MCS51 单片机实验指导书.doc
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1、第一章 实验系统结构和功能 1.1 实验系统结构和组成整个实验系统是单板结构,由两大部分构成:一部分是以MCS-51系列单片机中的8031为核心器件,扩展64K字节的27512 EPROM芯片作为系统监控程序存储器和32K数据存储器(62256)作为仿真RAM;通过扩展一片8155控制6只8段显示LED数码管作为输出设备和32个按键作为输入设备。另一部分是各种基本的常用外围接口器件:包括用一片8255控制的EPROM编程器、8253定时器/计数器电路、A/D转换器ADC 0809、D/A转换器DAC 0832、由74LS393构成的计数器电路、单脉冲输出电路(可产生正脉冲或负脉冲)、外置8 M
2、Hz的振荡器电路、用运放LM386驱动的小扬声器、用74LS138构成的地址译码电路、带有驱动电路的小步进马达、12只带有驱动电路的发光二极管和8只逻辑电平开关等。这些接口器件都有相应插孔可根据需要与核心部分相连。这是一种开发型的单片机系统,通过RS-232C串行口与DBUG仿真软件通信可以构成一个类似于MICE的仿真开发系统。在仿真软件的支持下,可以提供汇编语言源程序的编辑、汇编、反汇编、加载和在线仿真运行调试程序等功能。1.2 实验系统功能实验系统综合了仿真器开发系统与实验学习装置的功能,可以独立利用系统上自带的键盘和LED数码显示器工作,也可以通过RS-232C串行口利用PC机运行DBU
3、G仿真软件进行CPU或EPROM仿真工作,仿真功能基本上与Microtek的MICE仿真器相同。系统独立工作时有如下基本功能:1. 丰富的编辑功能系统具有丰富的程序和数据编辑功能,包括程序和数据代码的输入、检查和修改,片内数据存储器(包括专用寄存器)的检查和修改,片外数据存储器的数据输入、检查和修改,地址加1检查和修改,地址减1检查和修改,插入和删除数据,数据块移动和比较等功能。2. 具有不同运行方式可以运行仿真RAM的用户程序,也可以运行用户应用系统中程序存储器中的程序,也可交替运行,给程序调试带来方便。3. 基本的调试手段和功能系统提供单步执行、设置断点执行和连续执行等基本调试手段和功能。
4、以单步或断点方式执行程序后,可以对用户程序进行检查、现场修改,对片内RAM、专用寄存器、片外RAM和扩展的I/O口的状态进行检查和修改。4. 可以提供各种8031单片机原理实验和应用实验用的硬件和软件可以利用该实验系统进行各种8031汇编语言程序的实验、LED数码管显示器实验、键盘实验、并行接口实验、串行接口实验、定时器/计数器实验、数字控制实验、时间程序控制实验、步进电机控制实验、数据采集和数字测量实验、数字波形发生器实验、数字信号处理(数字滤波、FFT等)实验等。1.3 键盘和显示器的使用方法1.3.1 键盘的使用实验系统自带4832个键盘,其安排如图1.3-1所示。左边16个为16进制的
5、数字键0F,用于输入地址、程序机器码或数据;也同时作为工作寄存器R0R7、DPTR、PSW、SP、ACC、B寄存器等以及程序计数器PC的代号。右边16个为功能键。1. 键盘安排示意图7/R78/DPL9/DPHA/ACCTV/MEEG/DLPRTEXEC4/R45/R56/R6B/BRG/FSRW/ISCOMPSCAL1/R12/R23/R3C/PSWF1/LSEV/UNMOVESTEP0/R0F/PCHE/PCLD/SPF2/NXEC/EPDARMON 图1.3-1 系统键盘安排示意图名称R0R1R2R3R4R5R6R7DPLDPHABPSWSPPCLPCH代号0123456789ABCDE
6、F 图1.3-2 寄存器代码表 2. 功能键作用简介16个功能键中有7个键是双功能键,这些键的功能与系统的历史状态有关,同一个键在不同状态下就表示不同的功能。 TV/ME TV是进入CRT显示状态/ME是仿真RAM存储单元检查 RG/FSRG是片内RAM和寄存器内容检查/FS是偏移量计算 F1/LS F1是首地址设定/LS是上一个单元检查 F2/NX F2是末地址设定/NX是下一个单元检查 EG/DL EG是EPROM编程/DL是删除1个字节 RW/IS RW是片外数据存储器检查/IS是插入1个字节 EV/UN EV是把编程区的程序移到仿真RAM区/UN表示未用保留 EC/EP EC是检查被编
7、程的EPROM是否全空/编程区EPROM程序与仿真RAM内容比较 PRT TV状态下的打印命令键 COMP 程序或数据块比较键 MOVE 程序或数据块移动键 DAR TV状态下的反汇编命令键 EXEC 全速执行或断点执行命令键 SCAL 进入串行通信状态键 STEP 单步执行命令键 MON 返回监控命令键 注:其中TV、EG、EC/EP、EV、PRT和DAR命令在本系列实验中不需要用。3. 系统状态 系统状态有两种:待命状态和操作状态。 待命状态 其特征是在显示器的左端显示闪动的“P.”提示符,等待操作。一般在三种情况下会进入待命状态: 当系统上电复位后 当按RESET复位按钮后 当按MON按
8、键后(如程序不扫描键盘时无效) 在待命状态下,可以进行以下操作之一: 按任一个数字键,就进入操作状态,并显示该键入的数字。 按EXEC键,就从0000H单元开始执行仿真RAM中的程序。 按STEP键,就从0000h单元开始单步执行仿真RAM中的程序。 按EC键,就检查编程区EPROM芯片是否是全空。 按F1键,进入仿真EPROM状态,这时PC值是指向应用系统的外部程序空间,其特性是显示器上显示“H. . . . . . .”。 按F2键,进入仿真RAM状态,这时PC值是指向实验系统的仿真RAM中的用户程序空间,其特征是显示器上显示“P. . . . . . .”。 按TV键,进入用电视屏幕显示
9、状态(这需要通过系统板上TV CRT接口扩展相应接口板才具有电视屏幕显示功能),这时显示器将不显示任何字符。 操作状态 在待命状态输入1位到4位数字键后,便进入操作状态。当输入4位数字后,第一位数字会不断闪烁,表示可以从第一位开始修改输入的数字,随着修改,闪烁的数字位会后移。 在操作状态下,可以进行以下操作之一: 按ME键,显示仿真RAM单元中的内容。(按该键前,若输入的数字不足4位,不足位都作0处理。) 按RG键,显示片内RAM(包括专用寄存器)单元中的内容。(按该键前,若输入的数字超过2位,后2位都作无效位处理。) 键入1位数字按RG键,按图1.3-2中所示的代号显示相应寄存器中的内容。
10、键入2位数字按RG键,显示相应片内RAM或专用寄存器单元中的内容。 输入4位地址后,按RW键,显示片外RAM单元或扩展I/O口中的内容。 按EXEC键,就从键入的地址开始连续执行仿真RAM中的程序。 按STEP键,就从键入的地址开始单步执行仿真RAM中的程序。 按F1键,显示闪烁的“ ”提示符,表示输入的首地址已被接受,或表示设置输入的地址为断点地址。 按F2键,显示闪烁的“ ”提示符,表示输入的末地址已被接受。 按MON键,就从操作状态回到待命状态。 4. 功能键用法 返回监控(MON)键 在操作过程中按此键,将中止或退出当前的操作状态,停止输入数据和命令,返回待命状态,显示闪烁的“P.”提
11、示符。当执行EXEC命令后,将不能用此键返回待命状态,这时只能用RESET按钮使之返回待命状态。 MON键与RESET按钮的功能相似,不同点是:MON键在返回代码状态时将会保护用户的工作现场的用户存储器和寄存器的内容;而RESET按钮不会改变用户存储区和外部数据存储器的内容,但有可能改变某些寄存器的内容。 仿真RAM单元检查(ME)键 在待命状态下,输入4位地址,按此键将显示相应仿真RAM单元的内容(输入的地址中可以省去后面的0)。 可以使用LS和NX键检查上一个或下一个单元的内容。 片内RAM单元和寄存器检查(RG)键 输入1位地址,按此键将显示相应寄存器的内容。 输入2位地址,按此键将显示
12、相应片内RAM单元或专用寄存器(SFR)的内容。 可以使用LS和NX键检查上一个或下一个单元的内容。 片外RAM或扩展接口8155片内RAM单元检查(RW)键 输入片外RAM或扩展接口8155片内RAM单元的4位地址,按此键将显示相应单元的内容。(若用8032芯片,输入2位地址,可以显示8032片内RAM的80HFFH区的相应单元的内容) 片外RAM区数据块移动(MOVE)键 MOVE键的功能是把片外RAM区的数据块从一个区移到(实际上是复制到)另一个区中。但目标RAM区要由仿真的状态决定。 在显示“P.”的待命状态下,将把系统仿真RAM中的程序/数据块复制到仿真RAM的另一个区中。 在显示“
13、P. . . . . .”的仿真RAM状态下,将把系统仿真RAM中的程序/数据块复制到被仿真的应用系统片外RAM数据区中。 操作步骤: 输入源程序的首地址,按F1键,这时将显示闪烁的“ ”提示符,表示输入的首地址已被接受。 输入源程序的末地址,按F2键,这时将显示闪烁的“ ”提示符,表示输入的末地址已被接受。 输入目标首地址 按MOVE键后,就完成移动(实际上是复制)。 片外RAM区数据块比较(COMP)键 COMP键的功能是把片外RAM区的两个数据块进行比较。但目标RAM区要由仿真的状态决定。 在显示“P.”的待命状态下,将把系统仿真RAM中的程序/数据块与仿真RAM的另一个区的数据块进行比
14、较。 在显示“P. . . . . .”的仿真RAM状态下,将把系统仿真RAM中的程序/数据块与被仿真的应用系统片外RAM数据区中的数据块进行比较。 操作步骤: 输入源程序的首地址,按F1键,这时将显示闪烁的“ ”提示符,表示输入的首地址已被接受。 输入源程序的末地址,按F2键,这时将显示闪烁的“ ”提示符,表示输入的末地址已被接受。 输入目标首地址 按COMP键后,就完成比较。若比较完全一样,就回到待命状态显示“P.”;若比较不完全相同,就显示比较第一个出错单元的地址和数据。 插入(IS)和删除(DL)键 这两个键是具有相反操作功能的键,只有在仿真RAM单元检查状态下才有效。在调试机器码程序
15、时,可以用于插入或删除质量或数据的一个字节,可以根据需要多次使用。这就可以避免许多需要重新输入程序/数据的麻烦。 操作方法:在检查仿真RAM单元状态下,显示现行地址和数据,按IS键,将在现行地址与XFFFH之间,把所有单元的内容依次向下移动一个字节。现行地址单元的内容被清零,供插入指令或数据的一个字节。这时XFFFH单元的内容将被XFFFEH单元的内容取代,XFFFH单元的原内容将丢失。 在显示现行地址和数据的情况下,按DL键,将删除这一地址单元的内容,而把以下单元的内容依次向上移动一个单元,XFFFH单元的内容用0替补。 为了减少插入或删除的影响范围,实验系统把移动范围划分为8个区域: 00
16、00H1FFFH 2000H3FFFH 4000H5FFFH 6000H7FFFH 8000H9FFFH A000HBFFFH C000HDFFFH E000HFFFFH 在0000H1FFFH区内插入或删除,不会影响2000H以上单元的内容。同样在8000H9FFFH区中操作不会影响其他区的内容。 程序执行(EXEC)键 EXEC键有两种运行方式: 连续执行程序方式 在输入4位地址后,按此键便从该地址开始连续执行程序,同时显示器显示“”提示符;若不输入地址,在待命状态下按此键,便从0000H地址开始连续执行程序;在存储单元改写状态下按此键,将从现行地址处连续执行程序。需要注意的是,在连续执行
17、之前,必须检查一下在执行程序的末尾是否安排了循环,要防止程序在执行完后可能又继续往下执行后面的随机代码,那就可能会造成不可预测的后果。 断点运行程序方式 断点运行方式是程序调试的一种常用有效手段,通过设置仿真RAM中程序的断点逐段运行,可以不断缩小有问题程序的范围。 操作方法:输入4位断点地址(注意,必须设置在指令操作码单元地址上,不能设置在操作数单元地址上),按F1键,这时将显示“”提示符,再输入程序执行的起始地址,按EXEC键,就以断点方式运行程序。 当程序遇到设置的断点就会停下来,并把所有的寄存器保护起来,同时显示该断点地址以及该单元的操作码。这时就可以查看相关的寄存器和存储单元的内容。
18、 在回到待命状态的情况下,可以根据需要还可以设置新的断点,在设置新的断点后,若再按EXEC键,将会继续从上一个断点处执行程序,直至遇到新断点时暂停。 该实验系统在独立工作时,每次只能设置一个断点,若设置多个断点,则最后依次设置的断点有效,其他断点都将无效。设置的断点在程序执行后就取消。 需要特别注意的是:若断点设置不正确或用户应用系统不正常,运行后就不会遇到断点,这种情况下,只有复位才能使系统回到监控的待命状态。复位后,原设置断点处将有3个单元的内容被破坏,需要人工恢复。 单步执行程序(STEP)键 STEP键在待命状态、操作状态和存储器检查状态下有效。在待命状态下按此键,将执行0000H地址
19、单元的一条指令;在操作状态下按此键,则按显示器上显示的地址单步执行一条指令;在存储器检查状态下按此键,则按现行地址单步执行一条指令。每按一次,执行一条指令,并显示下一条即将执行的指令操作码的地址及其单元内的内容,进入操作状态,等待新的命令。此键命令不会影响设置的断点。 若按STEP键持续1秒以上将进入跟踪执行状态,并以每秒钟500条指令的速度执行程序,同时更新显示程序的执行地址和A累加器内的内容。这个功能可以用来监视程序的运行路线,对检查延时循环程序特别有用。松开按键后,便立即停止跟踪,并显示中止时的PC值和A累加器的内容。 相对偏移量计算(FS)键 该键只有在存储器检查状态(即向仿真RAM中
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