單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教案

概述實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生對理論知識的應(yīng)用和深化，也是學(xué)生感受單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)過程,培養(yǎng)實(shí)際能力的重要環(huán)節(jié)，因此，必須科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。首先,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要包含單片機(jī)應(yīng)用的常用元器件、基本電路和基本技術(shù)，突出基礎(chǔ)訓(xùn)練，注重實(shí)用性；其次，實(shí)驗(yàn)必須反映電子技術(shù)和單片機(jī)的發(fā)展，盡量采用新技術(shù)、新元件，具有技術(shù)先進(jìn)性；第三，實(shí)驗(yàn)原理必須清楚，易于學(xué)生掌握，有一定的難度層次，便于因材施教；第四，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)裝置都應(yīng)易于組合、擴(kuò)充，使學(xué)生思維有一定的靈活性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。實(shí)驗(yàn)采用“單元模塊化”的教學(xué)方法，目的在于加強(qiáng)學(xué)生對知識的層次性和系統(tǒng)性的認(rèn)識，學(xué)會(huì)逐步學(xué)習(xí)知識和綜合運(yùn)用知識的方法。其思路是：首先將教學(xué)內(nèi)容按知識點(diǎn)分成若干個(gè)單元，每一單元達(dá)到一定的教學(xué)目的；其次，每一單元對知識內(nèi)容的要求和學(xué)生能力的要求都力求循序漸進(jìn)，一環(huán)扣一環(huán)；各個(gè)模塊的組合構(gòu)成對學(xué)生基本應(yīng)用能力的支撐。實(shí)驗(yàn)重視硬件和軟件的結(jié)合，注重系統(tǒng)能力的培養(yǎng)，通過實(shí)踐訓(xùn)練，最后達(dá)到對單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)整體掌握的目的。學(xué)生的綜合應(yīng)用能力將在課程設(shè)計(jì)中有所體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)一DICE-5103H單片機(jī)仿真開發(fā)系統(tǒng)的使用（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏煜し抡骈_發(fā)系統(tǒng)5103H實(shí)驗(yàn)箱，通過調(diào)試運(yùn)行幾個(gè)簡單的程序，練習(xí)手工匯編，并利用實(shí)驗(yàn)儀的小鍵盤輸入程序的機(jī)器碼、調(diào)試運(yùn)行程序，為以后的實(shí)驗(yàn)掌握必要的操作方法。 重點(diǎn)： 熟悉仿真開發(fā)系統(tǒng)5103H實(shí)驗(yàn)箱的使用，掌握手工匯編的方法和機(jī)器碼的錄入和程序的運(yùn)行、調(diào)試。DICE-5103H實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡介1．實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的資源分配1、CPU資源100％出借(棧頂資源共享)2、程序／數(shù)據(jù)資源分配：（1）仿真空間100％出借，目標(biāo)系統(tǒng)程序與數(shù)據(jù)尋址能力均達(dá)64KB；（2）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部存貯器空間分配如下：空間地址器件選用用途與說明0000H~0FFFFH27512／27256監(jiān)控管理空間0000H~7FFFH62256(32KB)仿真實(shí)驗(yàn)空間8000H~0FEFFH擴(kuò)充空間用戶自選空間E000H~FDFFHTV空間用戶自選空間（3）系統(tǒng)I／O口地址具體分配如下：口地址擴(kuò)展口名稱用途FF20H8155控制口寫方式字FF21H8155A口數(shù)碼管字位口FF22H8155B口數(shù)碼管字形口FF23H8155C口鍵盤掃描輸入口FF28H8255A口EPROM數(shù)據(jù)總線FF29H8255B口EPROM地址總線A0~A7FF2AH8255C口EPROM地址總線A8~A15FF2BH8255控制口寫方式字2、通用電路簡介DICE-51實(shí)驗(yàn)儀采用模塊式設(shè)計(jì)，包含有地址譯碼模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、并行接口模塊、串行接口模塊…….等。我們可以根據(jù)需要任意組合，完成不同的實(shí)驗(yàn)。下面簡單介紹幾個(gè)常用的模塊：ABABCE3E2E1Y4Y5Y6Y7Y0Y1Y2Y3C000HD000HE000HF000H8000H9000HA000HB000HP2.4(A12)P2.5(A13)P2.6(A14)P2.7(A15)圖1-1（2）LED顯示：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上裝有16只發(fā)光二極管及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路。見圖1—2的LI~L16為相應(yīng)發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)信號輸入端，該輸入端為低電平“0”時(shí)發(fā)光二極管亮。VCCVCCR15LED15L15R1LED1L1R2LED2L2R16LED16L16圖1-2（3）邏輯電平開關(guān)電路：見圖1-3實(shí)驗(yàn)臺上有8只開關(guān)K1~K8與之相對應(yīng)的K1~K8引線孔為邏輯電平輸出端。開關(guān)向上撥相應(yīng)插孔輸出高電平“1”，向下?lián)芟鄳?yīng)插孔輸出低電平“0圖1-3圖1-3K1K2K3K4K5K6K7K8（4）單脈沖電路：實(shí)驗(yàn)臺上單脈沖產(chǎn)生電路如圖1-4，標(biāo)有和的兩個(gè)引線插孔為正負(fù)單脈沖輸出端。附近按鈕AN為單脈沖按鈕，每按—次產(chǎn)生—個(gè)單脈沖。圖1圖1—4（5）計(jì)數(shù)器電路，該電路由1片74LS393組成。見圖1-5，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上U30的T0~T7為分頻輸出插孔，另—個(gè)插孔T為脈沖輸入端。該計(jì)數(shù)器在上電時(shí)由RESET信號清零。當(dāng)脈沖輸入為8.0MHz時(shí)，T0~T7輸出脈沖頻率依次為4.0MHz、2.0MHz、1.0MHz、500KHz，250KHz、125KHz，62.5KHz、31.25KHz。CLKCLKMRQ0Q1Q2Q31312CLKMRQ0Q1Q2Q312T4T5T6T7111098T0T1T2T33456TRST74LS393圖1—5(6)脈沖發(fā)生器電路：實(shí)驗(yàn)臺上提供一個(gè)8MHz的脈沖源，見圖1—6，實(shí)驗(yàn)臺上標(biāo)有8MHz的插孔即為脈沖的輸出端。圖1圖1—6實(shí)驗(yàn)臺上除以上通用電路外，還包括有常用微機(jī)接口電路，如A／D、D／A轉(zhuǎn)換電路、定時(shí)／計(jì)數(shù)器電路、鎖存器電路、緩沖電路、存儲器電路鍵盤電路以及數(shù)碼管顯示電路等。每一部分電路及連線方法將在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)部分詳細(xì)說明。實(shí)驗(yàn)二8051單片機(jī)的位處理功能實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩o定的邏輯表達(dá)式，（例如：Y=AVB，Y=A+B+C等）利用8051單片機(jī)的位處理功能模擬解邏輯表達(dá)式對應(yīng)的硬件電路。讓學(xué)生了解用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯電路的靈活性和方便性。重點(diǎn)： 利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的硬件資源，設(shè)計(jì)硬件連接，驗(yàn)證用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的邏輯功能的正確性。實(shí)驗(yàn)要求：讓學(xué)生回顧、觀察實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件資源，選擇信號輸入部件（控制輸入電平）、信號輸出顯示部件。設(shè)計(jì)單片機(jī)的引腳分配，并將信號輸入部件、信號輸出顯示部件連接到對應(yīng)的引腳。設(shè)計(jì)控制程序，運(yùn)行程序，使輸入遍歷所有可能的狀態(tài)，觀察輸出狀態(tài)是否正確，如有問題分析調(diào)試。寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)三 軟件實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：雙字節(jié)乘法的實(shí)現(xiàn)。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庥脜R編語言設(shè)計(jì)較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算程序的特點(diǎn)，掌握MCS-51匯編語言程序設(shè)計(jì)的過程和方法。實(shí)驗(yàn)原理：雙字節(jié)乘法。被乘數(shù)在R2B3中，乘數(shù)在R6R7中，結(jié)果存放在33H、32H、31H、30H中3、原理分析：單字節(jié)乘法指令MULAB結(jié)果的低字節(jié)在A寄存器中，高字節(jié)在B寄存器中；用R2B3表示被乘數(shù)R6R7表示乘數(shù)，若將每個(gè)字節(jié)看成256進(jìn)制數(shù)，考慮到高字節(jié)的位權(quán)是256即28,故可以根據(jù)下面的公式進(jìn)行乘法運(yùn)算：(R2B3)*(R6R7)＝(R2*28+R3)*(R6*28+R7)＝R2*R6*216+(R2*R7+R3*R6)*28+R3*R7*216表示需要左移2個(gè)字節(jié)；*28表示需要左移1個(gè)字節(jié)；故結(jié)果應(yīng)當(dāng)是：R2*R6R2*R6低字節(jié)R2*R7高字節(jié)R2*R7低字節(jié)R3*R6高字節(jié)（33H）R3*R6低字節(jié)R3*R7低字節(jié)R3*R7高字節(jié)＋R2*R6高字節(jié)（32H）（30H）（31H）實(shí)驗(yàn)要求：根據(jù)雙字節(jié)乘法的原理，畫出算法流程圖；根據(jù)流程圖編寫匯編語言的程序（定義輸入變量、輸出變量，便于控制和檢查）；運(yùn)行程序、檢查結(jié)果、調(diào)試程序。實(shí)驗(yàn)四 簡單輸入/輸出實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 利用實(shí)驗(yàn)箱提供的8個(gè)電平撥動(dòng)開關(guān)和16個(gè)LED發(fā)光二極管作為輸入輸出，對8051的P1口進(jìn)行編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?本單元實(shí)驗(yàn)是針8051的P1口編程的實(shí)驗(yàn)。通過本次實(shí)驗(yàn)，了解8051的P1口的特點(diǎn)（每一位都可以自由地定義為輸入或輸出）、掌握利用8051的P1口進(jìn)行I/O接口的擴(kuò)展技術(shù)。在應(yīng)用編程中要樹立系統(tǒng)的意識。實(shí)驗(yàn)要求：P1口的低4位接LED指示燈L1~L4，P1口的高4位接電平開關(guān)K1~K4；編程要求：讓P1口的低4位顯示高4位的輸入狀態(tài)：若Kn接低電平則接對應(yīng)位的Ln的LED燈亮，若Kn接高電平則接對應(yīng)位Ln的LED燈滅；該實(shí)驗(yàn)程序要構(gòu)成系統(tǒng)循環(huán)；對電平開關(guān)狀態(tài)的變化要有實(shí)時(shí)的反應(yīng)。運(yùn)行程序、檢查結(jié)果、調(diào)試程序。寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告思考題： 根據(jù)自定義的功能，按4個(gè)不同的鍵，LED顯示4種不同的閃亮花樣。實(shí)驗(yàn)五并行I/O可編程芯片接口擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 利用實(shí)驗(yàn)箱提供的8255模塊、電平撥動(dòng)開關(guān)和LED發(fā)光二極管作為輸入輸出，對8255的PA口、PB口、PC口進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，模擬交通燈的管理，學(xué)生也可以提出自己的創(chuàng)意，擬訂實(shí)驗(yàn)題目。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?本單元實(shí)驗(yàn)是針對可編程I/O接口芯片8255的實(shí)驗(yàn)。通過本次實(shí)驗(yàn)，了解可編程芯片帶有共性的特點(diǎn)（一般都具有控制端口、狀態(tài)端口、和數(shù)據(jù)端口，對可編程芯片的操作主要是向?qū)?yīng)的端口地址中讀寫數(shù)據(jù)）、掌握8255控制字的設(shè)置以及利用8255進(jìn)行I/O接口的擴(kuò)展技術(shù)。在應(yīng)用編程中要樹立系統(tǒng)的意識。實(shí)驗(yàn)要求：獨(dú)立選擇實(shí)驗(yàn)儀上的相關(guān)硬件資源，獨(dú)立設(shè)計(jì)；該實(shí)驗(yàn)程序要構(gòu)成系統(tǒng)循環(huán)；運(yùn)行程序、觀察結(jié)果、調(diào)試程序。寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)六鍵盤掃描和數(shù)碼管顯示綜合實(shí)驗(yàn)（綜合性實(shí)驗(yàn)，4學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 本單元實(shí)驗(yàn)是針對可編程I/O接口芯片8155的實(shí)驗(yàn)。通過對5103H實(shí)驗(yàn)箱鍵盤掃描部分和LED數(shù)碼管顯示部分電路原理的解析，編寫鍵盤掃描程序和LED數(shù)碼管顯示程序。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?在問題的解決中，CPU要同時(shí)處理鍵盤掃描和數(shù)碼管顯示問題，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要使鍛煉學(xué)生對CPU運(yùn)行時(shí)間的調(diào)度能力和對復(fù)雜問題的綜合處理能力。從應(yīng)用角度來說這也是一個(gè)基本的能力。實(shí)驗(yàn)要求：理解鍵盤掃描和數(shù)碼管顯電路的硬件原理和顯示掃描、鍵盤掃描的算法原理；設(shè)計(jì)顯示掃描子程序、鍵盤掃描子程序；設(shè)計(jì)一個(gè)能構(gòu)成系統(tǒng)循環(huán)的主程序，主程序中除完成系統(tǒng)的初始化外，還能夠不停的調(diào)用顯示子程序和鍵盤掃描子程序，把鍵盤輸入的鍵碼值以二進(jìn)制形式顯示在數(shù)碼管的最右2位；運(yùn)行程序、觀察結(jié)果、調(diào)試程序。寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)七8051單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，4學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：采用CTC中斷控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)，主程序循環(huán)主要進(jìn)行時(shí)間的顯示和鍵盤掃描，通過修改相關(guān)寄存器的值進(jìn)行時(shí)間設(shè)置。時(shí)間采用24小時(shí)制，利用實(shí)驗(yàn)箱上的數(shù)碼管顯示時(shí)間，時(shí).分.秒各使用2位數(shù)碼管。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸趩栴}的解決中，CPU要同時(shí)處理鍵盤掃描和數(shù)碼管顯示問題，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要使鍛煉學(xué)生對CPU運(yùn)行時(shí)間的調(diào)度能力和對復(fù)雜問題的綜合處理能力。實(shí)驗(yàn)要求：理解8051單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器電路的硬件原理和TMOD、TCON等相關(guān)寄存器的控制功能，會(huì)根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)置相關(guān)的寄存器；合理地分配主程序和中斷子程序的功能；顯示部分可以直接調(diào)用實(shí)驗(yàn)六的結(jié)果；運(yùn)行程序、觀察結(jié)果、調(diào)試程序。寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)八D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用實(shí)驗(yàn)箱上提供的0832模塊，進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換的硬件電路連接，編寫轉(zhuǎn)換程序，