单片机基本原理及其应用实验指导书.doc

\ 单片机原理及应用实验指导书 (电气工程及其自动化专业) 电气工程学院 2016年 8月 前 言 由于单片机具有高可靠性、超小型、低价格、容易产品化等特点，在仪器仪表智能化、实时工业控制、实时数据采集、智能终端、通信设备、导航系统、家用电器等控制应用领域，具有十分广泛的用途。由于目前在国内单片机应用中，MCS-51系列单片机仍然是一种主流单片机，所以本实验指导书为学习MCS-51单片机的学生和广大的工程技术人员，配合《单片机原理》课程的教学，结合一种单片机实验板编写了这本实验指导书。 《单片机原理及应用》是一门实践性很强的课程，提高教学质量的一个重要环节是上机实习和训练，无论是学习汇编语言程序设计，还是学习接口电路和外设与计算机的连接，或者软硬兼施地研制单片机应用系统，不通过加强动手是不能获得预期效果的。本实验指导书提供多个实验的指导性材料，实验项目基本涵盖课程教学大纲的要，项目难易适中。  目 录 一、实验的性质与目的……………………………………………………………..4 二、实验时间分配…………………………………………………………………..4 三、实验的地点选择…………………………………………………………....…..4 四、实验的内容安排与要求·…………………………………………………………….….4 五、注意事项………………………………………………………………………..5 六、实验报告要求…………………………………………………………………..5 七、成绩评定标准（参照模板制定）……………………………………………..5 实验一 IO驱动实验……………………………………………………………6 实验二 计数器实验…………………………………………………………………8 实验三 双机通信实验……………………………………………………………..10 实验四 数码管驱动显示实验……………………………………………………..13 实验五 直流电机控制实验………………………………………………………..15 实验报告格式…………………………………………………………….………..19 一、实验的性质与目的 单片机原理及应用实验，是电气工程及其自动化及相关专业实践性环节系列之一，是学习《单片机原理及应用》课程中完成理论与实际结合的重要部分。 单片机实验过程中，学生通过查阅资料、接口设计、程序设计、安装调试等环节，完成一个基于MCS-51系列单片机，涉及多种资源应用，并具有综合功能的小应用系统设计。使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、调试、相关仪器设备和相关软件的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，加深单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存贮器、I/O接口、串行口等。使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，强化单片机应用电路的设计与分析能力。提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风；培育学生综合运用理论知识解决问题的能力。 二、实验时间分配 实验课程的时间根据学院的二次课表时间进行，具体要求安排如下： 顺 序 内 容 时间（天） 1 利用单片机及8个发光二极管等器件，构成一个流水灯单片机系统 2 2 利用定时器和计数器组成一个测频电路。通过数码管显示 2 3 编写程序，实现单片机的串口同PC机通讯，并能传输相应的字符串； 2 4 利用IO口实现动态扫描数码管，数码管显示“12345678“。 2 5 采用单片机的4个IO口来控制直流电机，编写程序，其中3个IO口驱动电机,另一个IO口控制电机的转动方向。 2 三、实验的地点选择 贵州理工学院第二实验楼 四、实验的内容安排与要求· 实验课程的时间根据学院的二次课表时间进行，具体要求安排如下： 序号 实验项目名称 实验内容 每组人数 实验性质 是否必修 主要仪器名称 1 IO口驱动实验 利用单片机及8个发光二极管等器件，构成一个流水灯单片机系统 2 综合 是 PC机 PROTEUS仿真软件 实验箱ISP下载器 2 计数器实验 利用定时器和计数器组成一个测频电路。通过数码管显示 2 综合 是 PC机 PROTEUS仿真软件 实验箱ISP下载器 3 双机通信实验 编写程序，实现单片机的串口同PC机通讯，并能传输相应的字符串； 2 综合 是 PC机 PROTEUS仿真软件 实验箱ISP下载器 4 数码管驱动显示实验 利用IO口实现动态扫描数码管，数码管显示“12345678“。 2 综合 是 PC机 PROTEUS仿真软件 实验箱ISP下载器 5 直流电机控制实验 采用单片机的4个IO口来控制直流电机，编写程序，其中3个IO口驱动电机,另一个IO口控制电机的转动方向。 2 设计 是 PC机 PROTEUS仿真软件 实验箱ISP下载器 五、注意事项 1、实验前必须按要求预习，充分作好预习，明确实验目的和要求，掌握有关电路的基本原理，查阅相关资料，拟订实验方法和步骤，设计实验数据表格，初步估算实验结果，学好实验预习报告。 2、开始实验前应首先检查所用的仪器设备是否完好。 3、实验中仪器设备如有损坏，应及时报告指导教师，听候处理。 4、实验中必须严格遵守操作规程，不得随意取用其他未经许可或不是本次实验所用的设备。 5、实验完毕，应请指导教师检查实验记录和实验设备，经指导教师许可并将实验器材整理后， 六、实验报告要求 1．要求每次实验后，学生需提交实验报告，将本次实验的内容、采用的方式、步骤、结果写清楚。 2.统一实验报告格式。（参考模板） 七、成绩评定标准（参照模板制定） 每个实验项目的考核环节 考核环节 实验表现 实验结果 实验报告 合计 权重 30 % 30 % 40 % 100% 实验一 IO驱动实验 （一）、实验目的 了解I/O口的电气特性和驱动能力。掌握程序编写的方法。了解LED电路中加入限流电阻的原因。 （二）、实验设备和器件 PC机 一台 PROTEUS仿真软件 一套 实验箱 一台 ISP下载器 一台 51仿真器 一台（可选） （三）、实验内容 1、硬件电路： 图1：8位独立LED 2、硬件连接表 MCU-AT89S52 8位独立LED P00~ P07 D1~ D8 （四）、实验要求 利用单片机及8个发光二极管等器件，构成一个流水灯单片机系统。 （五）、实验步骤 1、打开KEIL安装目录，然后打开目录里的C51文件夹，然后再打开BIN文件夹，将名为OH51.EXE的文件复制到前一级（C51）目录下。 2、汇编程序： 打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后点击源码选择新建工程，出现新固件项目对话框，在系列一栏中选择8051，在控制器一栏选择AT89C52，编译器一栏中选择ASEM—51(Proteus),然后点击确定，新工程创建完成。 C程序： 打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后点击源码选择新建工程，出现新固件项目对话框，在系列一栏中选择8051，在控制器一栏选择AT89C52，编译器一栏中选择Keil for 8051,然后点击确定，新工程创建完成。 3、然后在工程对话框下，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中工程设置，将工程选项下Embed Files后的勾选去掉，然后点击确定完成工程设置。 4、在快捷工具栏中的下拉列菜单Debug /Release/配置选项中，选择Release。 5、汇编程序： 将需要编译的程序代码输入到main.asm文件中，输入好程序代码后，然后在工程中，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中构建工程，编译完成返回LINK/LOCATE RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) 编译成功。表示工程编译成功。 C程序: 将需要编译的程序代码输入到main.c文件中，输入好程序代码后，然后在工程中，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中构建工程，编译完成返回LINK/LOCATE RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) 编译成功。表示工程编译成功。 6、编译成功后，切换到原理图状态下点击运行按纽，可通过人机接口观察程序的仿真结果。 7、连接ISP下载器一端到USB接口，另一端连到目标板。打开实验台电源，参考产品说明书中的ISP下载软件使用方法对程序进行下载。 8、接下来大家就可以按照硬件连接表连线了，然后测试程序，观察实验现象，理解程序，最后自己修改程序提高编程能力。 （六）、实验预习要求 1、单片机最小系统电路构成; 2、I/O口的内部结构; 3、简单程序指令熟悉; （七）、参考程序 由同学在实验之前编写。 （八）、实验现象 烧录程序后上电运行后,第一个 LED灯点亮，然后下一个LED灯点亮，循环往复，构成一个流水灯。 实验二 计数器实验 一、实验目的 掌握定时器，计数器的寄存器设置。 学会定时器中断函数的处理。 二、实验设备和器件 PC机 一台 PROTEUS仿真软件 一套 实验箱 一台 ISP下载器 一台 51仿真器 一台（可选） 三、实验内容 1、硬件电路： 图：8位共阳数码管 2、硬件连接表 MCU-AT89S52 8位共阳数码管 P00~P07 SA~SH P20~P23 C0~C3 P34-频率输入 四、实验要求 利用定时器和计数器组成一个测频电路。通过数码管显示。 五、实验步骤 1、打开KEIL安装目录，然后打开目录里的C51文件夹，然后再打开BIN文件夹，将名为OH51.EXE的文件复制到前一级（C51）目录下。 2、汇编程序： 打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后点击源码选择新建工程，出现新固件项目对话框，在系列一栏中选择8051，在控制器一栏选择AT89C52，编译器一栏中选择ASEM—51(Proteus),然后点击确定，新工程创建完成。 C程序： 打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后点击源码选择新建工程，出现新固件项目对话框，在系列一栏中选择8051，在控制器一栏选择AT89C52，编译器一栏中选择Keil for 8051,然后点击确定，新工程创建完成。 3、然后在工程对话框下，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中工程设置，将工程选项下Embed Files后的勾选去掉，然后点击确定完成工程设置。 4、在快捷工具栏中的下拉列菜单Debug /Release/配置选项中，选择Release。 5、汇编程序： 将需要编译的程序代码输入到main.asm文件中，输入好程序代码后，然后在工程中，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中构建工程，编译完成返回LINK/LOCATE RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) 编译成功。表示工程编译成功。 C程序: 将需要编译的程序代码输入到main.c文件中，输入好程序代码后，然后在工程中，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中构建工程，编译完成返回LINK/LOCATE RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) 编译成功。表示工程编译成功。 6、编译成功后，切换到原理图状态下点击运行按纽，可通过人机接口观察程序的仿真结果。 7、连接ISP下载器一端到USB接口，另一端连到目标板。打开实验台电源，参考产品说明书中的ISP下载软件使用方法对程序进行下载。 8、接下来大家就可以按照硬件连接表连线了，然后测试程序，观察实验现象，理解程序，最后自己修改程序提高编程能力。 六、实验预习要求 1、主要知识点概述： 本实验涉及到三个知识点：定时器/计数器的使用、中断响应以及中断程序。 定时器0工作于计数方式，工作方式1，16位计数 定时器1工作于定时方式，工作方式1，16位定时 定时器1中断服务的书写格式。 2、实验效果说明：数码管显示频率。 七、参考程序 参考程序见光盘 八、实验现象 烧录程序后上电运行，数码管显示频率（因程序只处理了8位数据，固显示范围为（0-256Hz））。 实验三 PC机串口通信实验 一、实验目的 理解用异步串行通信进行RS232通信的原理并能掌握其方法及编程 计算波特率的计数方法； 二、实验设备和器件 PC机 一台 PROTEUS仿真软件 一套 实验箱 一台 ISP下载器 一台 51仿真器 一台（可选） RS232串口线 一条 三、实验内容 1、硬件电路 图：通讯接口 2、硬件连接表 MCU-AT89S52 通讯接口区 通讯接口区 P30 RXD P31 TXD TXD_RS232 Pin2 RXD_RS232 Pin3 注：本实验的波特率为9600 四、实验要求 编写程序，实现单片机的串口同PC机通讯，并能传输相应的字符串； 五、实验步骤 1、打开KEIL安装目录，然后打开目录里的C51文件夹，然后再打开BIN文件夹，将名为OH51.EXE的文件复制到前一级（C51）目录下。 2、汇编程序： 打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后点击源码选择新建工程，出现新固件项目对话框，在系列一栏中选择8051，在控制器一栏选择AT89C52，编译器一栏中选择ASEM—51(Proteus),然后点击确定，新工程创建完成。 C程序： 打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后点击源码选择新建工程，出现新固件项目对话框，在系列一栏中选择8051，在控制器一栏选择AT89C52，编译器一栏中选择Keil for 8051,然后点击确定，新工程创建完成。 3、然后在工程对话框下，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中工程设置，将工程选项下Embed Files后的勾选去掉，然后点击确定完成工程设置。 4、在快捷工具栏中的下拉列菜单Debug /Release/配置选项中，选择Release。 5、汇编程序： 将需要编译的程序代码输入到main.asm文件中，输入好程序代码后，然后在工程中，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中构建工程，编译完成返回LINK/LOCATE RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) 编译成功。表示工程编译成功。 C程序: 将需要编译的程序代码输入到main.c文件中，输入好程序代码后，然后在工程中，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中构建工程，编译完成返回LINK/LOCATE RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) 编译成功。表示工程编译成功。 6、编译成功后，切换到原理图状态下点击运行按纽，可通过人机接口观察程序的仿真结果。 7、连接ISP下载器一端到USB接口，另一端连到目标板。打开实验台电源，参考产品说明书中的ISP下载软件使用方法对程序进行下载。 8、接下来大家就可以按照硬件连接表连线了，然后测试程序，观察实验现象，理解程序，最后自己修改程序提高编程能力。 六、实验预习要求 （1）仔细分析电路原理图 理解UART进行通信的原理并编程; （2）学会使用定时器 掌握波特率的计算方法; 七、参考程序 参考程序见光盘 八、实验现象 烧录程序后上电运行，通过串口软件可接收到单片机发来的信息www.windway.cn! welcome to you! 九、实验思考题 1、使用串口调试助手向单片机发送信息，并且单片机真确收到后返回一信息到PC机上。 1、定时器测量一外部时钟的脉冲宽度。 实验四 数码管驱动显示实验 一、实验目的 了解数码管显示原理；掌握读表程序的编写。 二、实验设备和器件 PC机 一台 PROTEUS仿真软件 一套 实验箱 一台 ISP下载器 一台 51仿真器 一台（可选） 三、实验内容 1、硬件电路 图：8位共阳数码管 2、硬件连接表 MCU-AT89S52 8位共阳数码管 P00~P07 SA~SH P20~P27 C0~C7 四、实验要求 利用IO口实现动态扫描数码管，数码管显示“12345678“。 五、实验步骤 1、打开KEIL安装目录，然后打开目录里的C51文件夹，然后再打开BIN文件夹，将名为OH51.EXE的文件复制到前一级（C51）目录下。 2、汇编程序： 打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后点击源码选择新建工程，出现新固件项目对话框，在系列一栏中选择8051，在控制器一栏选择AT89C52，编译器一栏中选择ASEM—51(Proteus),然后点击确定，新工程创建完成。 C程序： 打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后点击源码选择新建工程，出现新固件项目对话框，在系列一栏中选择8051，在控制器一栏选择AT89C52，编译器一栏中选择Keil for 8051,然后点击确定，新工程创建完成。 3、然后在工程对话框下，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中工程设置，将工程选项下Embed Files后的勾选去掉，然后点击确定完成工程设置。 4、在快捷工具栏中的下拉列菜单Debug /Release/配置选项中，选择Release。 5、汇编程序： 将需要编译的程序代码输入到main.asm文件中，输入好程序代码后，然后在工程中，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中构建工程，编译完成返回LINK/LOCATE RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) 编译成功。表示工程编译成功。 C程序: 将需要编译的程序代码输入到main.c文件中，输入好程序代码后，然后在工程中，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中构建工程，编译完成返回LINK/LOCATE RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) 编译成功。表示工程编译成功。 6、编译成功后，切换到原理图状态下点击运行按纽，可通过人机接口观察程序的仿真结果。 7、连接ISP下载器一端到USB接口，另一端连到目标板。打开实验台电源，参考产品说明书中的ISP下载软件使用方法对程序进行下载。 8、接下来大家就可以按照硬件连接表连线了，然后测试程序，观察实验现象，理解程序，最后自己修改程序提高编程能力。 六、实验预习要求 1、LED数码显示原理：七段LED显示器内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管的极管的接线形式，可分成共阴极型和共阳极型。LED数码管的g~a七个发光二极管因加正电压而发亮，因加零电压而不以发亮，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之为字形码。 2、由于显示的数字0－9的字形码没有规律可循，只能采用查表的方式来完成我们所需的要求了。这样我们按着数字0－9的顺序，把每个数字的笔段代码按顺序排好！建立的表格如下所示：TABLE　DB　 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h 七、参考程序 参考程序见光盘 八、实验现象 烧录程序后运行，数码管显示“12345678”。 九、实验思考题 1、编写代码实现数码管环形流动，流动的方向、速度有规律有节奏的变化； 2、编写代码实现数字钟显示，要求显示时、分、秒、星期且之间要用点隔开。 实验五 直流电机控制实验 一、实验目的 了解单片机控制直流电机的基本原理；掌握控制直流电机转动的编程方法；了解脉宽调制（PWM）的原理。 二、实验设备和器件 PC机 一台 PROTEUS仿真软件 一套 实验箱 一台 ISP下载器 一台 51仿真器 一台（可选） 三、实验内容 1、硬件电路 图：直流电机模块 图：光电测速电路 图：8位共阳数码管 图：8路独立开关 2、硬件连接表 MCU-AT89S52 电机模块 8位共阳数码管 8路独立开关 P00~P07 SA~SH P10~P12 C0~C2 P20 SW1 P21 IN1 P22 IN2 P34 PLU P23 EN1 四、实验要求 采用单片机的4个IO口来控制直流电机，编写程序，其中3个IO口驱动电机,另一个IO口控制电机的转动方向。 五、实验步骤 1、打开KEIL安装目录，然后打开目录里的C51文件夹，然后再打开BIN文件夹，将名为OH51.EXE的文件复制到前一级（C51）目录下。 2、汇编程序： 打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后点击源码选择新建工程，出现新固件项目对话框，在系列一栏中选择8051，在控制器一栏选择AT89C52，编译器一栏中选择ASEM—51(Proteus),然后点击确定，新工程创建完成。 C程序： 打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后点击源码选择新建工程，出现新固件项目对话框，在系列一栏中选择8051，在控制器一栏选择AT89C52，编译器一栏中选择Keil for 8051,然后点击确定，新工程创建完成。 3、然后在工程对话框下，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中工程设置，将工程选项下Embed Files后的勾选去掉，然后点击确定完成工程设置。 4、在快捷工具栏中的下拉列菜单Debug /Release/配置选项中，选择Release。 5、汇编程序： 将需要编译的程序代码输入到main.asm文件中，输入好程序代码后，然后在工程中，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中构建工程，编译完成返回LINK/LOCATE RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) 编译成功。表示工程编译成功。 C程序: 将需要编译的程序代码输入到main.c文件中，输入好程序代码后，然后在工程中，右键单击AT89C52,在出现的下拉列表中选中构建工程，编译完成返回LINK/LOCATE RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) 编译成功。表示工程编译成功。 6、编译成功后，切换到原理图状态下点击运行按纽，可通过人机接口观察程序的仿真结果。 7、连接ISP下载器一端到USB接口，另一端连到目标板。打开实验台电源，参考产品说明书中的ISP下载软件使用方法对程序进行下载。 8、接下来大家就可以按照硬件连接表连线了，然后测试程序，观察实验现象，理解程序，最后自己修改程序提高编程能力。 六、实验预习要求 了解直流电机的控制方法，了解光电对管测速的原理。 七、参考程序 参考程序见光盘 八、实验思考题 烧录程序后运行，电机转动，数码管显示当前电机转速，拨动开关SW1可以改变电机旋转方向。 九、实验思考题 1、编写程序，实现对电机的调速控制 2、使用PID算法，提高电机的控制精度 单片机原理及应用实验报告 实验项目：______________________ 姓 名：______________________ 学 号：______________________ 班 级：______________________ 分 组：______________________ 成 绩：______________________ 指导教师：______________________ 实验日期：______________________ 贵州理工学院实验报告 实验项目名称 实验目的 实验原理 实验仪器 实验步骤与内容 实验步骤与内容 实验原理图及程序 实验数据 处理 实验总结 思考题 指导教师意见 签名： 年 月 日