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單片機(jī)原理綜合實(shí)驗(yàn)實(shí) 驗(yàn)指 導(dǎo)書(shū)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心目錄第一章 實(shí)驗(yàn)箱說(shuō)明1.1 功能介紹1.2 核心處理器簡(jiǎn)介1.3 硬件布局1.4 資源端口分配第二章 實(shí)驗(yàn)環(huán)境及工具介紹2.1 Keil C51安裝及使用2.2 USB驅(qū)動(dòng)安裝及下載軟件的使用第三章 單片機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 循環(huán)彩燈實(shí)驗(yàn)二 動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示實(shí)驗(yàn)三 44矩陣鍵盤(pán)實(shí)驗(yàn)四 液晶顯示實(shí)驗(yàn)五 D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)六 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)七 LED點(diǎn)陣顯示實(shí)驗(yàn)八 串口通信附錄1 常見(jiàn)問(wèn)題解答第一章 實(shí)驗(yàn)箱說(shuō)明1.1 功能介紹JSJDZ-型實(shí)驗(yàn)箱是一款具有實(shí)驗(yàn)儀、編程器、ISP下載線三種功能合一的綜合學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，適用于EDA技術(shù)及應(yīng)用和單片機(jī)原理課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及其他有關(guān)EDA和單片機(jī)設(shè)計(jì)的綜合實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)箱的特點(diǎn)有：l 集成ISP編程功能，支持USB2.0在線下載編程l 可以支持EDA與單片機(jī)兩種芯片的編程與開(kāi)發(fā)l 模塊種類(lèi)豐富多樣，適用于課本上的所有實(shí)驗(yàn)l 使用74LS244外擴(kuò)I/O口，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)l 用三檔開(kāi)關(guān)控制各模塊與MCU的連接與斷開(kāi)，電路連接方便l 外擴(kuò)引腳，適用于其他各種電子設(shè)計(jì)l 各模塊之間可同時(shí)啟用，方便綜合調(diào)試l 內(nèi)置開(kāi)關(guān)電源在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，人們常用單片機(jī)作為控制核心，單片機(jī)在端口數(shù)目、內(nèi)部定時(shí)器和中斷源的個(gè)數(shù)都有限，在實(shí)際工程應(yīng)用中不得不外部擴(kuò)展其它芯片才能滿足需要，這就使得硬件電路連線的復(fù)雜度增加，出現(xiàn)問(wèn)題的概率增加。 隨著電子工藝和技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程邏輯器件越來(lái)越來(lái)多的出現(xiàn)子在人們的生活中，它將復(fù)雜的數(shù)字電路集中于一塊芯片上，通過(guò)不同的配制文件使其產(chǎn)生不同的控制邏輯，F(xiàn)PGA和CPLD就是典型的可編程器件，雖然在結(jié)構(gòu)上不同，但是在實(shí)際中的作用很相似?，F(xiàn)在許多系統(tǒng)采用可編程器件作為控制核心，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比較，它被稱(chēng)為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由于內(nèi)部有豐富的數(shù)字邏輯單元，芯片的I/O引腳也較多，方便了電路的接口控制，提高了系統(tǒng)的整體性能及工作可靠性，也為系統(tǒng)的集成創(chuàng)造了條件。對(duì)于時(shí)序要求較高的電路采用FPGA作為控制器能使電路工作在較高的頻率，而CPLD則適合控制組合邏輯電路。CPLD/FPGA工作方式與單片機(jī)的相比，單片機(jī)的指令有固定的執(zhí)行方式，至少需要四個(gè)時(shí)鐘周期且時(shí)鐘頻率，而CPLD/FPGA的運(yùn)算執(zhí)行方式會(huì)根據(jù)實(shí)現(xiàn)該運(yùn)算的硬件電路方式的不同而不同，采用硬件描述語(yǔ)言以并行的方式來(lái)控制外圍器件，在同一時(shí)刻實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)器件的控制，工作完全由硬件完成不需要順序執(zhí)行軟件指令，所以其運(yùn)算的速度會(huì)遠(yuǎn)高于單片機(jī)。 由于可編程器件與單片機(jī)在應(yīng)用中各有優(yōu)點(diǎn)和不足，為了能將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，ALTERA公司提出了一種SOC的解決方案，它將處理器、存儲(chǔ)器、I/O、LVDS等系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的功能模塊集成到一個(gè)可編程的器件上，構(gòu)成了一個(gè)可編程的片上系統(tǒng)，SOPC是PLD和ASIC技術(shù)結(jié)合的結(jié)果，有人認(rèn)為SOPC代表了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向，但是該項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展有著不足，目前能夠?qū)崿F(xiàn)SOPC技術(shù)的FPGA芯片價(jià)格仍然很高，通過(guò)SOPC技術(shù)把FPGA芯片配制成單片機(jī)實(shí)現(xiàn)C語(yǔ)言對(duì)器件的編程控制，雖然避免了大量VHDL代碼的編寫(xiě)，編程的工作量減少了很多，卻占用了大量的硬件資源用于各種形成不同功能的寄存器 不能有效的去完成更多的工作，C語(yǔ)言的順序執(zhí)行使得芯片無(wú)法發(fā)揮同一時(shí)刻并行完成多項(xiàng)任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中完成相同功能的單片機(jī)的價(jià)格卻相當(dāng)便宜，在市場(chǎng)中想使自己的產(chǎn)品有優(yōu)勢(shì)，性?xún)r(jià)比是一個(gè)必須要考慮的因素。在價(jià)格和開(kāi)發(fā)難度上來(lái)說(shuō)，SOPC并不適合大多數(shù)人的要求，我們需要一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的解決方案。 可編程器件與單片機(jī)構(gòu)成的雙核控制器采用價(jià)格較低的EPM7128和AT89S52實(shí)現(xiàn)聯(lián)合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，既利用了兩類(lèi)控制器件的優(yōu)勢(shì)，還降低開(kāi)發(fā)的技術(shù)難度，適應(yīng)不同的開(kāi)發(fā)人員。在設(shè)計(jì)中開(kāi)發(fā)人員可以單獨(dú)使用單片機(jī)或CPLD來(lái)控制外圍器件，也可以相互通信配合使用來(lái)完成工作。 通過(guò)該雙核控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)一些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和高級(jí)實(shí)驗(yàn)，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括：獨(dú)立按鍵控制、陣列按鍵控制、LED燈的控制、蜂鳴器的控制；高級(jí)實(shí)驗(yàn)包括：溫度采集實(shí)驗(yàn)、光照度采集實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器EEPROM的使用。在通信方面完成RS232串口通信、RS485通信、紅外通信、無(wú)線數(shù)字通信實(shí)驗(yàn)。 現(xiàn)在許多開(kāi)發(fā)板都將程序下載器單獨(dú)作為一部分，一頭是通過(guò)排線將它們與開(kāi)發(fā)板連在一起，另一頭通過(guò)并口線或串口線與PC機(jī)相連。不僅使用時(shí)插拔比較麻煩，還可能由于多次的連接損壞電路連接部分造成開(kāi)發(fā)板無(wú)法被寫(xiě)入程序，而該雙核控制器的程序下載由并口線來(lái)完成，CPLD和單片機(jī)的下載電路都做在開(kāi)發(fā)板上，開(kāi)發(fā)人員只需要用一根并口線將開(kāi)發(fā)板和PC機(jī)連接在一起就能順利實(shí)現(xiàn)程序的寫(xiě)入，下載程序時(shí)只要通過(guò)跳冒連接就可以工作，平時(shí)可以作為普通的I/O引腳使用。 現(xiàn)在許多外圍器件的工作速度很高，使用CPLD來(lái)控制就能使其有效的工作，既實(shí)現(xiàn)了高速，還可以利用CPLD的豐富I/O引腳實(shí)現(xiàn)多個(gè)外圍器件的同時(shí)控制，充分發(fā)揮了CPLD的優(yōu)勢(shì)，得到的數(shù)據(jù)會(huì)有8位、10位、 12位、16位等。同過(guò)串行線將數(shù)據(jù)送給單片機(jī)，由單片機(jī)內(nèi)有特殊功能的寄存器，在數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算優(yōu)于CPLD ，適合完成對(duì)工作頻率要求不高的整體任務(wù)分配和數(shù)據(jù)后期處理，這樣就能發(fā)揮雙方的優(yōu)勢(shì)更好的完成設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。圖1 單片機(jī)與CPLD芯片圖 2 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板CPLD與單片機(jī)的雙向串行通信原理1. 1單片機(jī)到CPLD的串行通信單片機(jī)到CPLD的串行通信接口電路是利用VHDL語(yǔ)言在CPLD設(shè)計(jì)一個(gè)串行輸入并行輸出的八位移位寄存器，其端口與單片機(jī)的P01-P03相連，如圖2所示。CS為片選信號(hào)，當(dāng)其為低電平時(shí)使能八位寄存器，當(dāng)DCLOCK的信號(hào)的上升沿到達(dá)CLK端口時(shí)，八位移位寄存器就會(huì)將單片機(jī)輸出到EXIN的一位數(shù)據(jù)移入；當(dāng)單片機(jī)A寄存器中的八位數(shù)據(jù)欲傳給CPLD時(shí)，就在P02連續(xù)產(chǎn)生八次上升沿，單片機(jī)便順次將數(shù)據(jù)移到EXIN，八次后A中的數(shù)據(jù)段就會(huì)出現(xiàn)在CPLD的CXOUT中。 圖2 單片機(jī)到CPLD的串行通信接口電路1.2 CPLD到單片機(jī)的串行通信CPLD到單片機(jī)的串行通信與單片機(jī)到CPLD串行通信類(lèi)似，只不過(guò)八位寄存器改為并入串出，其端口入圖3所示。當(dāng)單片機(jī)的CS=1時(shí)，待發(fā)的數(shù)據(jù)被加載到BXIN上，當(dāng)CLK上升沿到來(lái)時(shí)，將數(shù)據(jù)一位一位移出至BXOUT上，與此同時(shí)，單片機(jī)一位一位地接收來(lái)自BXOUT上的數(shù)據(jù)。在CLK八個(gè)上升沿后，加載到BXIN的數(shù)據(jù)便被傳送至單片機(jī)的A寄存器中。圖3 由CPLD到單片機(jī)的并入串出移位寄存器由于單片機(jī)端口有限，所以大部分外圍器件連線靠CPLD來(lái)連接，而對(duì)時(shí)序要求較高的確那些外圍器件則靠單片機(jī)來(lái)間接控制。所謂間接控制就是指應(yīng)用者自定義很多命令字，每個(gè)命令字對(duì)應(yīng)著CPLD的一項(xiàng)或多項(xiàng)操作。當(dāng)單片機(jī)想讓某外部器件實(shí)現(xiàn)某種功能時(shí)，可以通過(guò)串行通信把命令字傳送給CPLD；CPLD接收到命令后并判斷該命令字，便在EN上升沿到來(lái)后執(zhí)行相應(yīng)的工作，值得注意的是：命令字送到CPLD后，只有在EN的上升沿到來(lái)后，CPLD才能執(zhí)行相應(yīng)的操作。這是為了防止命令字在傳送其間使CPLD引起誤動(dòng)作。當(dāng)外部器件有中斷信息反饋到控制器時(shí)，也可將特定的命令字由CPLD傳送至單片機(jī)，使單片機(jī)產(chǎn)生產(chǎn)生中斷進(jìn)行處理，。但無(wú)論有多少個(gè)外圍器件需產(chǎn)生中斷控制，都應(yīng)由CPLD在單片機(jī)的INT0處產(chǎn)生中斷。在單片機(jī)的中斷子程序中，運(yùn)行由CPLD向單片機(jī)的串行通信子程序，將特定的命令字讀到A寄存器中，從而可知是那個(gè)外圍器件產(chǎn)生中斷（由應(yīng)用者自行定義），進(jìn)而可知需何種外部操作。 本雙核控制器開(kāi)發(fā)板將控制芯片CPLD和單片機(jī)的I/O引腳都引出來(lái)，與外圍器件的連接由跳冒短接，開(kāi)發(fā)人員如果想利用該芯片完成外部其它的模塊控制，可以使用杜邦線將相應(yīng)的引腳相連，大大方便了用戶的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)。在項(xiàng)目訓(xùn)練和應(yīng)用開(kāi)發(fā)中非常靈活方便，這里采用的是八位命令字，最多可定義256個(gè)命令字。由于同時(shí)采用了單片機(jī)和CPLD，因此編程非常方便靈活，工程人員可根據(jù)自身特點(diǎn)而相應(yīng)選擇。例如，有些人的單片機(jī)的編程能力要比VHDL語(yǔ)言的編程要好一些，那他便可在VHDL語(yǔ)言中把對(duì)命令字的操作定義的簡(jiǎn)單一些；若是想簡(jiǎn)化單片機(jī)的編程，則可使VHDL語(yǔ)言編程中特定的命令字對(duì)應(yīng)的操作復(fù)雜一些。單片機(jī)的編程過(guò)程就是對(duì)A寄存器寫(xiě)不同的命令字，然后調(diào)用串行通信子程序的過(guò)程。若是VHDL的命令字對(duì)應(yīng)的程序簡(jiǎn)單些，則要完成對(duì)某特定外圍器件的操作所需要的命令字調(diào)用就會(huì)多一些。反之亦然?？傊脝纹瑱C(jī)與CPLD構(gòu)成的雙控制器，在學(xué)習(xí)與項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中要比用它們各自獨(dú)立開(kāi)發(fā)項(xiàng)目要容易的多。1.2核心處理器簡(jiǎn)介二實(shí)驗(yàn)板上的單片機(jī)芯片簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)板采用的是AT89s52單片機(jī)，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得at89s52單片機(jī)為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。P0 口： P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG： 地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無(wú)效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè)ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。PSEN: 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP: 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1: 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2: 振蕩器反相放大器的輸出端。1.3 硬件布局串口通信模塊LCD顯示模塊數(shù)碼管顯示模塊CPLD程序下載模塊電源模塊單片機(jī)程序下載模塊測(cè)溫模塊CPLD I/O擴(kuò)展獨(dú)立按鍵及開(kāi)關(guān)PTR2000彩燈指示模塊蜂鳴器CPLD主控芯片（EPM7128）單片機(jī)主控芯片AT89S52PWM電機(jī)控制模塊微型打印機(jī)點(diǎn)陣顯示模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊D/A轉(zhuǎn)換模塊44矩陣鍵盤(pán)模塊單片機(jī)I/O口擴(kuò)展圖1 JSJDZ-型實(shí)驗(yàn)箱各模塊布局1.4 資源端口分配表一：?jiǎn)纹瑱C(jī)端口分配端口資源1資源2資源3資源4資源5P0.0彩燈D0數(shù)碼管段aLCD D0點(diǎn)陣 LOADD/A D0P0.1彩燈D1數(shù)碼管段bLCD D1點(diǎn)陣 CLKD/A D1P0.2彩燈D2數(shù)碼管段cLCD D2點(diǎn)陣 DID/A D2P0.3彩燈D3數(shù)碼管段dLCD D3點(diǎn)陣 MXD/A D3P0.4彩燈D4數(shù)碼管段eLCD D4點(diǎn)陣 HXD/A D4P0.5彩燈D5數(shù)碼管段fLCD D5D/A D5P0.6彩燈D6數(shù)碼管段gLCD D6D/A D6P0.7彩燈D7數(shù)碼管段hLCD D7D/A D7P1.04*4鍵盤(pán)L4A/D OUTPWM P2+P1.14*4鍵盤(pán)L3A/D EOCPWM P2P1.24*4鍵盤(pán)L2A/D CLKPWM P2-P1.34*4鍵盤(pán)L1A/D ESPWM P1+P1.44*4鍵盤(pán)H4A/D CSPWM P1P1.54*4鍵盤(pán)H318B20PWM P1-P1.64*4鍵盤(pán)H2獨(dú)立按鍵P1.74*4鍵盤(pán)H1獨(dú)立按鍵P2.0數(shù)碼管 ALCD RS點(diǎn)陣 AP2.1數(shù)碼管 BLCD R/W點(diǎn)陣 BP2.2數(shù)碼管 CLCD E點(diǎn)陣 CP2.3P2.4P2.5P2.6獨(dú)立按鍵蜂鳴器P2.7獨(dú)立按鍵P3.0串口 ROPTR2000 ROP3.1串口 RIPTR2000 DIP3.2串口 DIP3.3P3.4PTR2000 TX電機(jī)測(cè)速 D/A CSP3.5P3.6P3.7第二章 實(shí)驗(yàn)環(huán)境及工具介紹2.2 Keil C51安裝及使用2.2.1 安裝1）打開(kāi)Keil，雙擊setup文件夾，再雙擊Setup.exe。2） 選擇。3) 之后按默認(rèn)的即可。4）安裝成功。2.2.2建立您的第一個(gè)項(xiàng)目開(kāi)始程序運(yùn)行Keil uVision2幾秒后，出現(xiàn)如圖31的屏幕。圖31啟動(dòng)時(shí)的屏幕接著按下面的步驟建立您的第一個(gè)項(xiàng)目：（1）新建工程。點(diǎn)擊Project菜單，選擇彈出的下拉式菜單中的New Project，如圖32。接著彈出一個(gè)名為“Create New Project”的對(duì)話框，如圖33，先選擇一個(gè)合適的文件夾準(zhǔn)備來(lái)存放工程文件，如“C51” 是新建的文件夾。在文件名中輸入您的第一個(gè)程序項(xiàng)目名稱(chēng)，這里我們用test，保存后的文件擴(kuò)展名為uv2，這是KEIL uVision2項(xiàng)目文件擴(kuò)展名，以后我們可以直接點(diǎn)擊此文件以打開(kāi)先前做的項(xiàng)目。我們建議：今后每新建一個(gè)工程都要在適當(dāng)?shù)拇疟P(pán)位置新建一個(gè)文件夾用來(lái)保存工程文件，以方便管理，并養(yǎng)成良好的習(xí)慣。圖32New Project菜單圖33文件窗口（2）選擇單片機(jī)。緊接著，Keil C51 提示您選擇CPU 器件。8051 內(nèi)核單片機(jī)最早是由鼎鼎大名的Intel 公司發(fā)明的，后來(lái)其他廠商如Philips、Atmel、Winbond 等先后推出其兼容產(chǎn)品，并在8051 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了許多增強(qiáng)功能。在這里我們選擇Atmel公司的AT89S51。此時(shí)屏幕如圖34所示。圖14選取芯片接下來(lái)彈出一個(gè)如圖3-5 所示的對(duì)話框。該對(duì)話框提示您是否要把標(biāo)準(zhǔn)8051 的啟動(dòng)代碼添加到工程中去。Keil C51 既支持C 語(yǔ)言編程也支持匯編語(yǔ)言編程。如果打算用匯編語(yǔ)言寫(xiě)程序，則應(yīng)當(dāng)選擇“否(N)”；如果打算用C 語(yǔ)言寫(xiě)程序，一般也選擇“否(N)”，但是，如果用到了某些增強(qiáng)功能需要初始化配置時(shí)，則可以選擇“是(Y)”。在這里，我們選擇“否(N)”，即不添加啟動(dòng)代碼。圖35 選擇是否要添加啟動(dòng)代碼至此，一個(gè)空的Keil C51 工程建立完畢。（3）首先我們要在項(xiàng)目中創(chuàng)建新的程序文件或加入舊程序文件。點(diǎn)擊圖36中1的新建文件的快捷按鈕，在2中出現(xiàn)一個(gè)名為“Text n”（其中n 表示序號(hào)）的文檔，或通過(guò)菜單FileNew或快捷鍵Ctrl+N來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖16 新建程序文件 點(diǎn)擊圖36中的3保存新建的程序，也可以用菜單FileSave或快捷鍵Ctrl+S進(jìn)行保存。因是新文件所以保存時(shí)會(huì)彈出如圖37的文件操作窗口，我們把第一個(gè)匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序命名為test1.asm，保存在項(xiàng)目所在的目錄中。注意：擴(kuò)展名“.asm”不可省略。圖3-7 保存新建的源程序文件（4）添加源程序文件到工程中。現(xiàn)在，一個(gè)空的源程序文件“test1.asm”已經(jīng)建立，但是這個(gè)文件與剛才新建的工程之間并沒(méi)有什么內(nèi)在聯(lián)系。我們需要把它添加到工程中去。單擊Keil C51 軟件左邊項(xiàng)目工作窗口“Target 1”上的“”，將其展開(kāi)。然后右擊“Source Group 1”文件夾，會(huì)彈出如圖3-8 所示的選擇菜單。單擊其中的“Add Files to Group Source Group 1”項(xiàng)，將彈出如圖3-9 所示的對(duì)話框。圖38 把文件加入到項(xiàng)目文件組中圖39 選擇文件請(qǐng)?jiān)谖募?lèi)型下拉列表中選擇Asm source file源文件，再選擇剛剛保存的文件“test1.asm”，按ADD按鈕（請(qǐng)不要多次點(diǎn)擊“Add”按鈕），最后按“Close”按鈕，程序文件已加到項(xiàng)目中了。這時(shí)可以點(diǎn)擊Source Group1文件夾圖標(biāo)左邊的“+” 展開(kāi)后查看。 （5） 現(xiàn)在開(kāi)始輸入源程序。先最大化“test1.asm”源程序窗口，然后請(qǐng)按實(shí)驗(yàn)一程序清單輸入程序代碼。;-入口程序 -ORG 0000H ;程序執(zhí)行開(kāi)始地址LJMP START ;跳到標(biāo)號(hào)START執(zhí)行;- 主 程 序 -START:MOVP0,#01111111B; 點(diǎn)亮最下面的LED，即P1_7口低電平 LCALL DELAY50;延時(shí)50毫秒 MOV P0,#10111111B; 點(diǎn)亮下面第二個(gè)LED，即P0_6口低電平 LCALL DELAY50;延時(shí)50毫秒 MOV P0,#11011111B;LED依次點(diǎn)亮 （以下省略） LCALL DELAY50;延時(shí)50毫秒 MOV P0,#11101111B LCALL DELAY50;延時(shí)50毫秒 MOV P0,#11110111B LCALL DELAY50;延時(shí)50毫秒 MOV P0,#11111011B LCALL DELAY50;延時(shí)50毫秒 MOV P0,#11111101B LCALL DELAY50;延時(shí)50毫秒 MOV P0,#11111110B LCALL DELAY50;延時(shí)50毫秒 MOV P0,#11111111B;完成第一次循環(huán)點(diǎn)亮,延時(shí)約0.25秒 LCALL DELAY50;延時(shí)50毫秒 AJMP START;反復(fù)循環(huán);-延時(shí)子程序，12M晶振延時(shí)約50毫秒-DELAY50:MOV R4,#5L3: MOV R2,#20L1: MOV R3,#248 DJNZ R3 ,$DJNZ R2 ,L1DJNZ R4 ,L3 RET END（6）單擊Keil C51 工具欄的“”圖標(biāo)，彈出名為“Options for Target Target 1”的對(duì)話框。單擊“Output”標(biāo)簽頁(yè)，選中“Create HEX File”項(xiàng)，然后“確定”。參見(jiàn)圖3-10。圖3-10 編譯環(huán)境設(shè)置（7）我們先來(lái)看圖311，圖中1、2、3都是編譯按鈕，不同是1是用于編譯單個(gè)文件；2是編譯當(dāng)前項(xiàng)目，如果先前編譯過(guò)一次之后文件沒(méi)有做動(dòng)編輯改動(dòng)，這時(shí)再點(diǎn)擊是不會(huì)再次重新編譯的；3是重新編譯，每點(diǎn)擊一次均會(huì)再次編譯鏈接一次，不管程序是否有改動(dòng)。在3右邊的是停止編譯按鈕，只有點(diǎn)擊了前三個(gè)中的任一個(gè)，停止按鈕才會(huì)生效。5是菜單中的它們。這個(gè)項(xiàng)目只有一個(gè)文件，你按123中的一個(gè)都可以編譯。在4中可以看到編譯的錯(cuò)誤信息和使用的系統(tǒng)資源情況等，以后我們要查錯(cuò)就靠它了。單擊工具欄的按鈕“”編譯當(dāng)前源程序。編譯結(jié)果會(huì)顯示在輸出窗口4內(nèi)。如果是“0 Error(s), 0 Warning(s).”就表示程序沒(méi)有問(wèn)題了（至少是在語(yǔ)法上不存在問(wèn)題了）。如果存在錯(cuò)誤或警告，雙擊錯(cuò)誤，在源程序的錯(cuò)誤行前會(huì)出現(xiàn)，修改后，再編譯，直到通過(guò)為止。圖311 編譯程序（8）編譯后的結(jié)果會(huì)生成Intel HEX 格式的程序文件“test1.hex”，如圖1-12。該文件可以被專(zhuān)門(mén)的芯片燒寫(xiě)工具（例如Top2004 編程器）載入并最終燒錄到具體的芯片中。芯片安裝到自己的電路板上，通電，就可以運(yùn)行里面的程序了。圖312編譯信息窗口至此，您可以把編譯好的文件燒到了芯片上。2.3 USB驅(qū)動(dòng)安裝及使用2.3.1 USB驅(qū)動(dòng)安裝(1) 將USBasp 插入到USB 口，電腦右下腳會(huì)找到新硬件提示。(2) 找到新硬件后，電腦會(huì)彈出新硬件向?qū)А?3) 選擇驅(qū)動(dòng)程序所在的文件夾。(4) 安裝驅(qū)動(dòng)。(5) 完成驅(qū)動(dòng)安裝。(6) 完成并可以使用。(7) 大家可以查看一下設(shè)備管理器，是不是電腦多了一個(gè)設(shè)備。2.3.2 使用progisp1.66下載(1) 打開(kāi)progisp1.66.exe，選擇下載線、下載端口、目標(biāo)芯片。 (2)點(diǎn)擊“RD”按鈕，可以驗(yàn)證芯片。如果目標(biāo)芯片和USBasp 下載線沒(méi)有問(wèn)題的話，軟件沒(méi)有反映，而USBasp 板上的燈閃一下。如果目標(biāo)芯片或USBasp 下載線有問(wèn)題，則常會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題提示對(duì)話框如下：(a) (b) (c) (a)表示找不到USBasp 下載線，此時(shí)請(qǐng)檢查USBasp 下載線是否插上，USBasp 下載線是否有電路問(wèn)題。 (b)表示找不到目標(biāo)芯片，此時(shí)請(qǐng)檢查目標(biāo)電路板是否插上，目標(biāo)電路板是否有電路問(wèn)題。(c)表示找到了芯片，但不是選中的芯片，此時(shí)請(qǐng)檢查選擇的芯片是否與實(shí)際的芯片相同。(3)調(diào)入*.hex 文件，完成燒寫(xiě)。 (4)其它。第三章 單片機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 循環(huán)彩燈一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板、Keil C51軟件使用2. 學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單程序的調(diào)試方法3學(xué)習(xí)延時(shí)子程序的編寫(xiě)和使用4學(xué)習(xí)P0口的使用方法二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容P0口做輸出口，接八只發(fā)光二極管，編寫(xiě)程序，使發(fā)光二極管循環(huán)點(diǎn)亮。三、 實(shí)驗(yàn)原理八個(gè)發(fā)光二極管D0D7 分別接在單片機(jī)的P0.0P0.7接口上，輸出“0”時(shí)，發(fā)光二極管亮，按P0.0P0.1P0.2P0.3P0.7P0.6P0.0 逐一點(diǎn)亮，重復(fù)循環(huán)。硬件電路如圖1-1所示。 圖1-1 我們可以運(yùn)用輸出端口指令MOV P0，A或MOV P0，DATA，只要給累加器值或常數(shù)值，然后執(zhí)行上述的指令，即可達(dá)到輸出控制的動(dòng)作。每次送出的數(shù)據(jù)是不同，具體的數(shù)據(jù)如下表1-1 所示。表1-1：P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0說(shuō)明D7D6D5D4D3D2D1D011111110D0亮11111101D1亮11111011D2亮11110111D3亮11101111D4亮11011111D5亮10111111D6亮01111111D7亮四、 實(shí)驗(yàn)步驟1.將三檔開(kāi)關(guān)K29撥到最下（指向89S51），其它開(kāi)關(guān)都撥到中間，插上USB下載線，打開(kāi)電源。2打開(kāi)KEIL軟件，在所建的項(xiàng)目文件中輸入源程序，進(jìn)行編譯，編譯無(wú)誤后，將生成的.HEX文件用Proisp下載到單片機(jī)中。3.觀察實(shí)驗(yàn)板上小燈的現(xiàn)象，看是否符合實(shí)驗(yàn)要求。如果未到達(dá)實(shí)驗(yàn)要求，修改程序，重復(fù)2操作，直至達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。五、 程序代碼1 匯編程序代碼： ORG 0000H AJMP START ORG 0030HSTART: MOV SP,#60H MOV R2,#8 MOV A,#0FEH SETB CLOOP: MOV P0,A ;左移 LCALL DELAY RLC A DJNZ R2,LOOP MOV R2,#8 RRC ALOOP1: MOV P0,A ;右移 LCALL DELAY RRC A DJNZ R2,LOOP1 LJMP STARTDELAY: MOV R5,#20 ;延時(shí)D1: MOV R6,#20D2: MOV R7,#200 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D2 DJNZ R5,D1 RET END2 C編程序代碼：#includevoid delay10ms(unsigned int count);zy_a1();yy_a1();/-主函數(shù)- main() while(1) zy_a1(); yy_a1(); /-左移模塊 逐漸點(diǎn)亮- zy_a1() unsigned char i,temp,a; /聲明無(wú)符號(hào)型變量i,temp,a temp=0xfe; /左移初始值 for(i=0;i8;i+) /設(shè)置移動(dòng)位數(shù) a=tempi; /燈左移i位 P0=a; /輸出 delay10ms(50); /延時(shí) /-右移模塊 逐漸點(diǎn)亮- yy_a1() unsigned char i,temp,a; /聲明無(wú)符號(hào)型變量i,temp,a temp=0xff; /左移初始值 for(i=0;ii; /燈左移i位 P0=a; /輸出 delay10ms(50); /延時(shí) /-延時(shí)-void delay10ms(unsigned int count) /延時(shí)函數(shù) int i,j,k; for(i=0;icount;i+) for(j=0;j10;j+) for(k=0;k120;k+); 六、 實(shí)驗(yàn)思考1. 改用查表法實(shí)現(xiàn)上述功能。2. 改動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)循環(huán)速度的變化。3. 改動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)其他形式的循環(huán)彩燈。4. 試著用PWM方式，改變小燈的亮度。實(shí)驗(yàn)二 動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理2. 了解74LS138譯碼器的原理3. 了解數(shù)碼管編碼的原理二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用實(shí)驗(yàn)儀提供的數(shù)碼管顯示電路,動(dòng)態(tài)顯示“09-10-01”字樣。三、 實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)儀提供了8 位8段碼LED顯示電路，學(xué)生只要按地址輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示器的控制。電路原理圖如圖2-1所示。系統(tǒng)板上硬件連線說(shuō)明如下：（1）單片機(jī)的P0.0-P0.7連接到8位數(shù)碼管的a-h段上。顯示內(nèi)容與單片機(jī)P0口輸出數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2-1所示。（2）單片機(jī)的P2.0-P2.2連接到74LS138譯碼器的A-C上。74LS138譯碼的輸出端Y0-Y7連接到數(shù)碼管的COM0-COM7上。單片機(jī)P2.0-P2.1輸出數(shù)據(jù)與數(shù)碼管選通位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2-2所示。圖2-1表2-1：P0口輸出數(shù)據(jù)與數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)線P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0對(duì)應(yīng)顯示段Dpgfedcba0C0110000001F9111110012A4101001003B0101100004991001100159210010010682100000107F8111110008801000000099010010000-BF10111111表2-2：P2.0-P2.2輸出與數(shù)碼管位選通對(duì)應(yīng)關(guān)系P2.2P2.1P2.0數(shù)碼管位0通000數(shù)碼管位1通001數(shù)碼管位2通010數(shù)碼管位3通011數(shù)碼管位4通100數(shù)碼管位5通101數(shù)碼管位6通110數(shù)碼管位7通111四、 實(shí)驗(yàn)步驟1將三檔開(kāi)關(guān)LED撥到最下（指向89S51），其它開(kāi)關(guān)都撥到中間，插上USB下載線，打開(kāi)電源。2打開(kāi)KEIL軟件，在所建的項(xiàng)目文件中輸入源程序，進(jìn)行編譯，編譯無(wú)誤后，將生成的.HEX文件用Proisp下載到單片機(jī)中。3觀察實(shí)驗(yàn)板上數(shù)碼管顯示的現(xiàn)象，看是否符合實(shí)驗(yàn)要求。如果未到達(dá)實(shí)驗(yàn)要求，修改程序，重復(fù)2操作，直至達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。五、 程序代碼1匯編程序代碼 ORG 0000H AJMP START ORG 0030HSTART: MOV SP,#60HMAIN: MOV R2,#8 ;主程序 LOOP: MOV DPTR,#TAB1 MOV A,R2 MOVP2,A MOVCA,A+DPTR MOV DPTR,#TAB0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY DEC R2 CJNE R2,#0FFH,LOOP AJMP MAINDELAY: MOV R6,#20 ;延時(shí)NEXT: MOV R7,#50 DJNZ R7,$ DJNZ R6,NEXT RETTAB0: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H,0BFH ;共陽(yáng)碼 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9,-TAB1: DB 01H,00H,0AH,00H,01H,0AH,09H,00H ;09-10-01 3 C編程序代碼#include#define uchar unsigned charuchar code table0=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf;uchar code table1=0x01,0x00,0x0a,0x00,0x01,0x0a,0x09,0x00;void delay();main() /主函數(shù) uchar i,j,d; for(i=0;i9;i+) j=table1i; d=table0j; P2=i; P0=d; delay(); void delay() /延時(shí)函數(shù) uchar m,n; for(m=0;m5;m+) for(n=0;n5;n+); 六、 實(shí)驗(yàn)思考1 更改程序，改變顯示內(nèi)容。2 不用查表法，試用其他方法編寫(xiě)程序。3 只顯示其中一部分，不完全顯示8位。實(shí)驗(yàn)三 44矩陣鍵盤(pán)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握鍵盤(pán)和顯示器的接口方法和編程方法2掌握矩陣鍵盤(pán)的使用及鍵盤(pán)掃描程序的設(shè)計(jì)方法3掌握軟件法按鍵消抖的原理二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用實(shí)驗(yàn)儀提供的鍵盤(pán)掃描電路和顯示電路,做一個(gè)掃描鍵盤(pán)和數(shù)碼顯示實(shí)驗(yàn)，把按鍵輸入的鍵碼在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。 三、 實(shí)驗(yàn)原理1.實(shí)驗(yàn)箱上有一個(gè)16鍵的矩陣鍵盤(pán)，分為4行4列。4行作為輸入線分別連接到單片機(jī)的P1.0P1.3，4列輸出線分別連接到單片機(jī)的P1.4P1.7。行列式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1圖中鍵盤(pán)的行線X0X3通過(guò)電阻接+5V，當(dāng)鍵盤(pán)沒(méi)有鍵閉合時(shí)，所有的行線和列線斷開(kāi)，行線X0X3均呈高電平。當(dāng)鍵盤(pán)上某一鍵閉合時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線與列線短路，此時(shí)該行線的電平將由被短路的列線電平所決定。如果將行線接至單片機(jī)的輸入端口，列線接至單片機(jī)的輸出端口，則在單片機(jī)的控制下使列線Y0為低電平，其余三根列線Y1、Y2、Y3均為高電平，然后單片機(jī)讀輸入口狀態(tài)(即鍵盤(pán)行線狀態(tài))，若X0、X1、X2、X3均為高電平，則Y0這一列上沒(méi)有鍵閉合，如果讀出的行線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的行線和0相交的鍵處于閉合狀態(tài)。如果Y0這一列沒(méi)有鍵閉合，緊接著使列線Y1為低電平，其余列線為高電平，用同樣的方法檢查Y1這一列有無(wú)鍵閉合，如此類(lèi)推。這種逐行逐列地檢查鍵盤(pán)狀態(tài)的過(guò)程稱(chēng)為對(duì)鍵盤(pán)的掃描。CPU對(duì)鍵盤(pán)的掃描可以采取程序控制的隨機(jī)方式，CPU空閑時(shí)才掃描鍵盤(pán)；也可以采取定時(shí)控制方式，每隔一段時(shí)間，CPU對(duì)鍵盤(pán)掃描一次；還可以采用中斷方式，當(dāng)鍵盤(pán)上有鍵閉合時(shí)，向CPU請(qǐng)求中斷，CPU響應(yīng)鍵盤(pán)發(fā)出的中斷請(qǐng)求，對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，以識(shí)別哪一個(gè)鍵處于閉合狀態(tài)，并對(duì)鍵輸入信息作相應(yīng)處理。CPU對(duì)鍵盤(pán)上閉合鍵號(hào)的確定，可以根據(jù)行線的狀態(tài)計(jì)算求得，也可以查表求得。鍵盤(pán)布置及鍵值如表3-1所示。 表3-1：第4列第3列第2列第1列行輸入P1.300H01H02H03H第4行行P1.204H05H06H07H第3行P1.108H09H0AH0BH第2行P1.00CH0DH0EH0FH第1行P1.7P1.6P1.5P1.4列輸出表3-1 鍵盤(pán)布置及鍵值2.鍵盤(pán)接口及程序設(shè)計(jì)鍵輸入程序的