目錄
一、構建單片機最小系統版和實驗環境熟悉
1.1實驗要求
1.2實驗過程
1,21．單片機最小系統實驗
1.22編譯環境的熟悉
二、跑馬燈實驗及74LS138譯碼
2.1.實驗要求
2.2.實驗過程
2.21單片機直接實現跑馬燈
2.22通過74LS138譯碼器實現跑馬燈
三、8255A控制交通燈實驗
3.1實驗要求
3.2實驗過程
四、8253方波實驗
4.1實驗要求
4.2實驗過程
五、繼電器控制實驗
5.1實驗要求
單片機設計總結：
附錄：
摘要： 單片機應用技術為一門理論與實踐相結合的課，本課安排的實驗旨在培養學生軟硬件開發能力，用編程語言及硬件設備實現串、并行通訊、計數/定時、A/D、D/A等硬件接口的功能，進一步加深對常用硬件芯片的了解和應用，以及學習用單片機解決實際問題。實驗要求學生利用編程語言及硬件設備實現單片機的方案設計、程序編寫、硬件連接、調試，從中體會具體硬件接口的應用技巧，進一步理解硬件接口芯片，逐步掌握單片機系統的開發和應用方法。
使用Protues能使我們在沒有用實物連接的情況下允許學生在Windows操作系統下編寫、編譯、連接、錯誤定位、調試、觀察、修改系統。通過本實驗的學習，學生可以熟悉各種類型的接口芯片，匯編語言程序的編寫、調試，充分鍛煉動手及編程能力。 關鍵詞：編程語言 硬件芯片 單片機系統 接口芯片
一、構建單片機最小系統版和實驗環境熟悉
1.1實驗要求一、預習要求 1．構建單片機最小系統，熟悉51單片機的結構及編程方法 2．按照程序流程圖編寫出程序 二、實驗目的 1．熟悉星單片機最小系統的組成和工作原理，熟悉Keil C51集成環境軟件的使用方法。 2．熟悉MCS51匯編指令，能自己編寫簡單的程序，控制硬件。 三、實驗內容 單片機最小系統實驗： 1、熟悉單片機最小系統的組成和工作原理，熟悉Keil C51集成環境軟件的安裝和使用方法。 2、作出單片機最小系統的組成原理圖，分析其各構成單元的工作原理。 存儲單元數據傳輸實驗： 1、熟悉MCS51匯編指令。 2、進行存儲單元數據傳輸實驗，編寫程序。 3、運行程序，驗證譯碼的正確性。 1.2實驗過程
1,21．單片機最小系統實驗1.單片機最小系統板的組成 時鐘電路復位電路，電源電路，這幾個部分構成，復位電路是用來使電路的運行狀態歸零，電源電路是用來提供+5v的電源電壓，對單片機進行供電（由于器材等原因本次設計我們用的是開發板供電）。下面的單片機最小系統板，我們晶振選擇的是12MHz的，其他的各種元器件來構成單片機的最小系統板。 2、使用Protues繪制單片機最小系統原理圖 3、單片機最小系統的工作原理 （1）51單片機最小系統復位電路的極性電容C3的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用10-30uF，51單片機最小系統容值越大需要的復位時間越短。 （2）51單片機最小系統晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機最小系統晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。 （3）51單片機最小系統起振電容C2、C3一般采用15-33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。 （4）P0口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為10k。 A、設置為定時器模式時，加1計數器是對內部機器周期計數（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數頻率為晶振頻率的1/12）。計數值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t。 B、設置為計數器模式時，外部事件計數脈沖由T0或T1引腳輸入到計數器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數器加1，更新的計數值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數頻率不超過1/2MHz，即計數脈沖的周期要大于2 ms。 1.22編譯環境的熟悉實驗中我們使用keil 4環境編譯程序。其窗口界面如下： 思考題 1、在單片機最小系統的構建中，應注意哪些因素。 答：（1）51單片機現在多用AT89S51，不用晶振，晶體加兩個電容就可以了。 （2）復位電路中的電容是慮波穩定作用，并聯在一個電阻上，一端接地，一端通過開關接高電位就可以了。 （3）晶振：一般選用 12MHz ，因為可以準確地得到 9600 波特率和 19200 波特率。 實驗總結 單片機最小系統的構建，讓我對單片機的知識有了更深的了解。單片機最小系統的焊接，也鍛煉了我的自己動手的能力。在焊接的過程中由于粗心，出了不少的錯誤，最后還是在同學的幫助下順利完成了。
二、跑馬燈實驗及74LS138譯碼 2.1.實驗要求一、預習要求 1．熟悉51單片機的結構及編程方法 2．按照程序流程圖編寫出程序 二、實驗目的 1．熟悉集成環境軟件或熟悉Keil C51集成環境軟件的使用方法。 2．熟悉MCS51匯編指令，能自己編寫簡單的程序，控制硬件。 三、實驗內容 （一）跑馬燈實驗： 1、熟悉集成環境軟件或熟悉Keil C51集成環境軟件的安裝和使用方法。 2、照接線圖編寫程序：使用P1口控制G6區的8個指示燈，循環點亮，瞬間只有一個燈亮。 3、觀察實驗結果，驗證程序是否正確。 （二）74LS138譯碼器實驗： 1、設計74LS138接口電路，編寫程序：使用單片機的P1.0、P1.1、P1.2控制74HC138的數據輸入端，通過譯碼產生8選1個選通信號，輪流點亮8個LED指示燈。 2、運行程序，驗證譯碼的正確性。 2.2.實驗過程
2.21單片機直接實現跑馬燈
跑馬燈原理圖 
仿真圖 1、跑馬燈對應程序的流程圖
2.22通過74LS138譯碼器實現跑馬燈1、74LS138譯碼器工作原理 （1）、74LS138譯碼器工作原理 
74LS138原理圖 從原理圖可看出，74138有三個輸入端：A0、A1、A2和八個輸出端Q0~Q7。當輸入端A0、A1、A2的編碼為000時，譯碼器輸出為Q0=0，而Q1~Q7=1。即Q0對應于A0、A1、A2為000狀態，低電平有效。A0、A1、A2的另外7種組合見后面的真值表。 圖中S1、S2、S3為使能控制端，起到控制譯碼器是否能進行譯碼的作用。只有S1為高電平，S2、S3均為低電平時，才能進行譯碼，否則不論輸入輸入為何值，每個輸出端均為1。 （2）、74LS138譯碼器真值表 
2、通過74LS138跑馬燈仿真圖 
3.對應程序流程圖
思考題 1、在單片機系統中，74LS138通常用來產生片選信號，應如何處理？ 答：取三根底地址線，接到74LS138譯碼器的輸入端，譯碼產生，8個使能控制信號。 實驗心得 第一個實驗單片機直接控制跑馬燈，比較容易實現，只需要從單片機的p1.0到p1.7接到跑馬燈上，利用這些接口控制。138控制流水燈的實驗有些麻煩，實驗過程中也出現了不少的問題，但到最后都解決了。這次的實驗讓我對138的功能有了更深的了解與熟悉。 三、8255A控制交通燈實驗
3.1實驗要求一、預習要求 1．熟悉51單片機的結構及編程方法 2．按照要求畫出流程圖及程序 二、實驗目的 1、了解8255芯片的工作原理，熟悉其初始化編程方法以及輸入、輸出程序設計技巧。學會使用8255并行接口芯片實現各種控制功能，如本實驗（控制交通燈）等。 2、熟悉8255內部結構和與單片機的接口邏輯，熟悉8255芯片的3種工作方式以及控制字格式。 3、嘗試自行編寫程序，填寫實驗報告。 三、實驗內容 1、設計8255接口電路，編寫程序：使用8255的PA0..2、PA5..7控制LED指示燈，實現交通燈功能。 2、連接線路驗證8255的功能，熟悉它的使用方法。 3.2實驗過程1、8255引腳圖 
2、8255工作原理 
8255共有三種工作方式： (1)工作方式0：這是 8255A 中各端口的基本輸入/輸出方式。它只完成簡單的并行輸入/輸出操作，CPU 可從指定端口輸入信息，也可向指定端口輸出信息，如果三個端口均處于工作方式0，則可由工作方式控制字定義16種工作方式的組合。 (2)工作方式1：被稱作選通輸入/輸出方式。在這種工作方式下，數據輸入/輸出操作要在選通信號控制下完成。 (3)工作方式2：被稱作帶選通的雙向傳送方式。8255A中只允許端口A 處于工作方式2，可用來在兩臺處理機之間實現雙向并行通信。其有關的控制信號由端口 C 提供，并可向 CPU發出中斷請求信號。 3、主程序流程圖
4、8255A交通燈仿真圖
思考題 1.如何對8255的PC口進行位操作？ 8255控制字D7=1時，D6~D0為口模式控制，D7＝0時控制字為PC口的位操作模式，如控制字＝00H，PC0復位；控制字＝01H，PC0置位；控制字＝0EH，PC7復位；控制字＝0FH，PC7置位；其中D6~D4沒定義，D3~D1從000B~111B分別指定PC0~PC7腳，D0位為相應的電平高低，0為低電平，1為高電平。 實驗總結 所有的實驗中最難得還是這個家同等的實驗。在做交通燈的實驗時我們遇到了很大的問題，不管我們怎么連線就是不能點亮燈或者點亮了等也不能實現要求，就是燈一直亮而不閃。即使使用萬用表也很難找到問題的所在，最后還是通過退隊之間的討論以及在別的同學的幫助下。 四、8253方波實驗4.1實驗要求一、預習要求 1．熟悉51單片機的結構及編程方法 2．按照要求畫出流程圖及程序 二、實驗目的 了解8253的內部結構、工作原理；了解8253與單片機的接口邏輯；熟悉8253的控制寄存器和初始化編程方法，熟悉8253的6種工作模式。 三、實驗內容 1、設計接口電路，編寫程序：使用8253的計數器0和計數器1實現對輸入時鐘頻率的兩級分頻，得到一個周期為1秒的方波，用此方波控制蜂鳴器，發出報警信號，也可以將輸入腳接到邏輯筆上來檢驗程序是否正確。 2、連接線路，驗證8253的功能，熟悉它的使用方法。 4.2實驗過程1、8253引腳圖
2、8253工作原理 8253中各通道可有6種可供選擇的工作方式， 以完成定時、計數或脈沖發生器等多種功能。8253工作方式如下： (1)工作方式0：稱為計數結束中斷方式，當任一通道被定義為工作方式0時， OUTi輸出為低電平；若門控信號GATE為高電平，當CPU利用輸出指令向該通道寫入計數值WR#有效時，OUTi仍保持低電平，然后計數器開始減“1”計數， 直到計數值為“0”，此刻OUTi將輸出由低電平向高電平跳變，可用它向CPU發出中斷請求，OUTi端輸出的高電平一直維持到下次再寫入計數值為止。 (2)工作方式1：稱作可編程單脈沖發生器，進入這種工作方式， CPU裝入計數值n后OUTi輸出高電平， 不管此時的GATE輸入是高電平還是低電平， 都不開始減“1”計數，必須等到GATE由低電平向高電平跳變形成一個上升沿后，計數過程才會開始。 (3)工作方式2：稱作速率波發生器，進入這種工作方式， OUTi輸出高電平，裝入計數值n后如果GATE為高電平，則立即開始計數，OUTi保持為高電平不變； 待計數值減到“1”和“0”之間， OUTi將輸出寬度為一個CLKi周期的負脈沖，計數值為“0”時，自動重新裝入計數初值n，實現循環計數。 (4)工作方式3：稱作方波發生器，任一通道工作在方式3， 只在計數值n為偶數，則可輸出重復周期為n、占空比為1：1的方波。進入工作方式3，OUTi輸出低電平， 裝入計數值后，OUTi立即跳變為高電平。 (5)工作方式4：稱作軟件觸發方式，進入工作方式4，OUTi輸出高電平。裝入計數值n后， 如果GATE為高電平，則立即開始減“1”計數，直到計數值減到“0”為止，OUTi輸出寬度為一個CLKi周期的負脈沖。 (6)工作方式5：稱為硬件觸發方式，進入工作方式5， OUTi輸出高電平， 硬件觸發信號由GATE端引入。開始時GATE應輸入為0， 裝入計數初值n后，減“1”計數并不工作，一定要等到硬件觸發信號由GATE端引入一個正階躍信號，減“1”計數才會開始，待計數值計到“0”， OUTi將輸出負脈沖，其寬度固定為一個CLKi周期，表示定時時間到或計數次數到。 (7)工作方式6：⑴直接讀計數器：輸出鎖存器在非鎖存狀態會跟隨計數器計數的變化而變化，直接讀計數器是從鎖存器得到計數器的當前值。⑵先鎖存再讀取：①通過方式選擇控制字對指定通道(SC1、SC0)的計數值鎖入鎖存器(RL1RL0=00)， 鎖存器一旦鎖存了當前計數值，就不再隨計數器變化直到被讀取。②讀計數器通道（有鎖存器）。 3、主程序流程圖 4、中斷程序流程圖 5、8253方波仿真圖 思考題 1、8253還有其它五種工作方式，其它工作模式下，硬件如何設計？程序如何編寫？ 答：(1)計數初值何時起作用：計數初值寫入計數初值寄存器（ＣＲ）后，要經過一個ＣＬＫ輸入后，計數執行部件（ＣＥ）才開始計數。 (2)門控信號的影響：門控信號是計數允許信號。高電平允許，即GATE=1，允許對CLK計數。上升沿允許這種情況需使用計數器內部的一個邊沿觸發器。只要當初邊沿觸發器置1后，計數器才對CLK計數。GATE上升沿使邊沿觸發器置1，GATE下降沿使邊沿觸發器自動清0.模式0，2，3，4，高電平允許，模式1、5，上升沿允許。 (3)OUT信號的狀態：寫入控制字后，OUT的狀態。計數過程中，OUT的狀態。計數終了，OUT的狀態。 (4)技術操作是否可以重復，或稱計數初值是否可以自動裝入：a.不可重復b自動重復c條件重復。 （5）計數器的工作模式：計數器在CLK的下降沿使計數值減1，計數值減至0時，“計數到”。寫入初值0時，代表最大初值65536。模式0：計數結束產生中斷。模式1：可重復觸發的單穩態觸發器。模式2：分頻器模式。3：方波發生器模式4：軟件觸發的選通信號發生器。模式5：硬件觸發的選通信號發生器。 實驗總結 在該實驗中我們要注意對8253的使用，掌握8253的使用方法，明白其工作原理，了解8253芯片的各個引腳。在編寫程序時，要注意8253的初始化，注意不要把初始化部分寫到循環程序中去了，否則就會在上電后一直對8253進行初始化操作，不能實現功能。還有在編寫延遲程序時要留夠延遲時間，否則也會不能正確實現功能。 五、繼電器控制實驗5.1實驗要求一、預習要求 1．了解繼電器/光偶器件的原理及應用 2．認真預習本節實驗內容，嘗試自行編寫程序。 二、實驗目的 1、掌握使用繼電器控制外設的基本方法和編程。 2、掌握光耦的工作原理，熟悉它的使用方法。 三、實驗內容 1、預備知識 自動化控制設備中，存在一個電子與電氣電路的互連問題，一方面，電子電路要控制電氣電路的執行元件，如：電動機、電磁鐵、電燈等；一方面又要為電子電路提供良好的電隔離，以保護電子電路和人身安全，減少干擾源。繼電器就起這個橋梁作用。 2、實驗過程：設計接口電路，通過繼電器控制直流電機轉動、停止。 四、實驗原理 參考電路原理圖如下： （繼電器控制原理圖） 
五、實驗設備 實驗室電腦，集成軟件及STAR ES598實驗儀 六、實驗注意事項 1．注意在集成環境下程序調試的方法 2．注意保護實驗箱 七、實驗步驟 繼電器控制 1、設計接口電路，分析工作原理。 
2、編寫并運行程序，利用撥動開關控制直流電機轉動、停止。 思考題 1．列寫出所編程序及流程圖并做出注釋 CLR P2.7 ;使譯碼器無效 JIDIAN_1: SETB P2.6 CJNE R4，#05H，JIDIAN_2 ;按鍵按下后立即跳出 JB P3.1，JIDIAN_1 ;JB位條件轉移 MM: CLR P2.6 JNB P3.1，MM JB P3.1， JIDIAN_1 JIDIAN_2: RET END 實驗總結 第五次試驗我只做了繼電器的實驗，主要通過繼電器來控制電機。由于器材的限制沒有電機，我用一個發光二極管來代替。當開關合上導通時，二極管發光，開關斷開時二極管熄滅，這樣能模擬電動機的工作狀態。實驗焊接時需要非常小心，因為繼電器的引腳有6個，不是都需要焊接，有幾個引腳的功能是一樣的，剛還是由于沒有注意到這點，實驗做不出來，后來在別人的指導下，找出錯誤，完成本次試驗。
單片機設計總結：經過單片機的五次實驗讓我們受益匪淺.此次實驗是通過團隊合作進行軟件與硬件的設計相結合。這次試驗即考察了我們的焊接水平與編程能力，又考察了我們的團隊合作，對于我們電子自動化的學生而言焊接是不成問題，也很順利;可到了編程就出現了很大的問題。本來還以為實驗會很簡單，但等到實際操作起來才知道它的復雜性，首先我們不知道怎么去理解實驗題目，怎樣更好的設計程序而達到實驗的要求。其次，隊員的每個人的想法都不同，導致實驗并沒有想象中的那么順利。最終我們通過討論明確了分工以及向別的小組同學咨詢，解決了這些問題。單片機技術已經很早結束了，所以后期很多專業知識已經不是很記得.不過經過我們一步步的努力，最終花費的時間與精力終于沒有白費，效果漸漸地出現了，終于一步步地完成了本次設計實驗。 總而言之，片機設計對于我們有很大的幫助，我們從中受益匪淺。最后我們要感謝儲忠老師的辛勤教導，還有老師對我們的試驗安排，讓我們有足夠的時間可以做好實驗。
實物圖： 
總的仿真電路圖：
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鄒世陽的單片機課程設計.doc
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2019-4-14 21:15 上傳
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