51单片机实验指导书

目录目录 (1)第一章设备介绍 (2)第一节总体结构 (2)第二节上位机 (2)第三节仿真器 (3)第四节开发板 (5)第五节实验箱的使用 (6)第六节思考题 (7)第二章软件平台 (8)第一节总体框架 (8)第二节创建工程 (8)第三节添加源文件 (12)第四节编译连接生成目标文件 (16)第五节下载程序 (18)第六节运行并调试 (19)第七节平台使用中需特别注意的问题 (24)第八节思考题 (26)第三章运算程序 (27)第一节算数运算 (27)1.程序一 (27)2.程序二 (29)3.程序三 (30)第二节布尔运算 (30)1.程序一 (30)2.程序二 (35)3.程序三 (36)第四章I/O接口 (37)第一节I/O接口特性 (37)第二节I/O接口程序 (37)1.程序一 (37)2.程序二 (39)第一章设备介绍第一节总体结构单片机开发实验系统由三部分构成，上位机，仿真器，开发板。

他们通过各自的接口相互连接，实现相互之间的通讯。

下面三节将予以分别介绍。

图1-1 总体结构第二节上位机上位机是指人可以直接发出操控命令的计算机。

本套实验设备所使用的上位机是PC机，即个人电脑台式机。

在整个单片机开发实验系统中的地位相当于《自动控制原理》中所讲的控制器的状态观测器。

RS232串口（COM口）：上位机与仿真器通讯所使用的接口为RS232串口(又称COM 口)，如下图所示，RS232串口有9个针脚。

上位机通过该接口实现与仿真器的通讯。

图1-2 串口图1-3 串口线RS232串口线：图1-3是RS232窜口线，一端与上位机的RS232串口连接，另一端与仿真器的RS232串口连接，实现计算机与仿真器的通讯。

上位机接口管理：每一个通过接口与电脑连接的器件对电脑来说都称之为设备，仿真器所使用的RS232串口也不例外，如果查看自己所使用的串口，方法如下图所示。

右键点击我的电脑，然后点管理。

然后选择左侧的设备管理器。

可以看到自己电脑的RS232接口（电脑中显示为COM 口）的使用情况，如果电脑有两个RS232串口，则在设备连接时，应当区分自己使用的是COM1口还是COM2口。

图1-4 图1-5第三节仿真器仿真器是一个可以模拟单片机运行的器件，它不是单片机，但是它能模拟单片机的运行状态。

在整个单片机开发实验系统中的地位相当于《自动控制原理》中所讲的控制器。

仿真器接口：如图1-6所示，仿真器有三个接口，分别是右下角的RS232串口，右上角的供电口和左侧的40针IDE数据线。

图1-6 仿真器仿真器的RS232串口与上位机的RS232串口通过RS232串口线连接，实现与上位机的通讯。

如图1-7所示。

仿真器的供电口为仿真器提供5V直流电，如图1-8所示。

另一端与电脑的USB接口通过接线连接，5V电压由电脑的USB口提供。

图1-7 仿真器串口图1-8仿真器供电口图1-9为仿真器右端的40针IDE数据线连接的另一端，引出了40个引脚。

它和单片机的引脚布局是相同的，当仿真器内部的程序和单片机内部固化的程序相同时，单片机和仿真器具有相同的运行效果，也就是说，把仿真器拔下来，然后插上具有相同程序的单片机，效果是一样的。

图1-9 40针IDE数据线另一端第四节开发板开发板是指用来进行单片机开发的硬件外围电路，在整个单片机开发实验系统中的地位相当于《自动控制原理》中所讲的广义被控对象。

打开单片机开发综合实验箱，呈现的便是开发板，如图1-10所示。

图1-10 开发板开发板接口：最中心的部分是开发板与控制器的接口，可插入单片机或者仿真器40针IDE数据线的引脚。

本次实验采用第二种方案，如图1-12所示。

图1-11 开发板接口图1-12开发板接口注意：单片机或40针IDE数据线的引脚的放置是有方向的，具体判断方法是豁口向上。

如图1-13所示。

大部分的芯片都有豁口，豁口的目的就是为了辨别芯片插入的方向。

图1-13 豁口第五节实验箱的使用试验箱由供电电源，芯片，器件，接口组成。

试验箱通过白线人为的分成了很多模块，每个模块的功能在后续的硬件接口实验中会一一介绍。

这里只强调几点需要特别注意的地方。

图1-141.整个试验箱上电是需要两个开关同时打开。

下图是实验箱上电时开关的状态。

图1-152.请勿在上电状态下进行导线和芯片的插拔，否则会烧坏芯片。

不要在仿真器工作时拔掉与电脑，实验箱的连线，如需断开，则需要关掉电脑和实验箱，断电顺序是先断实验箱的电源，在断电脑的电源。

上电顺序相反。

第六节思考题1，请说出单片机仿真器和真实单片机之间的相同之处和不同之处。

第二章软件平台第一节总体框架在硬件电路搭建完毕的基础上，既可以对单片机程序进行开发与调试。

所谓开发，是指通过编程使系统实现所要达到的逻辑要求。

所谓调试，是指编好程序后，用各种手段进行查错和排错的过程。

程序的开发与调试需要建立在开发软件平台上。

本次试验所使用的MCS-51单片机开发调试软件平台为Keil uVision2，我们将在如下几节对软件进行详细介绍。

程序的开发与调试一般分为如下步骤。

1，创建工程2，导入源文件3，编译连接生成目标文件4，下载程序5，运行并调试下面的章节将逐一介绍这几个步骤。

名词解释：工程：软件开发平台中的工程指的是源文件，库文件等多种类型文件的通过一定的调用关系组织在一起的集合。

当添加源文件，调用的库文件增多时，工程的意义变得明显。

源文件：源文件就是用汇编语言或高级语言写出来的代码保存为文件后的结果。

编译链接：利用开发软件的编译程序产生目标程序的过程。

编译就是把高级语言变成单片机可以识别的二进制语言。

目标文件：目标文件是指源文件经过编译程序产生的能被单片机直接识别二进制文件。

下载：通过编译链接后生成的目标文件仍在上位机中，需要下载到单片机或者仿真器中才能观察程序运行的结果。

调试：编好程序后，用各种手段进行查错和排错的过程。

如果出现错误，则需要从第二步重新开始。

第二节创建工程1.启动软件仿真软件平台主要实现编写调试程序等功能，我们使用Keil uVision2这款软件。

点击图标运行Keil uVision2或者在开始菜单中运行。

弹出主界面如图所示。

图2-12.新建一个工程选择菜单栏中的Project，再下拉菜单中选择New Project…，创建一个新工程并保存。

这时在所保存工程的文件夹中产生一个后缀为.uv2的工程文件。

图2-2点击保存工程后出现如下菜单。

这里展示了开发软件所能模拟的单片机列表。

图2-3选择单片机型号，这里我们选择Atmel公司的A T89C51单片机，这样仿真器会模拟这款单片机。

右端对单片机进行了简单的描述，8051基于静态CMOS工艺，有32个I/O口，2个定时/计数器，6个中断源，4K Flash以及128B的片内RAM。

图2-4点击确定，然后工程创建完毕。

界面显示如下。

图2-53.设置工程参数3.1设置时钟晶振：设置时钟晶振与开发板提供的时钟晶振保持同步。

右键点击Target1，然后选择Options for Target ’Target 1’选项对工程进行设置。

图2-6在Target面板的Xtal(MHz)栏中输入晶振频率，这里输入11.0592，使软件所设置的晶振与实际晶振保持同步，否则程序有可能出现错误。

图2-73.2选择仿真设备：在Debug面板中选择用Keil Monitor-51 Driver进行仿真。

图2-83.3选择上位机接口在Settings中设置上位机所使用的端口，并对应选择，如果端口匹配错误，将导致无法通讯。

图2-9第三节添加源文件下面介绍如何通过仿真软件平台添加源文件。

1.创建源文件点击菜单栏中的File，选择New…弹出如下对话框，再对话框中输入程序。

当输入程序，或者程序有改动的时候，标题Text1后面会多一个星号。

图2-10图2-11然后保存程序，这里要更改文件扩展名，既把文件名改为Text1.asm，这里必须人工添加.asm后缀，否则会产生错误。

图2-122.导入源文件将编写好的文件导入工程：右键点击Source Group1，选择Add Files to Group ‘Source Group 1’图2-13选择查看全部文件类型，并添加源文件。

图2-14图2-15添加完毕后，可看到左侧工作栏出现Text1.asm，如图所示：图2-16为了入门方便，我们只留下最必须的文件，移除STARTUP.A51文件，方法如下，右键点击STARTUP.51，然后选择Remove File’STARTUP.51。

图2-17第四节编译连接生成目标文件在源程序已经添加到工程之后，对源程序进行调试，首先要进行编译链接等一系列工作。

其中下方的工作栏，显示编译连接的状态。

图2-181.编译程序点击translate current file按钮对文件进行编译，观察状态栏，当提示没有错误时表示编译完毕。

如果出现错误，请修改源文件。

图2-19图2-202.连接程序：当编译过程没有错误时可以进行下一步工作，链接，生成目标文件。

点击Bulid target按钮，显示连接状态，当没有错误的时候，即目标文件已经生成。

可以进行下一步工作，下载程序。

图2-21图2-22第五节下载程序下载目标文件到仿真器时，请确保上位机与仿真器的连接正确，仿真器POWER灯亮（即供电正常），设置正确，当下载或者调试程序时，如不需要使用实验箱上的硬件设备，实验箱可以不供电，然后点击Start/Stop Debug Session按钮。

这个按钮使上位机开发软件编译链接后的目标文件下载到仿真器中，下载完毕后进入调试状态。

图2-23进入调试状态的界面如下图所示：图2-24仿真器复位：需要对仿真器进行复位时，按住RESET按钮几秒钟即可。

仿真器复位相当于仿真器重新上电。

图2-25第六节运行并调试仿真器相比单片机实物最大的优点就是可以进行单步运行或断点运行，方便对程序进行调试。

如果不需要单步或断点运行调试程序，则可以进行全速运行，运行效果同单片机实体。

1.单步运行：下面介绍单步运行的方法，在调试状态下，点击step over按键。

其中黄色箭头代表的是当前状态下即将执行的语句。

图2-261.1 CPU寄存器观测可以注意到，寄存器A由0x00变成了0x25。

图2-27其实变化的并不只有A寄存器，还有PC指针寄存器，由0x0000变成了0x0002。

在这个状态下继续点击step over按键，仿真器的状态将不发生变化，原因是，当前指令SJMP $是跳转到自身，相当于一个死循环，单片机运行到这里就不会继续执行其他的指令了，除非中断发生或重新上电。

1.2存储器内容的观测单片机除了CPU内的寄存器存储数据外，还在程序存储器存储数据。

程序存储器存储的是程序，下面介绍查看程序存储器的方法。