单片机实验指导书200803

《单片机原理及应用》

实验指导

――适合于“Y51-07”型实验仪

中国农业大学工学院

2008年3月

说明：

为配合中国农业大学工学院机电、测控、汽电等相关专业开设单片机原理与应用方面的课程，编写出本实验指导。完成本实验指导中的实验，可使学生基本掌握 MCS-51系列单片机的结构原理、接口技术、程序设计技巧。指导书中详细叙述了各实验的目的、内容，列出了接线图、程序框图和实验步骤。

将实验系统连接在PC机上，通过串行口通讯线控制单片机开发系统进行实验。实验接线图上的粗实线表示用户在实验时要用导线连接起来。实验仪上的晶振是11.0592MHz。所有实验都是相互独立的，次序上也没有固定的先后关系，在使用本书进行教学时，教师可根据实际的教学要求，选择相应实验。对同一问题的解决办法往往不是唯一的，欢迎学生和老师在使用本书过程中提出最为优秀的实验方案，指示错误和不足。

实验和实验报告的要求

1、 严格按照实验步骤做实验；

2、 注意检查核对自己实验所用元器件、仪器、设备、用户板，做到齐全整齐； 3、 整理好实验程序和实验结果； 4、 实验报告书写清楚，字迹端正；

5、 实验报告中所附程序要有必要的注释，流程框图条理性要好； 6、 详细记录在组装、调试和测试中出现的故障或问题，进行故障分析并简述排除故障的过程和方法； 7、 对本次实验的心得体会意见，以及改进实验的建议。

目 录

第一章 系统概述.........................................................................................................................................1

1.1 功能概述.........................................................................................................................................1 1.2 仿真开发系统.................................................................................................................................1 第二章 接口及资源介绍.............................................................................................................................2 第三章 仿真使用方法...................................................................................................................................3

3.1 方法1：KEIL uVision环境下利用SoftICE仿真.........................................................................3 3.2 方法2：任一开发平台生成hex目标代码＋Flash Magic下载...................................................3 第四章 集成软件开发调试环境.................................................................................................................4 第五章 实验部分.........................................................................................................................................5

实验一 8051系列单片机定时/计数器应用实验..............................................................................5 实验二 8051系列单片机P1口编程实验...........................................................................................6 实验三 8051系列单片机中断实验....................................................................................................7 实验四 MCS－51系列单片机扩展实验1...........................................................................................8 实验五 MCS－51系列单片机扩展实验2...........................................................................................9 实验六 8051系列单片机显示接口实验I........................................................................................10 实验七 8051系列单片机显示接口实验II......................................................................................12 实验八 8051系列单片机A/D实验....................................................................................................13 第六章 参考资料.......................................................................................................................................14

第一章 系统概述

1.1 功能概述

Y51-07型51单片机实验板的组成框图如图1所示。核心是飞利浦公司的TQFP44封装形式的51兼容芯片P89V51RD2，该芯片具有64K字节的Flash 存储器，支持并行和串行在系统编程（ISP），支持SoftICE调试，具有1KB 的RAM，具有双DPTR指针。依据该芯片自身这样强大的功能，Y51-07型实验板显得小巧

却不失丰富、灵活，使您在学习单片机更加容易上手，能使您提高设计效率，把时间用到刀刃上。

1.2 仿真开发系统

由于单片机的结构特点，它本身缺乏自行开发和编程的能力，必须借助于开发工具进行开发。因此，单片机的应用必须首先具备开发条件。

我们知道一个单片机应用系统能正常工作必须具备以下几个条件：1、电源；2、时钟源；3、可靠的复位信号；4、程序；5、扩展的地址线和数据线（总线）正确无误。前三个条件都容易满足，但对于后两个条件，如果没有仿真开发系统进行仿真调试，很难完成一个产品开发。 仿真开发系统的主要作用是：

（1） 对应用系统的硬件电路进行诊断与检查； （2） 软件程序的输入与编辑；

（3） 程序的运行、调试，具有单步运行、设端点运行、状态查询，具有汇编、反汇编等功能； （4） 能将调试好的程序固化到程序存储器芯片中。

仿真开发系统的工作原理是：

根据单片机应用系统所需的运行环境资源由仿真开发系统来解决。即：仿真开发系统在调试过程中替代应用系统中的CPU（单片机芯片）和程序，应用系统的CPU（单片机芯片）控制信号和执行程序均由仿真开发系统来提供。应用系统的软件由仿真开发系统自身提供的软件环境（集成开发

调试环境）进行调试。

仿真开发系统的工作过程是：

参见下面的框图，仿真开发系统提供一个仿真头，该仿真头是用来替换应用系统中CPU（单片机芯片）而设计的。使用时将应用系统中的CPU（单片机

芯片）取下，并换上仿真头。这样应用系统的所有控

制信号全部由仿真开发系统来控制。图中的通讯线是连接计算机（装有集成开发调试环境）和仿真开发系统装置的通道。设计者在计算机上编程，然后由仿真

开发系统去控制、调试设计者的应用系统，仿真实际的运行过程。调试通过后，将编好的程序固化到应用系统的程序存储器中，同时配上CPU（单片机芯片），加电后应用系统就可以独立正常运行。

第二章 接口及资源介绍

众多的接口和插座，方便的连线为您带来清晰的思路。各个接口的说明如下：

序号

设计号

封装 IDC10

作用

P0口、WR和RD信号 同上 同上

引脚定义

1(P0.0)2(P0.1)….8(P0.7)9(WR)10(RD) 同上 同上

1(HZ)2(V1)3(V2) 1(＋5V)2(GND) 芯(＋5V)壳(GND) 1(RXD)2(GND)3(TXD) 2(PCRXD)3(PCTXD)5(GND) 1(<5V)

1(P2.0)2(P2.1)….8(P2.7) 1(P1.0)2(P1.1)….8(P1.7) 1(P3.5)2(P3.4)3(P3.3)4(P3.2) ABCDEFGDP,W1234 1(ADDR)

1(D0)2(D1)….8(D7)

1(SA0)2(SA1)….8(SA7) 1(SB0)2(SB1)….8(SB7) 1(ADDR)

1(A0)2(A1)….8(A7) 1(PA0)2(PA1)….8(PA7) 1(PB0)2(PB1)….8(PB7) 1(PC0)2(PC1)….8(PC7) 1(ADDR) 1(INT0)

1(IN0)2(IN1)….8(IN7)

HDR2X5

信号源 输出电源（5V） 输入电源（5V） 单片机UART输出 单片机程序下载串行口 AD7816芯片输入 P2口 P1口

P3口（只用P3.2～P3.5） 4位数码管显示数据输入 芯片的地址输入 芯片的逻辑门 芯片的数据输出 芯片的串行数据输入 芯片的并行数据输出1 芯片的并行数据输出2 芯片的地址输入 锁存地址A0～A7 芯片的PA口 芯片的PB口 芯片的PC口 芯片的地址输入 芯片的EOC输出 芯片的逻辑门 芯片的信号输入

蜂鸣器跳线

第三章 仿真使用方法

Y51-07型51单片机实验板提供了两种主流方法进行仿真、调试。

3.1 方法1：KEIL uVision环境下利用SoftICE仿真

可以单步调试，进行数据观察。

具体见文档“P89V51RD2新型单片机

SoftICE模式调试指南.pdf”

3.2 方法2：任一开发平台生成hex目标代码＋Flash Magic下载

通过Flash Magic工具下载，采用ISP方式进行，能独立全速运行所编程序。如图所示：

具体见文档“P89V51系列单片机ISP下载简明操作步骤.pdf”

第四章 集成软件开发调试环境

第五章 实验部分

实验一 8051系列单片机定时/计数器应用实验

一、实验目的

本实验学习定时/计数器的编程方法，掌握如何用查询方式判断定时时间到。

8051系列单片机有2个定时/计数器，用TMOD和TCON寄存器设置命令；用TH0、TH1、TL0、TL1寄存器装载定时时间常数。可以对内部脉冲计时，对外部脉冲。 通过实验理解8051系列单片机定时/计数器的工作原理

掌握8051系列单片机内部定时/计数器的工作方式选择、初始化编程方法； 学习时间常数的计算方法； 熟悉P1口的连接方法

熟悉单片机汇编语言中伪操作指令的使用 熟悉开发系统的应用。 二、实验预备知识

MCS－51系列单片机内部定时/计数器的工作原理和工作方式。 74LS244芯片。

初步了解汇编语言的指令。 三、实验内容

利用定时器T0或T1的工作方式1，以查询方式使定时器产生10Hz的等宽正方波，并在P1.0端输出。 四、实验接线及步骤

五、实验报告及要求

总结定时/计数器的工作方式、时间常数的计算和编程方法。 写出所用源程序，并画出流程框图。 六、参考程序 查询方式

ORG 0000H AJMP START ORG 0030H

START：MOV TMOD，＃XXH ；T0方式1定时 MOV TL0，＃XXH ；赋初值 MOV TH0，＃XXH

SETB TR0 ；启动T0 DLY： JBC TF0，REP ；查询计数溢出 AJMP DLY

REP： MOV TL0，＃XXH ；重新赋初值 MOV TH0，＃XXH CPL P1.0 ；把P1.0引脚的电平取反 AJMP DLY HERE: AJMP HERE END

实验二 8051系列单片机P1口编程实验

一、实验目的

巩固51系列单片机的I/O接口原理和结构特点。

MCS－51系列单片机有四个双向的8位I/O口P1~P3。P0是三态双向口，负载能力为8个LSTTL电路，P1，P2，P3口为准双向口，负载能力是4个LSTTL电路

MCS－51系列单片机指令系统中与接口达交道的指令可分为两类：一般的输入/输出指令，如：MOV A, Pi；“读－修改－写”指令，如：ANL Pi, A。 掌握51系列单片机P1口的使用方法，

掌握输入和输出指令，特别是“读－修改－写”指令， 熟练编程和应用延时程序，

掌握在开发系统上进行设计、调试和运行程序的基本方法。 二、实验预备知识

MCS－51系列单片机P1口的工作原理和编程使用方法。 输入和输出指令。 三、实验内容

设计出让5个LED按照某一规律进行闪烁。而且接入一个开关，当开关等于高电平时显示一种闪烁规律，当开关处于低电平时显示另一种规律 四、实验接线及步骤

五、实验报告及要求

总结P1的编程使用方法。

总结延时计算方法。

就自己设计的闪烁规律，画出流程框图，写出所用源程序。 六、参考程序 延时程序见课本125页。

实验三 8051系列单片机中断实验

一、实验目的

中断系统是为使处理机对外界异步事件具有处理能力而设置的。8051系列有五个中断源：两个外部中断、两个定时器溢出中断和一个串行口中断。本实验在实验一和二的基础上，进一步理解8051系列单片机中断处理的工作原理。本实验有两个内容：

通过外部中断的编程方法，理解中断源、中断处理过程等原理，两个外部中断的中断向量分别是0003H和0013H。

学习定时/计数器的中断编程方法，掌握如何用中断方式判断定时时间到。8051系列单片机有2个定时/计数器，定时/计数时间到产生定时/计数器溢出中断，中断向量分别是000BH和001BH。 二、实验预备知识

MCS－51系列单片机中断系统的工作原理和编程方法。 三、实验内容 在实验一的基础上，利用定时器T0或T1的工作方式1，以中断方式使定时器产生10Hz的等宽正方波，并在P1.0端输出。

在实验二的基础上实现外部中断。当有中断信号时显示一种规律，当没有中断信号时显示令一种规律。 四、实验接线及步骤

五、实验报告及要求

总结中断服务程序的编程方法。

在实验内容一的程序中TF0标志的作用是什么？ 写出所用源程序，画出流程框图。

中断方式定时/计数器的程序实现中TF0标志的作用是什么？ 六、参考程序 参见实验一和二的程序。下面是中断方式定时/计数器的参考程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH

AJMP T0INT ORG 0030H

MAIN: MOV SP,#60H MOV TMOD，＃01H MOV TL0,#XXH ；T0设初值 MOV TH0,#XXH SETB TR0 SETB ET0 SETB EA HERE: SJMP HERE T0INT: MOV TL0,#XXH MOV TH0,#XXH CPL P1.0 RETI END

；T0方式1定时

；启动T0

；允许T0中断 ；CPU总中断

；把P1.0引脚的电平取反

实验四 MCS－51系列单片机扩展实验1

一、实验目的

熟悉MCS－51系列单片机的扩展。本实验通过扩展数据存储器和I/O接口，掌握单片机应用系统扩展时的编程方法。

学习对单片机数据存储器扩展和I/O口扩展的硬件分析； 掌握访问片外RAM的编程方法； 能根据输入值进行有关编程计算。 二、实验预备知识

MCS－51系列单片机扩展的工作原理和编程方法。 芯片74LS273。 数码管的工作原理。 三、实验内容

如下图：根据输入值X的大小进行计算，公式是：第一组采用Y=5X2+8X+7；第二组采用Y=6X2+3X+6。并且把计算结果输出，通过I/O口点亮LED灯或者数码管（以计算出的个位来显示）。 四、实验接线及步骤

分析：

输入值为四位二进制数字组成，从P1口输入时大小等于多少？； 74LS273芯片相当于外部数据存储器，本图上其地址是： 在这里，74LS32芯片的作用是什么？ 五、实验报告及要求

对硬件电路的分析，回答上述分析题。

总结MCS－51系列单片机扩展数据存储器和I/O接口的原理和访问方法，画出时序图。 画出流程框图，写出源程序。 六、参考程序 乘法运算：

MOV A, #5 MOV B, #3 MUL AB ;A*B 加法运算：

MOV A, #5 ADD A, #8 ;5＋8 写数据到RAM：

MOV A, #39 MOV DPTR, #XXXXH ;首地址 MOVX @DPTR, A

实验五 MCS－51系列单片机扩展实验2

一、实验目的

熟悉MCS－51系列单片机的扩展。本实验通过扩展芯片8255A，掌握单片机应用系统扩展时的编程方法。掌握可编程I/O接口芯片8255的接口原理使用，熟悉对8255A初始化编程和输入，输出软件的设计方法。 二、实验预备知识

MCS－51系列单片机扩展8255A芯片的工作原理和编程方法。 三、实验内容

用8255A的A.B.C口每个口线输出高低电平的变化，并使LED闪烁。

四、实验接线及步骤

五、实验报告及要求

分析8255芯片的工作原理、与单片机的接口和编程方法。 写出源程序，画出流程框图。

实验六 8051系列单片机显示接口实验I

一、实验目的

8051系列单片机与显示器的接口电路和编程方法。 掌握数码管显示原理及其一般显示电路的结构；

学习8279可编程键盘扫描显示控制器与8051系列单片机的接线方法，了解8279在译码扫描方式和编码扫描方式时的编程方法，以及8051用查询方式和中断方式对8279进行控制的编程方法； 掌握显示程序的设计方法； 学习查表程序的编写方法。 二、实验预备知识

MCS－51系列单片机扩展8279芯片的工作原理和编程方法。 芯片74LS138。 芯片DS75451或者75452。 数码管的工作原理。 三、实验内容

分析接口电路，确定8279命令口地址和数据口地址。向8279显示缓冲区写入显示字符，采用“内部译码方式8位8段左端送入”显示方式，本程序由左到右显示“0123”或者“CAU.”字符。 四、实验接线及步骤

五、实验报告及要求

分析本实验所用的接口电路，写出各个芯片的作用。

总结8279可编程键盘扫描显示控制器编程方法，区别内部译码方式和外部译码方式，8279初始化方法，8279写显示缓冲区编程方法。 写出源程序，画出流程框图。 六、参考程序

ORG 0000H SJMP START ORG 0030H

START: MOV SP, #60H

MOV DPTR, #0XXXXH ;8279命令口地址 MOV A, #0D1H ;清显示命令 MOVX @DPTR, A

WAIT: MOVX A, @DPTR ;读状态字

JB ACC.7, WAIT ;清除等待（此句可以删除，视具体情况） MOV A, #34H ;时钟分频,由ALE时钟决定 MOVX @DPTR, A MOV A, #xxH ;显示器工作方式 MOVX @DPTR, A HERE: ACALL DISP ;调显示子程序 SJMP HERE

DISP: MOV DPTR, #0XXXXH ; 8279命令口地址 MOV A, #90H ;显示缓冲区地址是否自动加1 MOVX @DPTR, A MOV R1, #4 ;4位循环显示或者8位显示 MOV R2, #0 ;记录哪一位数据 TT: MOV DPTR, #TAB0123或者TABCAU MOV A, R2

MOVC A, #A+DPTR ;从表格中取出显示字符 MOV DPTR, #0XXXXH ; 8279数据口地址

MOVX @DPTR, A ;显示 INC R2

DJNZ R1, TT RET

TAB0123: DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，67H；0123456789 TABCAU: DB 39H，77H，3EH，80H，80H，80H，80H，80H，80H，80H；CAU. . . . . . . END

实验七 8051系列单片机显示接口实验II

一、实验目的

8051系列单片机与显示器的接口电路和编程方法。 掌握数码管显示原理及其一般显示电路的结构；

学习8255A可编程并行I／O口扩展芯片与8051系列单片机的接线方法，了解8255A以扫描方式显示LED数码管的编程方法，了解8255A芯片端口的输入输出操作； 掌握显示程序的设计方法； 学习查表程序的编写方法。 二、实验预备知识

MCS－51系列单片机扩展8255A芯片的工作原理和编程方法。 芯片74LS138。 四位数码管LG5641AH的工作原理。 三、实验内容

分析接口电路，确定8255A控制口地址和ABC端口地址。编程实现8031芯片的P1口进行输入，然后根据输入值显示到8255A芯片的AB口的四位数码管。B口为段选线，A口为位选线。 四、实验接线及步骤 五、实验报告及要求

分析本实验所用的接口电路，写出各个芯片的作用。

总结8255A可编程并行I／O口扩展芯片连接四位数码管动态扫描显示的编程方法。 写出源程序，画出流程框图。

实验八 8051系列单片机A/D实验

一、实验目的

8051系列单片机与A/D转换芯片的接口电路和编程方法。 掌握A/D转换原理；

学习ADC0809转换芯片与8051系列单片机的接线方法，8051用查询方式和中断方式对0809进行控制的编程方法；

掌握A/D转换程序的设计方法。 二、实验预备知识

MCS－51系列单片机扩展A/D转换芯片的工作原理和编程方法。 芯片ADC0809。 芯片74LS02。 电位器。 三、实验内容

给定一个可调的输入电平，采用自己编制的程序进行A/D转换，并检查读数是否正确。 四、实验接线及步骤

其他连线：

K1开关跳线置于ON

8MHz与Reset相连，T与GND相连 五、实验报告及要求

总结0809转换芯片的工作原理和编程方法。 写出源程序，画出流程框图。 六、参考程序（查询方式） ORG 0000H SJMP START ORG 0030H

START: MOV SP, #60H MOV DPTR, #0XXXXH ;参考电路图, 且指向输入通道IN0 MOV R1, #30H ;置数据区首址 MOV R7, #08H ;置通道数，这里是8个 READ: MOVX @DPTR, A ;启动A/D WAIT: JB P3.2, WAIT ;查询转换完否（INT0引脚）

MOVX A, @DPTR ;读转换结果 MOVX @R1, A ;存放数据 INC R1 ;指向下一个存储单元 INC DPTR ;指向下一个通道 DJNZ R7, READ ;循环 .。。。 END

第六章 参考资料

《单片机原理及接口技术》实验指导书

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《单片机原理及接口技术》实验指导书

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bvuj.html