51单片机课题设计

实验一、单片机最小系统的熟悉一、实验目的在进行其他实验之前，先熟悉实验装置的核心模块——单片机最小系统模块。

掌握该实验模块的电路原理和接口的使用方法。

1．掌握单片机振荡器时钟电路及CPU工作时序；掌握复位状态及复位电路设计；掌握单片机各引脚功能及通用I/O口的使用；掌握单片机基本指令的使用。

2．掌握IDE集成开发环境，仿真器和烧录器等开发工具的使用。

二、实验设备1.单片机仿真器(伟福S51、仿真头POD-H8X5X)，烧录器(西尔特Superpro 680)；2.单片机最小系统实验模块，键盘实验模块，发光二极管阵列实验模块。

三、实验要求1．连接实验电路，编写简易单片机汇编程序达到下述工作要求：以任意两个独立式按键作为输入，当第一键按下时，点亮第一行发光二极管；当第二键按下时，点亮第二行发光二极管。

2．将编写的程序调入仿真器中，在IDE集成开发环境中进行调试；3．在IDE中产生机器码文件，用烧录器烧录到单片机芯片中，插在板子上观察工作情况。

四、实验原理4．1 AT89C51引脚说明我们以常用的单片机芯片AT89C51为教学实例，首先对其引脚进行简要介绍：◆P0.0～P0.7：P0口的8位双向三态I/O口线；◆P1.0～P1.7：P1口的8位准双向口线；◆P2.0～P2.7：P2口的8位准双向口线；◆P3.0～P3.7：P3口的8位具有双重功能的准双向口线；◆-ALE：地址锁存控制信号。

◆-PSEN：外部程序存储器读选通信号，读外部ROM时PSEN低电平有效。

◆-EA：访问程序存储器控制信号，当EA为低电平时，对ROM的读操作限制在外部程序存储器；当EA为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。

◆RST 复位信号，复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。

◆XTAL1 和 XTAL2 外接晶体引线端，当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

◆Vss 地线。

◆Vcc +5V电源。

图1-1 AT89C51引脚图及逻辑符号图P3口线的第二功能见表1-1，这些特殊功能我们将在以后的实验中进行学习。

表1-1 P3口线的第二功能4．2 振荡电路、时钟电路和CPU时序（1）振荡电路、时钟电路。

如图1- 2所示，外部时钟振荡电路由晶体振荡器和电容C1、C2构成并联谐振电路，连接在XTAL1、XTAL2脚两端。

对外部C1、C2的取值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性。

C1、C2通常取值C1=C2=30PF左右；8051的晶振最高振荡频率为12M，AT89C51的外部晶振最高频率可到24M。

在单片机最小系统板上已经提供了晶振电路，在使用该电路时，应加上跳线帽，并插入合适的晶振。

图1-2 片内振荡器等效电路和外接元件AT89C51也可以采用外部时钟方式，外部时钟从XTAL1脚输入，XTAL2脚浮空。

可以采用我们板子上提供的外部时钟源作为单片机外部时钟输入。

（2）CPU时序晶振（或外部时钟）的振荡频率的确定，就确定了CPU的工作时序。

这里介绍几个重要的时序概念，我们在以后的实验中还会经常涉及到：◇振荡周期：是指为单片机提供定时信号的振荡器的周期。

◇时钟周期：振荡周期的两倍，前部分通常用来完成算术逻辑操作；后部分完成内部寄存器和寄存器间的传输。

◇机器周期：在8051单片机中，一个机器周期由12个振荡周期组成。

◇指令周期：是指执行一条指令所占用的全部时间。

一个指令周期通常含有1~4个机器周期。

机器周期和指令周期是两个很重要的衡量单片机工作速度的值。

若外接12MHz晶振时，8051的四个周期的值为：振荡周期=1/12us；时钟周期=1/6us；机器周期=1us；指令周期=1~4us。

在一些应用中，传统的8051的速度显得有些慢，因此，当前很多采用8051内核的新型单片机采用了加速处理器结构，使机器周期提高到振荡周期的6倍、4倍等等，RISC（精简指令集）的采用，更让单片机在单个时钟周期完成一条指令，使得单片机在处理速度上得到大大提高。

4．3 复位状态和复位电路设计（1）复位状态在8051单片机中，只要在单片机的RST引脚上出现2个机器周期以上的高电平，单片机就实现了复位。

单片机在复位后，从0000H地址开始执行指令。

复位以后单片机的P0~P3口输出高电平，且处于输入状态，SP（堆栈寄存器栈顶指针）的值为07H（因此，往往需要重新赋值，其余特殊功能寄存器和PC（程序计数器）都被清为0。

复位不影响内部RAM的状态。

（2）复位电路单片机可靠的复位是保证单片机正常运行的关键因素。

因此，在设计复位电路时，通常要使RST引脚保持10ms以上的高电平。

当RST从高电平变为低电平之后，单片机就从0000H地址开始执行程序。

8051单片机通常都采用上电自动复位和开关复位两种方式。

实际使用中，有些外围芯片也需要复位，如8255等。

这些复位端的复位电平要求与单片机的复位要求一致时，可以把它们连起来。

在最小系统板上，提供了一个通用的复位电路，在使用该板之前，必须将该电路与单片机联结起来。

另外，还可以采用主板上的微处理器监控模块来控制复位脚，以便更加可靠地管理单片机的工作。

4．4 存储器、特殊功能寄存器及位地址51单片机的存储器包括5个部分：程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器。

位地址空间、特殊功能寄存器包括在内部数据存储器内。

51单片机的内部数据存储器一般只有128字节或256字节，当空间不够用时也就需要扩展外部数据存储器（参见实验十三）。

有些单片机不具有内部程序存储器，例如8031，这时就需要扩展外部程序存储器（参见实验十四）。

在单片机系统中，程序存储器和外部数据存储器的编址独立，各可寻址64K字节空间。

两者在电路上，可以通过PSEN信号线区别开来。

特殊功能寄存器是非常重要的部分，我们通过对特殊功能寄存器的设置和读写来完成单片机的大部分工作。

限于篇幅，这里不对其内容进行罗列，请查阅有关书籍。

4．5 51系列单片机内部资源概览表以上列出的是Intel8051、8051的主要资源配置。

现在，由于8位51单片机的广泛使用，各个芯片生产厂商推出了具有自身特色的采用51内核的单片机，它们在这些基本资源的基础上进行了进一步的裁减或增强。

五、实验步骤1、连接单片机与复位电路、时钟源（晶振电路或外部时钟源），选择几组I/O口，用导线分别连接发光二极管阵列、及键盘。

以下对涉及到的其他实验模块进行简要介绍：（1）发光二极管阵列模块：如左图所示，每行为8个发光二极管，共4行。

每行与底部的8针排线座相对应。

第一行发光二极管与从左数第一个插座对应，第二行发光二极管与左数第二个插座对应……。

插座的每个引脚与发光管阴极相连，也就是说，当对应脚为低电平时，发光二极管点亮。

（2）键盘阵列模块：键盘模块是“独立式”和“矩阵式”两用键盘。

使用之前，必须连接键盘模块右下角的VCC和GND,为模块提供电源。

模块右边的S0～S15锁紧孔，是独立式键盘接口，分别对应着键S0～S15。

当某个键按下时，对应的接口将被拉低。

电路示例如下：图1－3 电路原理图示例2、实验示例程序：假设P1.0,P1.1口分别连接两个键，P0口连接第一行发光二极管，P2口连接第二行发光二极管，参看电路图1－3。

程序实例如下：ORG 0000HSTART: MOV P1,#0FFHMOV A,P1MOV 40H,A ;暂存于40HACALL DL10MS ;去抖延时MOV A,P1CJNE A,40H,PASSCJNE A,#0FEH,LAMP1 ;第一键？MOV P2,#0FFHMOV P0,#00H ;点亮第一行发光二极管PASS: LCALL DL10MS ;延时AJMP STARTLAMP1: CJNE A,#0FDH,PASS ;第二键？MOV P0,#0FFHMOV P2,#00HAJMP PASS;延时子程序：DL10MS: MOV R7,#08hLOOP1: MOV R6,#0F9HLOOP2: NOPNOPDJNZ R6,LOOP2DJNZ R7,LOOP1RETEND在IDE集成开发环境中编写单片机程序，进行程序编译，排除所有的错误，直到编译完全成功。

3、正确连接仿真器与PC机、仿真头与目标板、仿真器电源。

正确连接目标板电源。

在仿真环境下运行程序，观察程序运行结果，程序运行正确后，输出机器代码文件。

4、正确连接烧录器和PC机、烧录器电源。

把单片机芯片放入烧片机芯片座（注意放置位置），夹紧；打开烧录器驱动软件，把文件被固化到单片机中。

5、除去目标板电源，将单片机取下，插入目标板插座中，注意对齐1脚。

正确连接目标板电源。

观察程序运行情况。

六、实验报告1、说明单片机的各个引脚的功能及作用，比较P0，P3脚的异同？2、时钟周期、机器周期的关系是什么？在单片机外部晶振为12M 时，下面的延时子程序延时了多少时间？当晶振为6M时呢？DELAY：MOV R5，#08HDL1：MOV R6，#00HDL2：MOV R7,#80HDJNZ R7，$DJNZ R6,DL2DJNZ R5,DL1RET3、画出实验原理图。

4、给出单片机程序流程图和程序清单。

3、进行完该项实验后，你对单片机的开发工具和开发过程了解了吗？请画出单片机开发过程流程图。

实验二、中断优先级控制及中断保护实验一、实验目的1、掌握单片机中断机制2、熟悉中断的应用和编程二、实验设备1、仿真器2、单片机最小系统3、发光二极管阵列显示模块4、独立式键盘模块三、实验要求连接单片机最小系统和发光二极管阵列的电路并编写程序，学习单片机中断机制，及中断优先级和中断保护的方法：使用独立式按键A连接INT0（P3.2）,按键B连接INT1（P3.3），在平时状态下，发光二极管行以200ms的时间间隔，依次点亮。

A 键按下时INT0中断处理程序点亮P0.0对应的发光管2秒钟，其他发光管熄灭；B键按下时P0.1对应发光管点亮2秒，其他发光管熄灭。

四、实验原理通常一个微处理器读取外围设备(如键盘等)的输入信息的方法有轮询(Polling)及中断(Interrupt)两种。

轮询的方法是CPU依照某种既定法则，依序询问每一外围设备I／O是否需要服务，此种方法CPU需花费一些时间来做询问服务，当I／O设备增加时，询问服务时间也相对增加，因此势必浪费许多CPU时间，降低整体运行的效率。

使用中断是一个较好的解决方法。

使用中断使系统对外部设备的请求响应更加灵敏，并且不需要占用CPU的时间进行轮询。

但是，当使用中断，特别是有多个中断嵌套时要特别注意内存单元内容的保护。