《单片机原理及接口技术》课程实验大纲

《单片机原理及接口技术》课程实验大纲
课程名称：《单片机原理及接口技术》实验
英文名称：《MCU principles and interface technologies》experiment
课程性质：专业选修课程
课程编号：0510085
所属系部：机电工程学院
总学时：14学时
预备知识：电路、数字电子技术
课程在教学计划中的地位作用：本课程是机械电子工程专业的一门重要专业选修课程。

目前单片机技术开发和应用水平已成为一个国家工业化发展水平的标志之一。

单片机原理及其应用已成为从事电子技术的工程技术人员必须掌握的基础理论和基本技能之一。

通过本课程的学习使学生实践上掌握单片计算机的基本组成、工作原理及常用接口技术，建立单片机系统整体概念，使学生具备单片机应用系统软、硬件开发的初步能力。

教学方式：理论与实践相结合
教学的目的与要求：通过本课程的学习，使学生掌握单片机的硬件结构、MCS-51的指令系统、MCS-51汇编语言程序设计、MCS-51的中断系统、MCS-51的定时器/计数器、MCS-51的串行口、MCS-51单片机扩展存储器的设计、MCS-51扩展I/O接口的设计、MCS-51 与键盘、显示器的接口设计、MCS-51单片机与D/A转换器和A/D转换器的接口、MCS-51的功率接口、MCS-51的串行通信技术及其扩展接口。

进一步理解MCS-51单片机的开发装置、工作原理、编程方法，学会使用开发机进行程序。

课程教材：《单片机原理及接口技术》蔡美琴主编高等教育出版社
参考书目：
1．《单片机程序设计基础》周航慈主编北京航天航空大学出版社
2. 《单片机原理及其接口技术》胡汉才主编清华大学出版社编写日期：2012年6月制定
课程内容及学时分配：
发光二极管显示各相状态。

要求：掌握步进电机控制系统的硬件设计方法；熟悉
步进电机驱动程序的设计与调试，提高单片机应用系
统设计和调试的能力。

正确连接电路，编写程序，调
试运行。

实验一P1口亮灯实验
一、实验目的
1.学习P1口的使用方法；
2.学习延时子程序的编写。

二、实验预备知识
1.P1口对准双向口，每一位都可独立地定义为输出或输入。

2.本实验中延时子程序采用指令循环来实现，机器周期（12/6MHz）*指令所需机器周期
数*循环次数，在系统时间允许的情况下可以采用此方法。

三、实验内容
P1口作为输出口，接八个发光二极管，编写程序，使发光二极管循环点亮。

四、程序流程
五、实验电路
六、实验步骤
1.实验连线
P1.7~P1.0连至L7~L0。

2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。

3.观察运行结果
在全速运行状态下，观察发光二极管闪亮移位情况。

4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。

七、思考
1.改变延时常数，使发光二极管闪亮时间改变。

2.修改程序，使发光二极管闪亮移位方向改变。

实验二P1口转向灯实验
一、实验目的
进一步了解P1口的使用，学习汇编语言的编程方法与调试技巧。

二、实验内容
P1.0接高电平、P1.1接低电平时，右转向灯闪亮；P1.0接低电平、P1.1接高电平时左转向灯闪亮；否则转向灯关闭。

三、程序流程
四、实验电路
五、实验步骤
1.实验连线
P1.1、P1.0分别连接K1、K0，P1.7~P1.4分别连接L11、L8、L5、L2。

2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。

3.观察运行结果
在全速运行状态下，拨动K1、K0，观察转弯灯正确闪亮。

4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。

实验三P3.3口输入，P 1口输出
一、实验目的
1.掌握P1口、P3口的简单使用方法。

2.学习延时程序的编写和使用。

二、实验内容
1.P3口做输入口，外接一脉冲，每输入一个脉冲，P1口按十六进制加一。

2.P1口做输出口，编写程序，使P1口接的8 个发光二极管L1—L8按16进制加一方式
点亮发光二极管。

三、实验说明
P3口是准双向口，它作为输出口时与一般的双向口使用方法相同，由准双向口结构可知：当P3口作为输入口时，必须先对它置高电平，使内部MOS管截止，因内部上拉电阻是20KΩ—40KΩ，故不会对外部输入产生影响。

若不先对它置高，且原来是低电平，则MOS管导通，读入的数据是不正确的。

四、程序流程
五、实验电路
六、实验步骤
1.实验连线
P3.3连接K0，P1.7~P1.0分别连接L7~L0。

2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。

3.观察运行结果
在全速运行状态下，观察发光二极管闪亮移位情况。

4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。

实验四工业顺序控制
一、实验目的
掌握工业顺序控制程序的简单编程，熟悉中断的概念和编程方法。

二、预备知识
在工业控制中，像冲压、注塑、轻纺、制瓶等生产过程，都是一些断续生产过程，按某种程序有规律地完成预定的动作，对这类断续生产过程的控制称顺序控制，例注塑机工艺过程大致按“合模→注射→延时→开模→产伸→产退”顺序动作，用单片机最易实现。

三、实验内容
MCS-51单片机的P1.6~P1.0控制注塑机的七道工序，现模拟控制七只发光二极管的点亮，高电平有效，设定每道工序时间转换为延时，P3.4为开工启动开关，高电平启动。

P3.3为外故障输入模拟开关，P3.3为0时不断报警。

P1.7为报警声音输出，设定6道工序只有一位输出，第七道工序三位有输出。

四、实验说明
实验中用外部中断０，编中断服务程序的关键是：
1.保护进入中断时的状态，并在退出中断之前恢复进入的状态。

2.必须在中断程序中设定是否允许中断重入，即设置EX0位。

一般中断程序进入时应保护PSW、ACC以及中断程序使用但非其专用的寄存器，本实验中未涉及。

五、程序流程
六、实验电路
七、实验步骤
1.实验连线
1)P3.4、P3.3分别连接K0、K1，P1.6~P1.0分别连接L6—L0，P1.7连SIN（音频输
入端）。

2)K1、K2开关拨在高电平位置（钮子开关拨向下方）。

3)按下音频驱动单元自锁式按钮开关（处开位置）。

2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。

3.观察运行结果
1)用全速方式开始运行程序，此时应在等待开工状态。

2)K0拨至低电平位置，各道工序应正常运行。

3)K1拨至低电平位置，应有声音报警（人为设置故障）。

4)K1拨至高电平位置，即排除故障，程序应从报警的那道工序继续执行。

4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。

八、思考
修改程序，使每道工序中有多位输出。

实验五外部中断实验
一、实验目的
学习外部中断技术的基本使用方法。

二、实验内容
INT0端接单次脉冲发生器。

按一次脉冲产生一次中断，CPU使P1.0状态发生一次反转，P1.0接LED灯，以查看信号反转。

三、实验说明
1.外部中断的初始化设置共有三项内容：中断总允许EA=1、外部中断允许EXi=1（i=0
或1）、中断方式设置。

中断方式设置一般有两种方式：电平方式和脉冲方式，本实验选用后者，其前一次为高电平后一次为低电平时为有效中断请求。

因此高电平状态和低电平状态至少维持一个周期，中断请求信号由引脚INT0(P3.2)和INT1(P3.3)引入。

2.中断服务的关键：
a.保护进入中断时的状态：堆栈有保护断点和保护现场的功能使用PUSH指令，在
转中断服务程序之前把单片机中有关寄存单元的内容保护起来。

b.必须在中断服务程序中设定是否允许中断重入，即设置EX0位。

c.用POP指令恢复中断时的现场。

3.中断控制原理：中断控制是提供给用户使用的中断控制手段。

实际上就是控制一些寄存
器，51系列用于此目的的控制寄存器有四个：TCON 、IE 、SCON 及IP。

4.中断响应的过程：首先中断采样然后中断查询最后中断响应。

采样是中断处理的第一步，
对于本实验的脉冲方式的中断请求，若在两个相邻周期采样先高电平后低电平则中断请求有效，IE0或IE1置“1”；否则继续为“0”。

所谓查询就是由CPU测试TCON和SCON 中各标志位的状态以确定有没有中断请求发生以及是那一个中断请求。

中断响应就是对中断请求的接受，是在中断查询之后进行的，当查询到有效的中断请求后就响应一次中断。

四、程序流程
五、实验电路
六、实验步骤
1.实验连线
单片机的P3.2连接单脉冲单元SP，单片机的P1.0连接发光二极管单元L0。

2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。

3.观察运行结果
在全速运行状态下，每按动一次单脉冲按钮令发光二极管L0取反，即隔一次点亮。

4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。

实验六定时／计数器实验
一、实验目的
学习MCS-51内部计数器的使用和编程方法。

二、实验内容
使用MCS-51内部定时／计数器，定时1秒钟，CPU运用定时中断方式，实现每1秒钟输出状态发生一次反转，即发光管每隔1秒钟亮一次。

三、实验说明
1.关于内部计数器的编程主要是定时常数的设置和有关控制寄存器的设置。

内部计数器在
单片机中主要有定时器和计数器两个功能。

本实验使用的是定时器，定时为1秒钟。

2.定时器有关的寄存器有工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON。

TMOD用于设置
定时器／计数器的工作方式0~3，并确定用于定时还是用于计数。

TCON主要功能是为定时器在溢出时设定标志位，并控制定时器的运行或停止等。

3.内部计数器用作定时器时，是对机器周期计数。

每个机器周期的长度是12个振荡器周
期。

假设实验系统的晶振是12MHz，程序工作于方式2，即8位自动重装方式定时器，定时器100uS中断一次，所以定时常数的设置可按以下方法计算：
机器周期=12÷12MHz=1uS
（256-定时常数）×1uS=100uS
定时常数=156。

然后对100uS中断次数计数10000次，就是1秒钟。

4.在本实验的中断处理程序中，因为中断定时常数的设置对中断程序的运行起到关键作
用，所以在置数前要先关对应的中断，置数完之后再打开相应的中断。

四、程序流程
五、实验电路
六、实验步骤
1.实验连线
单片机的P1.0连接发光二极管单元L0。

2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。

3.观察运行结果
在全速运行状态下，观察发光二极管，应每隔1秒点亮一次，点亮时间为1秒。

4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。

实验七步进电机控制实验
一、实验目的
1.了解步进电机工作原理；
2.掌握步进电机控制系统的硬件设计方法；
3.熟悉步进电机驱动程序的设计与调试，提高单片机应用系统设计和调试的能力。

二、实验内容
步进电机驱动电路由一片ULN2003AN（7位OC门驱动器）来驱动步进电机，同时驱动4只LED发光二极管显示各相状态。

由于步进电机某相长时间通电将引起电机发热（如自锁时），用户在电机空闲时应注意将各相电流断开。

三、预备知识
步进电机驱动原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。

驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速，单片机控制步进电机最适合。

四、实验电路
五、实验步骤
1.实验连线
1)译码连接：译码器的G2A连接NAND与非门输出端，该与非门的输入端分别连接
A15、A14，译码器的输入端CBA分别连接A5~A3。

2)8255并行口的CS连接译码器输出端Y2，位于LCD下方的add1、add0分别连接
A1、A0。

3)8255的读写信号RD、WR（位于下板发光二极管显示单元左侧）分别连接控制总
线单元RD、WR（位于中板控制总线单元）。

4)8255并行口的PA0,PA1,PA2,PA3分别连接步进电机控制单元的BA,BB,BC,BD。

2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。

3.观察运行结果
在全速运行程序后，观察步进电机转动情况。

4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。

六、思考
修改程序，改变步进电机的转向、转速。