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单片机原理

单片机原理. 实验教学 电子 教案. 实验一 数据传送实验. 实验目的 ： （ 1 ）学习使用伟福仿真软件 （ 2 ）掌握 8031 内部 RAM 和外部 RAM 之间数据传送特点和应用。 （ 3 ）复习数据传送指令。. 实验原理 ：

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  1. 单片机原理 实验教学电子教案

  2. 实验一 数据传送实验 实验目的： （1）学习使用伟福仿真软件 （2）掌握8031内部RAM和外部RAM之间数据传送特点和应用。 （3）复习数据传送指令。

  3. 实验原理 ： 图1.1为6264外部RAM的扩展原理图，8031的P0口为RAM的复式地址数据线，P2口的P2.5-P2.7用于对RAM进行片选（通过74LS138译码器）。在外部RAM读/写期间，CPU产生RD/WR信号。P2口输出外部8位地址，P0口分时传送低8位地址。

  4. 高8地址位 P2 ALE MCS-51 P0 PSEN EA 锁存器 外部程序存储器 图1.1 MCS-51与外部数据存储器的接口逻辑

  5. 实验仪器及器件 ： 伟福系列仿真器、CPU586计算机、实验目标板、WD-4微机稳压电源 实验内容与要求: 1、指定内部RAM中某块的起始地址和长度，要求将其内容清零 。 2、指定外部RAM中某块的起始地址和长度，要求将其内容清零。 3、指定外部RAM中某块的起始地址和长度，要求将其置为固定值。 4、根据MCS-51与外部数据存储器的接口逻辑原理，编写数据传送程序，使8031内部RAM30H-3FH置初值10H-1FH，然后传送到外部RAM2000H-200FH中，再将2000H-200FH中内容传送到8031内部RAM50H-5FH中。

  6. 实验步骤 ： 1、开启稳压电源，将其输出调到+5V/-5V。 2、关闭稳压电源，将实验目标板电源线+5V端和接地端分别接到稳压电源的+5V端和接地端。 3、连接6264器件地址CS到译码器CS1端，使其地址为2000H。 4、检查无误，开启稳压电源。 5、输入预习编写程序，汇编通过后单步、断点连续运行程序，检查相应存储器结果。

  7. 实验接线图

  8. 伟福WAVE6000使用方法： 1、双击桌面WAVE图标，打开WAVE仿真软件。 2、建立一个新的用户程序：点击工具条文件菜单——点击新建文件。在新建文件中编写程序。 3、保存文件：点击文件菜单下保存文件或快捷键F2，在保存文件对话框内输入文件名，将其存为ASM文件。 4、对保存的ASM文件进行汇编：点击项目菜单下编译或快捷键F9。 5、确定执行程序地址：将光标点击在要执行程序内，右键，在右键菜单中点击设置PC。 6、单步执行程序：快捷键F8。 7、断点连续运行程序：将光标点击在设置断电程序内，右键，在右键菜单中点击设置断点，然后连续运行程序，快捷键CTRL-F9。 8、在以下窗口观察运行结果。CPU窗口、信息窗口、数据窗口。

  9. 注意事项： 1、学生进行实验前必须进行预习，拟定程序设计方案。 2、连接线路时注意电源端和接地端，不要反接，线路检查无误时在开启稳压电源。 重点：能提出程序设计思路，对数值传送类指令进行复习。 难点：能设计出符合要求、结果正确的实验程序。

  10. 学生在实验中容易出现的困难及错误： 1、系统的程序设计无从下手，设计出的程序不符合题目要求。指令设计不符合格式规范。 2、对DJNZ和CJNE两条指令功能混淆。

  11. 思考题： 1、CPU对8031内部RAM存储器和外部RAM存储器各有哪些寻址方式？ MCS－51的寻址方式共有六种：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间址、变址寻址、相对寻址。我们必须掌握其表示的方法。 1）立即数与直接地址。ata表示八位立即数，＃data16表示是十六位立即数，data或direct表示直接地址。2）Rn(n=0－7)、A、B、CY、DPTR寄存器寻址变量。3）@R0、@R1、@DPTR、SP表示寄存器间址变量。4）DPTR＋A、PC＋A表示变址寻址的变量。5）PC＋rel（相对量）表示相对寻址变量。

  12. 2、为什么8031最适合于智能仪表和控制应用场合？2、为什么8031最适合于智能仪表和控制应用场合？ 8031控制功能强、体积小、功耗低，具有一定的数据处理能力。能完成数据采集、处理、零位修正、误差补偿、数字显示、报警、数值计算以及各种逻辑判断和控制，使仪器仪表数字化、智能化。

  13. 参考程序： MOV R0,#30H MOV R2,#10H MOV A,#10H A1:MOV @R0,A INC R0 INC A DJNZ R2,A1 MOV R0,#30H MOV DPTR,#2000H MOV R2,#10H A2:MOV A,2R0 MOVX @DPTR,A INC R0 INC DPTR DJNZ R2,A2 MOV R0,#50H MOV DPTR,#2000H MOV R2,#10H A3:MOVX A,@DPTR MOV @R0,A INC R0 INC DPTR DJNZ R2,A3 SJMP $

  14. 实验二 数制转换运算实验 实验目的 ： 1、学习二进制数转换为BCD码数的一般算法。 2、学习十进制数转换成ASCⅡ码的一般算法。

  15. 实验原理 ： 单片机能识别和处理的是二进制码，而输入输出设备（LED显示器、微型打印机等）则使用ASCⅡ或BCD码。为此，在单片机应用系统中经常需要通过程序进行二进制码与BCD、ASCⅡ码转换。 ⑴十六进制数与ASCⅡ码之间的转换：当十六进制数在0－9之间时，其对应的ASCⅡ码值为该十六进制数加30H，当十六进制数在A-F之间时，其对应的ASCⅡ码值为该十六进制数加37H. ⑵BCD码是每四位二进制数表示一位十进制数。转换方法是将数制二进制数除以100、10，所得商即为百位、十位，余数为个位数。

  16. 实验仪器及器件 ： 伟福系列仿真器、CPU586计算机、实验目标板、WD－4微机稳压电源。 实验内容与要求 ： 编写程序将R1中的十六进制数转换成相应的ASCⅡ码后，结果放在R3和R4中；把累加器A的二进制数转化为BCD码，将百、十、个位分别存放在内部RAM的50H/51H/52H中。

  17. 实验步骤： 1、开启电源。 2、输入预习编写程序，汇编通过后单步、断点连续运行程序，检查相应存储器结果。 注意事项 ： 1、学生进行实验前必须进行预习，拟定程序设计方案 。 2、连接线路时注意电源端和接地端，不要反接，线路检查无误时再开启稳压电源。

  18. 重点： 能提出程序设计思路，掌握转换程序设计。 难点： 能设计出符合要求、结果正确的实验程序。 学生在实验中容易出现的困难及错误 1、不清楚数值转换方法。 2、对51汇编语言指令不熟悉。

  19. 思考题： 1、十六进制数与ASCⅡ码之间的转换方法？ 2、BCD码与十进制数之间的转换方法？

  20. 参考程序： MOV A,R0 ANL A,#0FH PUSH ACC CLR C SUBB A,#0AH POP ACC JC LOOP ADD A,#07H LOOP:ADD A,#30H MOV R2,A RET

  21. 扩展程序设计： BCD码转换为二进制数：将累加器A中的BCD码转换成二进制数，结果仍存放在A中。 分析：A中存放的BCD码数的范围是0－99。转换成二进制数后是00H-63H，仍然可以存放在A中，转换方法为A中的高半个字节（十位）乘以10，再加上A的低半个字节，计算公式为：A7-4×A3-0 PUSH ACC ANL A,#0FH SWAP A MOV B,310 MUL AB MOV B,A POP ACC ANL A,30FH ADD A,B RET

  22. 实验三 控制转移程序实验 实验目的 ： 学习掌握控制转移指令程序设计方法。 实验原理 ： 控制程序转移指令共有17条，不包括按布尔变量控制程序转移的指令。其中有全存储空间的长调用、长转移和按2KB分块的程序空间内的绝对调用和绝对转移；全空间的长相对转移及一页范围的短相对转移。这类指令用到的助记符有ACALL、AJMP、LCALL、LJMP、JMP、JZ、CJNE、DJNZ、JNZ等

  23. 实验仪器及器件 ： 伟福系列仿真器、CPU586计算机、实验目标板、WD－4微机稳压电源。 实验内容与要求： 编写程序：将20H-2FH中随机无符号数的最小值存放在1F中。 编写程序：设有16个无符号数，依次存放在30H-3FH中，将它们按由小到大排序。

  24. 实验步骤： 1、开启稳压电源。 2、输入预习编写程序，汇编通过后单步、断点连续运行程序，检查相应存储器结果。 注意事项 ： 1、学生进行实验前必须进行预习，拟定程序设计方案。 2、连接线路时注意电源端和接地端，不要反接，线路检查无误时再开启稳压电源。

  25. 重点： 能提出程序设计思路，对控制转移类指令进行复习。 难点： 能设计出符合要求、结果正确的实验程序。 学生在实验中容易出现的困难及错误： 1、对程序设计气泡排序算法无法掌握。 2、指令运用不灵活。

  26. 思考题： 简述气泡排序算法？ 气泡排序法是依托比较相邻的一对数据，如不符合规定的递增（或递减）顺序，则交换两个数据的位置，第一对比较完毕后，接着比较第二对，直到清单中所有的数据依次比较完成，第一轮比较结束，这是最大（小）的数据降到清单的最低位置。第一轮排序需要进行N-1次比较。第二轮比较需要进行N-2次比较，第二轮结束后，次最大（小）的数据排底部第二位置上。重复上述过程，直到全部排完。

  27. 参考程序： 比较大小： MOV R0,#20H MOV 1FH,@R0 MOV R1,#09H LOOP: INC R0 MOV A,1FH CJNE A,1FH,LOOP LOOP1:JNC LOOP2 MOV 1FH,A LOOP2:DJNZ R1,LOOP LJMP $

  28. 求最小值： MOV 1FH,20H MOV R1,#21H MOV R0,#15 LOOP:MOV A,@R1 CJNE A,1FH,LOOP1 LOOP1:JNC NEXT MOV 1FH,A NEXT:INC R1 DJNZ R0,LOOP RET 另一种方法： MOV 1FH,20H MOV R1,#21H MOV R0,#15 LOOP:MOV A,@R1 PUSH A SUBB A,1FH JC LOOP1 LJMP NEXT LOOP1:POP A MOV 1FH,A NEXT:POP A INC R1 DJNZ R0,LOOP RET

  29. 排序（升序）： T0: MOV R2,#30H MOV R3,#10H MOV A,R2 MOV R0,A INC A MOV R1,A MOV A,R3 DEC A MOV R3,A MOV R5,A T1:CLR C MOV A,@R0 SUBB A,@R1 JC T2 ………………..(1) MOV A,@R1 XCH A,@R0 XCH A,@R1 T2:INC R0 INC R1 DJNZ R5,T1 DJNZ R3,T0 RET 注：降序程序须将（1）指令改为JNC T2

  30. 实验四 定时器/计数器实验 实验目的 ： 1、学习掌握利用中断、查询方法设计8031内部定时计数器程序。 2、进一步掌握中断处理程序的编程方法。

  31. 实验原理 ： MCS-51系列单片机有两个16位定时器/计数器即T0、T1。有关寄存器有以下几个：TH0、TL0、TH1、TL1、TMOD、TCON。 TH0、TL0、为T0的16位计数器的高8位和低8位，TH1、TL为T1的16位计数器的高8位和低8位；TMOD为T0、T1的方式控制寄存器，TCON为T0、T1的状态和控制寄存器，存放T0、T1的运行控制位和溢出位中断标志位。定时器0溢出中断入口地址：000BH。

  32. 实验仪器及器件 ： 伟福系列仿真器、CPU586计算机、实验目标板、WD－4微机稳压电源，导线、发光二极管。 实验内容与要求： 定时器T0的定时中断控制溢出，因定时时间较长，13位计数器不够用，可选用方式1的16位计数器，输入运行程序，调节定时器常数或计数数值可以调节输出脉冲宽度。 系统晶振为6MHZ，利用定时器0方式1产生一个脉冲宽度可调的方波在P1.0管脚输出。首先设定时器每100MS产生一次溢出，然后利用软件计数器每10次改变一次P1.0管脚输出，就会得到脉冲宽度为1S的脉冲，实现与P1.0管脚连接的发光二极管 定时闪烁。

  33. 实验步骤 ： 1、连接实验线路 。 2、开启稳压电源。 3、输入预习编写程序，汇编通过，连续运行程序，实现控制发光二极管定时闪烁。 注意事项 ： 1、可以自己设计实验线路，连好后一定要请教师检查。 2、学生进行实验前必须进行预习，拟定程序设计方案。 3、连接线路时注意电源端和接地端，不要反接，线路检查无误时再开启稳压电源。

  34. 实验接线图

  35. 重点： 对8051单片机定时计数器各寄存器功能的掌握。 难点： 定时初值的计算方法。 学生在实验中容易出现的困难及错误 1、计数器循环次数、定时器初值计算错误。 2、中断程序设计不熟悉。

  36. 思考题： 晶振为6MHZ，选择定时器T0、工作方式1定时100MS，定时器初值应该是多少？ 设定时器初值为N，则 (216－N)×12＝6×105 N＝15536 即3CB0H

  37. 参考程序： 查询方式： MOV TMOD,#01H SETB TR0 MOV R2,#10H LOOP: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H JNB TF0,$ CLR TF0 DJNZ R2,LOOP MOV R2,#10 CPL P1.0 LJMP LOOP 中断方式： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP T_SER ORG 0020H MAIN: SETB EA SETB ET0 SETB TR0 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV R3,#10H SJMP $ T_SER:CLR TF0 DJNZ R3,WAIT CPL P1.0 MOV R3,#10 WAIT:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H RETI

  38. 实验结果

  39. 实验五 串行口扩展实验 实验目的 ： 1、掌握串行口控制显示器硬件原理及软件设计方法。 2、掌握单片机与74LS164接口电路设计。

  40. 实验原理 ： MCS－51单片机应用系统中，当串行口不用作串行通讯时，可用来扩展并行输入输出口（设定串行口工作在移位寄存器方式0状态下）。用于显示器时，使用串行输入,并行输出移位寄存器74LS164，每接一片74LS164可扩展一个8位并行输出口，用以连接一个LED段选口静态显示使用。 74LS164与8051接口电路:RXD（P3.0）做为串行输出与74LS164数据输入端（A、B）相连；TXD(P3.1)做为移位脉冲输出与74LS164的时钟输入端CP相连；由P1.0口线控制74LS164的清显示端（CR）。但要注意，由于74LS164的并行输出没有控制器，在串行输入过程中，其输出状态不断变化，一般在74LS164输出端加三态门控制，以保证串行输入结束后在输出数据。 74LS164与数码管连接：实验使用共阳极8段位数码管做为显示器，显示方式为静态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或截止。

  41. 实验仪器及器件： 伟福系列仿真器、CPU586计算机、实验目标板、WD－4微机稳压电源，实验用双头导线。 实验内容与要求 ： 1、读懂实验线路原理图。 2、编制程序：使显示器逐次显示0－F。 3、编制程序：使显示器逐屏显示每位学生的的班级学号。

  42. 实验步骤： 1、连接实验线路: 单片机-----74LS164 TXD-------- CP RXD--------DSab P1.0--------CR P1.1---------S/L CS----------CS2 2、开启稳压电源。 3、输入预习编写程序，汇编通过，连续运行程序，实现显示器显示要求。

  43. 实验接线图

  44. 注意事项： 1、连接好实验线路，一定要请教师检查后再上电。 2、学生进行实验前必须进行预习，拟定程序设计方案。 3、连接线路时注意电源端和接地端，不要反接，线路检查无误时再开启稳压电源。

  45. 重点： 对8051单片机串行口扩展显示器应用设计,查表程序设计方法。 难点： 实现逐屏显示程序设计。 学生在实验中容易出现的困难及错误： 1、线路连接不正确。 2、实现逐屏显示。

  46. 思考题： 74LS164芯片外部引脚功能？ 74LS164是串行输入并行输出的移位寄存器，带有清除端，其外部引脚功能如下： Q0-Q7：并行输出端 DSA/DSB：串行输入端。 CR： 清除端，低电平时，使164输出清零。 CP: 时钟脉冲输入端，在PC脉冲的上升沿作用下实现移位。在CP＝0。CR＝1时164保持原来数据。

  47. 参考程序： MAIN: MOV DPTR,#TAB SETB 90H CLR 91H MOV R5，#10H DL0:MOV A,#00H MOVC A,@A+DPTR MOV SBUF,A WAIT:JNB TI,WAIT CLR TI INC DPTR ACALL D20MS DJNZ R5,DL0 CLR 90H ACALL D20MS SJMP MAIN D20MS:ACALL D10MS D10MS:MOV R7,#0FFH DL1:MOV R6,#0FFH DL2:DJNZ R6,,DL2 DJNZ R7,DL1 RET TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H DB 99H,92H,82HH,0F8H DB 80H,90H,88H,83H DB 0C6H,0A1H,86H,8EH

  48. 实验六 串行通信实验 实验目的： 学习单片机串行通信方式，熟悉串行通信程序设计。

  49. 实验原理： 串行通信的数据传送是一位一位依次进行，而在计算机内部数据是并行传送的。因此，发送端在发送前要把并行数据转换为串行数据，然后在传送，而接受端接受时又要把串行数据转换为并行数据。 MCS-51系列单片机有两个串行数据缓冲器，使用同一标号SBUF，共用一个地址99H。发送缓冲器只能写入不能读出，接收缓冲器只能读出不能写入，根据读写指令来确定访问其中哪一个。

  50. 实验仪器及器件： 伟福系列仿真器、CPU586计算机、实验目标板、WD－4微机稳压电源，实验用双头导线。 实验内容与要求： 两个8031单片机间的数据传输。两单片机异步通信，设串行口为工作方式1，波特率为2400波特，振荡频率11.0592MHZ。利用串行口将甲机内部RAM30H-3FH单元内容送乙机的内部RAM30H-3FH。

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