2) 实验目的1) 学习单片机的 I/O 口的使用方
28、法；2) 学习延时子程序的编写和使用；3) 学习分支指令的使用。(3) 实验电路及连线连线连接孔 1连接孔 21P1.0L02P1.1L13P1.2L24P1.3L35P1.4L46P1.5L57P1.6L68P1.7L79P2.0S010P2.1S1(4) 实验说明1) 对于 MCS51MCU，P2 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 P2 口用为输入口时，必须先对它置“1”。若不先对它置“1”，读入的数据是不正确的。2) 8051 延时子程序的延时计算问题，需要考虑系统晶振和延时时长，对于较长的延时需要采用多重循环的方式得到。如实验要求发光二极管点亮1 秒，请参考课件上延时 50ms 的例子进行修改 。(5) 实验报告要求在实验报告中详细介绍自己的设计思路、流程图和程序编写过程。 26