《片机原理实验V》PPT课件.ppt

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1、单片机原理实验李艳生湖北师范学院物电学院目目 录录引 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3参考书参考书新概念51单片机C语言教程-入门、提高、开发、拓展全攻略单片机C语言程序设计实训100例:基于8051+Proteus仿真4嵌入式系统嵌入式系统IEEE定义：嵌入式系统是“控制

2、、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（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

3、 Processing Unit)6MCU8位32位78MPUARMX869DSP5000600010GPU电脑手机11开发模式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嵌入式操作系统嵌入式操作系统ucLinuxucOSWindows CELinuxAndroidVxWorks13应用领域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手机结构图手机结构图15电脑结构图电脑结构图16电视结构图电视结构图17硬盘驱动器框图硬盘驱动器框图

4、18智能仪表框图智能仪表框图19嵌入式计算框图嵌入式计算框图20数码相机框图数码相机框图21网络平台框图网络平台框图22RFID 阅读器阅读器23便携式数据终端便携式数据终端24台台式式计计算算机机25笔笔记记本本电电脑脑26服服务务器器27打打印印机机28无线鼠标无线鼠标29以以太太网网交交换换机机30变变电电站站控控制制31车车用用信信息息娱娱乐乐32汽汽车车门门禁禁系系统统33汽车仪表板34汽车车身控制器汽车车身控制器35车用视觉控制车用视觉控制36E-bike37微波炉微波炉38洗衣机洗衣机39电冰箱电冰箱40移动互联网移动互联网41物联网物联网42实验报告实验报告43实验内容实验内容

5、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绩45开放考试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硬件结构硬件结构微型计算机的基本组成 47硬件结构硬件结构

6、MCS-51单片机的基本组成单片机的基本组成哈佛结构冯诺伊曼结构CISCRISC时钟电路时钟电路4KROM程序存储器程序存储器256BRAM数据存储器数据存储器2X16位位定时定时/计数器计数器CPU处理器处理器64KB总线总线扩展控制器扩展控制器可编程可编程I/O端口端口P0-3可编程可编程串行口串行口48MCS-51单片机的引脚配置图P1P2P3P049总线结构总线结构地址锁存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.

7、1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCC P0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2P0.450存存 储储 器器MCS-51单片机单片机片内片内ROM4K片内片内RAM256B片外片外RAM64K片外片外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存存 储储 器器特殊功能寄存器00H 1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H 特殊功能寄存器中位寻址外部ROM内部ROM(EA=1)外

8、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地址地址07H06H05H04H03H02H01H00H53片内 RAM（20H-2FH）中的位寻址区2FH20H字节地址字节地址位地址位地址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A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUFBIP00000BSC

9、ON00HIE000000BPCON0B56指令系统指令系统操作码操作码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寻址方式寻址方式单片机共有7种寻址方式，111条指令:1 立即寻址立即寻址2 直接寻址直接寻址3 寄存器寻址寄存器寻址4 寄存器间接寻址寄存器间接寻址5 变址寻址变址寻址6 相对寻址相对寻址7 位寻址位寻址5859最

10、小系统最小系统60自制实验系统自制实验系统成本：20元左右61STC89C51RC CPU62USB 下载线下载线63晶振晶振6422pf瓷片电容瓷片电容6510uf电解电容电解电容66电阻电阻67Led68Button69面包板面包板70EDA71实验方式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实验一实验一 流水灯实验流水灯实验内容：P1口接8个LED D1-D8用循环延时实现流

11、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。78P1P1口的位结构图口的位结构图D Q 锁存器锁存器CL /QP1.x引脚引脚Vcc读锁存器读锁存器读引脚读引脚内部总线内部总线写锁存器写锁存器内部上拉电阻内部上拉电阻上拉电阻上拉电阻三态门三态门79电子设计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），

12、如何实现流水灯?81实验二实验二 转向灯转向灯内容：P3口接2个按键输入K1,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 锁存器锁存器CL /QP3.x引脚引脚替代输出功能替代输出功能读锁存器读锁存器读引脚读引脚内部总线内部总线写锁存器写锁存器MUX (地址地址/数据数据=0)Vcc上拉电阻上拉电阻替代输入功能83数码管结构与原理数码管结构与原理共阴极共阴极Cathode共阳极共阳极Anode84数码管结构与原理数码管结构与原

13、理85数码管结构与原理数码管结构与原理字型字型共阳极代码共阳极代码共阴极代码共阴极代码字型字型共阳极代共阳极代码码共阴极代共阴极代码码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H灭灭FFH00H880H7FH86显示设备显示设备LED数码管，点阵屏数码管，点阵屏CRTLCDOLED87输入设备输入设备KeyKey BoardTouch88思考题思考题当有多个数码管时，应该如何设计电路？89实验三实验三 中断实验中断实验内容：P1口

14、接8个LED D1-D8实现流水灯，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中断的概念中断的概念执行执行主程序主程序继续继续执行执行断点断点中断请求中断请求中断响应中断响应执行执行中断中断处理处理中断返回中断返回看书借书电话中断是硬软件实现的轮询?中断是处理随机事件理想方法？中断是为了提高CPU的利用率？91中断结构中断结构 92中断寄存器中断寄存器TCON -定时控制寄存器，定时控制寄存器，IE -中断允许控制寄存器，中断允许控制寄存器，IP -中断优先级控制寄存器，中断优先级控制寄存器，SCON-

15、串行口控制寄存器。串行口控制寄存器。93定时控制寄存器定时控制寄存器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中断允许控制寄存器IE0 0 禁止，禁止，1 1允许允许（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

16、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（中断优先级控制寄存器（IP）PSPS：串行口中断串行口中断优优先先级级控制位。控制位。PT1PT1：定：定时计时计数器数器T1T1中断中断优优先先级级控制位。控制位。PX1PX1：外部中断：外部中断1 1中断中断优优先先级级控制位。控制位。PT0PT0：定：定时计时计数器数器T0T0中断中断优优先先级级控制位。控制位。PX0PX0：外部中断：外部中断0 0中断中断优优先先级级控制位。控制位。注意：注意：单单片机复位后，片机复位后，IPIP寄存器被清寄存器被清0 0，所有中断源，所有中

17、断源为为低低级级中断。中断。96中断向量表中断向量表高高低低优优 先先 级级NMI97中断服务程序设计的步骤（1 1）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。（2 2）设置中断优先级寄存器）设置中断优先级寄存器IPIP。（3 3）设置中断允许控制寄存器）设置中断允许控制寄存器IEIE。（4 4）编写中断服务程序，处理中断请求。）编写中断服务程序，处理中断请求。注：前注：前3 3条一般放在主程序的初始化程序段中。条一般放在主程序的初始化程序段中。98中断程序结构中断程序结构ORG 0000HORG 0000HLJMP MAINLJMP MAINORG O

18、RG 中断入口地址中断入口地址LJMP INTRLJMP INTR ORG XXXXHORG XXXXHMAINMAIN：主：主 程程 序序INTRINTR：中断服务程序：中断服务程序void main()void main()void void intr()intr()interrupt interrupt 中中断断类类型型号号 using using 工工作作组寄存器组寄存器 99中断服务程序流程中断服务程序流程INTINT：CLR EACLR EA；CPUCPU关中断关中断PUSH PSWPUSH PSW；现场保护；现场保护PUSH ACCPUSH ACC；SETB EASETB EA；

19、CPUCPU开中断开中断中断处理程序段中断处理程序段 CLR EACLR EA；CPUCPU关中断关中断POP ACCPOP ACC；现场恢复；现场恢复POP PSWPOP PSWSETB EASETB EA；CPUCPU开中断开中断RETIRETI；中断返回，恢复断点；中断返回，恢复断点100操作系统操作系统实时操作系统分时操作系统批处理系统Windows LinuxMac OSX抢占式内核非抢占式内核Mac OSXWindows 8Ubuntu101微型嵌入式操作系统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

20、行数：5000多行102思考题思考题中断服务程序与子程序有何异同？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实验四实验四 定时器实验定时器实验内容：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定时器定时器105定时器定时器106TMODT1控制控制T0控制控制M0M1C/TGATEM0M1C/TGATED0D1D2D3D4D5D6D7M1 M0工作方式选择工作方式选择M1 M0C/T 定

21、时定时/计数工作方式选择计数工作方式选择GATE 门控端门控端107定时定时/计数器工作方式计数器工作方式108TCON触发方式选择触发方式选择启动定时启动定时/计数器计数器0 低电平低电平1 下降沿下降沿0 停止停止1 启动启动中断请求中断请求中断请求中断请求标志标志标志标志109方式方式1振荡器1/12TL0 TH0TF011&T0TR0GATEINT0C/T=0C/T=18位8位1616位计数器位计数器定时时间：定时时间：t=（216-T0初值）初值）机器周期机器周期110使用步骤使用步骤确定TMOD控制字:编程时将控制字送TMOD；计算计数器的计数初值:编程时将计数初值送THi、TLi

22、；开中断（如果使用中断方式）:编程置位EA、ETiTRi位置位控制定时器的启动和停止。111移动操作系统移动操作系统多线程时间片112Android113Windows114大型嵌入式操作系统大型嵌入式操作系统Linux+ARM源代码行数：1000多万行115扩展扩展Proteus ARES PCB制板116实验五实验五 串口实验串口实验内容：利用串口发送和接收数据，在P1接8个LED D1-D8，并利用接收到的数据实现流水灯。要求：掌握串行口方式1的工作方式及编程方法。掌握串行通讯中波特率的设置。给定通讯波特率的情况下，会计算定时时间数。117通信的概念通信的概念并行通信与串行通信同步通信与

23、异步通信单工、半双工与双工118串口框图串口框图119SCONSM0、SM1：控制串行口的工作方式。：控制串行口的工作方式。SM2：允许方式：允许方式2和方式和方式3进行多机通信控制位。进行多机通信控制位。REN：允许串行接收控制位。：允许串行接收控制位。REN=1，允许接收。，允许接收。TB8：是工作在方式：是工作在方式2和方式和方式3时要发送的第时要发送的第9位数据，位数据，根据需要由软件置位和复位。根据需要由软件置位和复位。RB8：是工作在方式：是工作在方式2和方式和方式3时接收到的第时接收到的第9位数据。位数据。TI：发送中断标志位。必须由软件清零。：发送中断标志位。必须由软件清零。R

24、I：接收中断标志位。必须由软件清零。：接收中断标志位。必须由软件清零。120工作方式工作方式121PCONSMOD：波特率倍增位。：波特率倍增位。当当SMOD=1时，波特率加倍；时，波特率加倍；当当SMOD=0时，波特率不加倍。时，波特率不加倍。GF1、GF0：两个通用标志位，用户使用。：两个通用标志位，用户使用。思考：思考：该两位的作该两位的作 用是什么？用是什么？122波特率波特率定义定义串行口每秒钟发送（或接收）的位数称为波特率。串行口每秒钟发送（或接收）的位数称为波特率。（1 1）方式）方式0 0的波特率的波特率在方式在方式0 0下，串行口通信的波特率是固定的，其下，串行口通信的波特率

25、是固定的，其值为值为fosc/12fosc/12（foscfosc为主机频率）。为主机频率）。（2 2）方式）方式2 2的波特率的波特率在方式在方式2 2下，通信波特率为下，通信波特率为fosc/32fosc/32或或fosc/64fosc/64，根据特殊功能寄存器根据特殊功能寄存器PCONPCON中中SMODSMOD位的状态来决定位的状态来决定串行口在那个波特率下工作。串行口在那个波特率下工作。123（3 3）方式）方式1 1或方式或方式3 3的波特率的波特率 在这两种方式下，串行口波特率是由定在这两种方式下，串行口波特率是由定时器的溢出率决定的，因而波特率是可变时器的溢出率决定的，因而波特

26、率是可变的。波特率的公式为：的。波特率的公式为：124网络网络RS232,485有线网络(Earthnet,光纤网)无线网络(NFC,Bluetooth,Wifi,2G,3G,4G)10cm10m100m500m125扩展扩展多机通信单片机与PC机之间通信126实验六实验六 数字钟实验数字钟实验内容：P3口接3个按键k1,k2,k3分别用于调整时、分、秒，P0,P2口接8位连体数码管用于显示时间，时、分、秒分隔符用”-”。要求：实现定时1s的程序。熟悉时钟的程序逻辑。掌握数码管的动态显示。127实验七实验七 总线结构总线结构内容：采用74LS373作为地址锁存器，用1片6264扩展单片机片外RAM存储器，并用74LS244作输入接口接8个按键K1K8，74LS273作输出接口接8个LED D1D8，LED显示对应的按键状态。要求：掌握单片机的RAM存储器扩展方法。掌握单片机的I/O系统的扩展方法。128片外片外ROM扩展扩展129片外片外ROM访问时序访问时序130片外片外RAM扩展扩展131外部外部RAMRAM读时读时序序MOVX A,DPTR;CPU从外部对象读数据132外部外部RAMRAM写写时时序序MOVX DPTR,A;CPU给外部对象写数据133I/O扩展扩展134体系结构体系结构135操作系统操作系统136设计模式设计模式137综合能力综合能力138139