伟福单片机实验仪讲义.doc

LAB2000单片机实验系统

实验指导书

广东交通职业技术学院
电子信息工程系 王贵恩 赵薇编

目 录

第一章 LAB2000单片机仿真系统的使用 ………………………………………………1
1.1 单片机仿真系统介绍 …………………………………………………………………1
1.2 WAVE的开发环境 …………………………………………………………………2
实验一 单片机仿真实验系统的应用与演示 ……………………………………………6

第二章 LAB2000实验系统组成和结构的使用 ……………………………………………7
2.1 伟福实验系统的硬件组成 ……………………………………………………………7
2.2 WAVE仿真板 ……………………………………………………………………13

第三章 MCS-51单片机应用实验 …………………………………………………………14
实验二 信号灯控制实验 ………………………………………………………………14
实验三 继电器控制实验 ………………………………………………………………16
实验四 计数器实验 ……………………………………………………………………18
实验五 定时器实验 ……………………………………………………………………20
实验六 外部中断实验 ……………………………………………………………………22
实验七 用74LS273和74LS373输出数据 ………………………………………………24
实验八 8255输入、输出实验 …………………………………………………………26
实验九 八段数码管（LED）显示 ……………………………………………………28
实验十 D/A转换和直流电机控制实验 ………………………………………………30
实验十一 A/D转换实验 ………………………………………………………………32
实验十二 单片机串行口通信实验 ……………………………………………………34

第四章 单片机综合应用实验 ………………………………………………………………36
实验十三 电子时钟设计 ………………………………………………………………36
实验十四 键盘扫描显示实验 …………………………………………………………38
实验十五 可调电子时钟设计 …………………………………………………………40
实验十六 交通信号灯模型 ………………………………………………………………42
实验十七 步进电机控制实验 …………………………………………………………44
实验十八 液晶显示的控制 ………………………………………………………………46
实验十九 空调温度控制 ………………………………………………………………49
实验二十 汽车倒车测距仪 ………………………………………………………………52
实验二十一 单片机应用系统综合设计 ………………………………………………55

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在每次实验完成后，请填写相应的实验报告，实验报告格式如下：
实验名称 （实验前完成）
1. 实验目的
2. 实验说明
3. 程序框图
4. 实验结果，如本程序的关键、达到的效果、参数分析等（实验过程记录、实验后整理）
5. 实验体会，如编程和调试过程中遇到的问题和解决方法，对于该问题和解决方案的感想等。（实验后整理）
6. 建议（通过实验，对该实验有何改进或建议）
注意：实验报告在下一次实验时由负责老师检查。实验成绩作为平时成绩评分的参考。
第一章 LAB2000单片机仿真系统的使用
1.1 单片机仿真系统的介绍
1.1.1 概述
本仿真实验系统可实现MCS51/MCS196单片机原理与接口的一系列实验，并在硬件上预留了自主开发实验的空间。该实验系统对基本实验仅需少量连线就可进行，以减轻学生的工作量，同时也提供了一些需较多连线的扩展性实验以进一步锻炼学员的动手能力（详见第2部分）。此外，它还为学生们提供了强大的软硬件调试手段。本仿真实验系统由板上仿真器、实验仪、伟福仿真软件、开关电源构成。
1．仿真器系统构成
本仿真实验系统具有三种使用方法：
（1）无系统机，仅用实验仪的板上仿真器进行仿真和实验。
（2）有系统机，用系统机上的WINDOWS/DOS软件驱动板上仿真器进行仿真和实验。
（3）有系统机、用外接仿真器进行仿真和实验。
（4）无实验仪、无仿真器，仅在系统机上采用软件模拟方式进行仿真。
　2． 实验系统自带键盘和显示器，自带系统监控程序。如果没有系统机也照样进行各种学习和实验。
3．配备有DOS，Windows两套PC机系统软件，在有系统机的情况下，通过外接仿真器实现64K全空间的硬件断点和仿真。
4.PC机和系统机软件具有全集成化仿真环境，中、英文两种界面，软件仿真与硬件仿真两种模式，软件仿真可以在无仿真仪的情况下进行。
5．其中实验实例及实验程序，可采用机器码、汇编、C等三种语言编写，以适应不同层次的学生的需求。
本实验仪可以方便灵活地构成各种实验方案，在有无系统机和实验仪的情况下，都能进行相应的编程实验，从而具有极为广泛的应用范围，板上提供了基本的实验电路，减少繁琐的连接线过程，板上也提供了DIP40／28／24／20／16／14插孔和CPU的地址数据总线引出插孔，供学生自己扩展其它实验，培养实际动手能力，加强对实验电路的理解。实验程序采用多种语言适应不同层次的学生的需要。高级语言编写应用程序，是一种时代的需要，通过应用高级语言的编程和实验，可使学生掌握高级语言的编程方法，为今后进入社会实践打下坚实的基础。而汇编语言又能让学生了解机器深层的原理。

1.1.2 伟福实验系统的支持软件
1．板上单片机仿真部分（使用WAVE集成调试软件）
(1)支持DOS、Windows'95/98双平台
(2)具有编辑、汇编、编译、调试和软件模拟等功能，所有操作均可通过窗口和菜单的选择来完成。方便用户编写和调试软件、直观反映程序运行情况，提高软件开发效率。
(3)支持汇编语言、C、PLM高级语言源程序调试。
(4)可观察数组，记录等各种复杂变量。
(5)脱开实验系统单独进行软件模拟，这种方式尤其适用于软件实验
注意： (1)无论是集成电路的插拔、通讯电缆的连接、跳线器的设置还是实验线路的连接，都应确保在断电情况下进行，否则可能造成对设备的损坏。
(2)实验线路连接完成后，应仔细检查无误后再接通电源。
1.2 WAVE的开发环境
WAVE仿真器有两种版本：DOS版本和Windows版本。中文界面，英文界面可任选，并支持ASM，C，PLM语言混合编程，具有项目管理功能，为用户的资源共享，课题重组提供强有力的手段。有丰富的窗口显示方式，能多方位，动态地显示仿真的各种过程。可采用双工作模式： 软件模拟仿真（不要仿真器也能模拟仿真）和硬件仿真。
由于编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下，为使用者提供了一个全集成环境，统一的界面，包含一个项目管理器，一个功能强大的编辑器，汇编Make、Build和调试工具并提供一个与第三方编译器的接口，为用户提供了方便。
WAVE仿真器具有强大的逻辑分析仪综合调试功能，通过交互式软件菜单窗口对系统硬件的逻辑或时序进行同步实时采样，并能实时在线调试分析。本节主要介绍Windows版本的使用。

1.2.1 WINDOWS版本软件安装
1．安装WAVE仿真器
将安装盘(光盘或软盘)上的文件全部复制到硬盘的一个目录(或文件夹)中,执行相应目录（或文件夹）下的SETUP进行安装即可。
注意:在安装新版本软件时,如果硬盘上已有老版本的软件,请卸载旧版本软件后,再安装新软件。在安装过程中,如果用户没有指定安装目录,安装完成后,会在C:盘建立一个C:\WAVE目录(文件夹),结构如下:
目录 内容
C:\WAVE
├ BIN 可执行程序
├ HELP 帮助文件和使用说明
└ SAMPLES 样例和演示程序
2.编译器的安装
伟福仿真系统已内嵌汇编编译器(伟福汇编器),同时留有第三方的编译器的接口,方便用户使用高级语言调试程序。在伟福信真系统的光盘中，通常提供有伟福编译器CMP51。如果使用高级语言（汇编语言或C语言）编译器由用户自备。
安装51系列CPU的编译器
1. 进入C:\盘根目录,建立C:\COMP51文件夹
2. 将第三方的51编译器复制到C:\COMP51文件夹下。
3. 在 [ 主菜单 | 仿真器 | 仿真器设置 | 语言 ] 对话框的[编译器路径] 指定为C:\COMP51 (参见图1-1仿真器设置)
说明： 如果用户将第三方编译器安装在硬盘的其它位置,请在[编译器路径]指明其位置。
图1-1 仿真器的设置
3．系统安装及使用要求
（1）实验要求，进行51系列单片机仿真实验时，应插上POD51/96仿真板,并插上8051或8052CPU（如果68脚的插座上装有80C196芯片应将其拨下）。
（2）将配套的串行通讯电缆的一端与实验箱的RS232 9芯D形插座相连，另一端与PC相的串行口相连。
（3）将实验箱的电源线与220V电源相连。（实验结束后应拔下）
（4）打开实验台电源开关，红色电源指示灯亮。仿真开发器初始化成功后，RS232插口旁的绿色指示灯亮。指示灯闪烁表示仿真系统正与PC机通讯或正在执行用户程序。
（5）打开计算机电源，执行WAVE集成调试软件。

1.2.2 WAVE仿真器的界面
WAVW仿真器的开发环境界面如图1-2所示
WAVE的窗口可根据选择主要功能如下：
1． 项目窗口 可对项目进行管理。
2． 信息窗口 显示系统编译输出的信息。如果程序有错，会以图标形式指出, 表示错误, 表示警告, 表示通过在编译信息行会有相关的生成文件,双击鼠标左键,或单击右键在弹出菜单中选择“打开”功能,可以打开相关文件。如果有编译错误,双击左键,可以在源程序中指出错误所在行。
菜单栏
工具栏
项目窗口
CPU窗口
信息窗口
程序代码窗口
3． CPU窗口 CPU窗口，可给出机器码及反汇编程序，可以让你更清楚地了解程序执行过程。

图1-2 WAVE仿真器开发环境界面

4． 数据窗口 51系列有以下四种数据窗口：
1） DATA 内部数据窗口。在内部数据窗口中可以看到CPU内部的数据值，红色的为上一步执行过程中，改变过的值，窗口状态栏中为选中数据的地址，可以在选中的数据上直接修改数据的十六进制值，也可以用弹出菜单的修改功能，修改选中的数据值。数据窗口通过项目窗口下方的DATA选项激活。
2） CODE 程序数据窗口；程序数据窗口显示的是编译后程序码，状态栏显示的是选中数据的地址，可以对在选中数据上直接修改程序数据的十六进制值，也可以对程序数据进行“块填充”，“块移动”操作,也可以读入一段二进制代码插入程序数据中,也可以将程序数据中的某段代码写文件中。
3） XDATA 外部数据窗口。通过数据窗口可观察程序运行过程中数据单元中的内容。
4） PDATA 外部数据窗口（页方式）。
WAVE的窗口较多，可根据不同的需要进行选择。

1.2.3 伟福系统的使用
1.文本编辑器的使用
在伟福编辑器中，可以编辑C语言、汇编语言、PLM语言程序，方法如下：
（1）调整主窗口中各窗口的边缘线，可以将编辑窗口调整至最大；如图1-3所示。
（2）在编辑框中可像一般的文本编辑软件一样编辑程序。并能通过复制、剪贴、粘贴等功能对程序进行修改。

图1-3 程序编辑窗口

注意：源程序除可以在WAVE6000的编译环境下编辑、录入，还可以在WORD、记事本或写字板环境下录入、编辑和修改，并拷贝到伟福编辑器中进行编译，但在编译前须将文件存为“**.asm”的格式。
2．程序的编译
在程序运行之前，应先对程序进行编译，方法为：
（1） 进入【项目】菜单，选择【编译】项，对程序进行编译。
（2） 按F9键，对程序进行编译。
（3） 在工具条中选择【编译（F9）】按钮，对程序进行编译。
3．程序的运行
（1） 在【执行】菜单中选择【全速执行】，可执行整个程序。
（2） 按Ctrl+F9，也可全速执行程序。
（3） 选择工具栏中的全速执行（Ctrl+F9）按钮，也可执行程序。
（4） 也可按说明书中选择断点执行方式和单步执行方式。
注意：上机过程中应体会单步、跟踪、设置断点、程序运行至光标处（按F4）、全速运行等软件调试方法的功能和特点。
4．计算机与单片机实验仪的连接运行
将计算机与单片机实验仪连接，可直接将已编辑好的程序编译成机器码，通过串行口传输给单片机实验仪，并可运行程序。
（1） 用9芯串行线连接计算机的串行口（COM1或COM2）和单片机实验箱的仿真器串口连接；
（2） 连接实验仪的电源，打开实验仪的电源；
（3） 连接计算机的电源，打开计算机电源；
（4） 设置仿真器的各设置项，连接成功后在窗口的左上角的【仿真器设置】按钮上将出现一个绿色的“√” 。
（5） 编写程序或调入事先编辑好的程序文件，按F9键进行编译程序。按Ctrl+F9执行程序。
实验一 单片机仿真实验系统的应用与演示

一、实验要求：熟悉LAB2000P单片机实验系统编译和调试环境，

二、实验目的：掌握仿真器设置、程序编译和调试的方法，了解各仿真窗口的含义和用途，为后续单片机实验打下应用基础。

三、实验说明：通过本实验，学生应比较了解单片机仿真实验系统程序编辑、编译、调试、运行的流程和方法。

四、实验步骤：（如单片机软件调试有几种方法，仿真系统有几种数据窗口及各窗口的功能、仿真器设置应注意的事项等）

五、实验体会：

六、建议：

第二章 LAB2000实验系统组成和结构
2.1 伟福实验系统的硬件组成
本实验仪上有丰富的实验电路和灵活的组成方法。这些电路既可以和8031系列，也可以和80196系列CPU及8088/8086CPU组合完成各种实验。本实验仪将高档仿真器所具有的逻辑分析仪、波形发生器和程序跟踪器等强大的分析功能移植过来，在做实验时不仅能知道软件的执行过程，也能直观地看到程序运行时，电路上的信号状态和工作时序，可以详细地了解电路的工作情况。

2.1.1 LED6位数字显示器及4×6键盘电路
本实验仪已经将LED显示电路和键盘电路集成到一个集成电路中。LED显示和键盘的等效电路如图2-1。显示控制的位码由74HC374输出，经MC1413反向驱动后，做LED的位选通信号。位选通信号也可作为键盘列扫描码，键盘扫描的行数据从74HC245读回，74HC374输出的列扫描码经74HC245读入后，用来判断是否有键被按下，以及按下的是什么键。如果没有键按下，由于上拉电阻的作用，经74HC245读回的值为高电平，如果有键按下，74HC374输出的低电平经过按键被接到74HC245的端口上，这样从74HC245读回的数据就会有低位，根据74HC374输出的列信号和74HC245读回的行信号，就可以判断哪个键被按下。LED显示的段码由另一个74HC374输出。
键盘和LED显示的地址译码见图2-1，做键盘和LED实验时，需将KEY/LED_CS接到相应的地址译码上。位码输出的地址为0X002H，段码输出的地址为0X004H，键盘行码读回的地址为0X001H，此处X是由KEY/LED_CS决定，参见地址译码。例如将KEY/LED_CS接到地址译码的CS0上，那么位码输出的地址就为08002H，段码输出的地址就是08004H，键盘行码读回的地址为08001H。

2.1.2 LED电平显示电路
实验仪上装有8只发光二极管及相应驱动电路，参见图2-2，L0~L7为相应发光二极管驱动信号输入端，该输入端为高电平“1”时发光二极管点亮。我们可以通过P1口对其直接进行控制，点亮或者熄灭发光二极管。

2.1.3 逻辑电平开关电路
实验仪上有8只开关K0~K7，并有与之相对应的K0~K7引线孔为逻辑电平输出端。开关向上拨，相应插孔输出高电平“1”，向下拨相应插孔输出低电平“0”，参见图2-3。

2.1.4 单脉冲电路
单脉冲电路由按键（PULSE）和去抖动电路组成，每按下一次（PULSE）键产生一个单脉冲。板上有单脉冲的输出信号插孔（参见图2-4），图中“”和“”，分别表示正脉冲和负脉冲。

图2-1 键盘及LED显示电路

图2-2 LED电平显示电路

图2-3 逻辑电平开关电路

图2-4 单脉冲发生电路

2.1.5 脉冲发生电路和分频电路
图2-5是4MHz脉冲信号输出电路。如想得到其他频率的脉冲信号，可将4MHz脉冲信号接到分频电路上，经过分频后，能得到2MHz、1 MHz、500KHz、250KHz、125KHz、62.5KHz多种频率的脉冲信号。脉冲分频电路如图2-6所示。

2.1.6 继电器输出电路
当控制端电平置高，公共触点与常开触点吸合。我们可以将常开端接入一发光二极管，公共端接+5V电平，通过对控制端进行控制，观察发光二极管的状态。继电器控制电路见图2-7。

2.1.7 A/D转换电路
实验仪上有一个0~5V的可调电位器，将可变电压输出端接入A/D转换电路的输入端，通过CPU软件处理，读进A/D转换值，再将转换值送数码管显示。我们可以调节电位器，使之输出不同电压值，通过数码管的显示，检验A/D转换正确与否。A/D转换电路参见图2-8。

2.1.8 D/A转换电路
实验仪上提供了D/A转换电路如图2-9所示。我们可以通过软件编程控制D/A转换芯片DAC0832，输出相应电流值，经过采样电路取出模拟量电压值，用电压表测量电压输出端子，读出电压值。

2.1.9 PWM转换电路
通过编程输出脉冲，以产生PWM（脉冲宽度调制）电压。电路参见图2-10。

2.1.10 音频放大电路
在实验仪相应输入端口接入高电平可使蜂鸣器发声，输入不同频率的脉冲信号，可产生不同频率的声音（如电子琴）。音频放大电路参见图2-11。

2.1.11 可调模拟量输入电路
电位器电路用于产生可变的模拟量（见图2-12）。

2.1.12 存储器电路
本实验仪上有一片32K存储器61256。提供给学生做存储器实验，由于地址译码为4K一段，所以只能提供4K容量使用，地址从0000H~0FFFH。用RAM_CS来选择不同的地址段，以适应不同的应用电路。

2.1.13 逻辑门电路
本实验仪提高系列门电路：非门、或门、与门和D触发器。逻辑门电路由74LS00和74LS04组合实现，参见图2-13。

图2-5 脉冲产生电路

图2-6 分频电路

图2-7 继电器控制电路

图2-8 A/D转换电路

图2-9 D/A转换电路

图2-11 音频放大滤波电路

图2-10 PWM转换电路

图2-13 逻辑门电路

图2-12 电位器

2.1.14 实验电路插座
本实验仪具有1个40芯通用电路插座，每个插座的全部引脚都被引出到相应的插孔，40芯通用插座可兼容28芯、24芯、16芯和14芯插座。利用这个插座，可对双列直插式的各种微机芯片进行实验。
2.1.15 总线插孔
本实验仪上有三排总线插座，用于引出各种总线信号，其中AD0~AD7为8根数据总线，A0~A15为16根地址总线，另外ALE、RD、WR为控制总线。与CPU相关的一些控制信号和I/O信号，例如P1口、RXD、TXD等信号在相应的仿真板上。

2.1.16 地址译码插孔（见下表）
译码插孔
地址范围
CS0
08000H~08FFFH
CS1
09000H~09FFFH
CS2
0A000H~0AFFFH
CS3
0B000H~0BFFFH
CS4
0C000H~0CFFFH
CS5
0D000H~0DFFFH
CS6
0E000H~0EFFFH
CS7
0F000H~0FFFFH

2.1.17 串口通信程序实验插孔
在做串行通信实验时，如果不需要将TTL电平转到RS232电平，可直接将POD51/96仿真板或POD8086仿真板上的TXD、RXD、地与通信对方交叉对接即可。
如果想要与标准的设备通信，就要做电平转换，将TTL电平转到RS232电平或将RS232电平转成TTL电平。本实验仪提供用户串行通信接口，可以用这两个插孔进行RS232通信程序实验，经电平转换后，再通过实验仪的“用户串口”接到PC机或其它RS232设备，实现数据互传。

图2-14 POD51/96仿真板示意图
2.2 WAVE仿真板
若要做80C51或80C196的实验，将POD51/96仿真板插在实验仪上，POD51/96仿真板如图2-14所示。
在POD51/96仿真板上有两个跳线器，其中跳线器S1用于CPU种类（80C51或80C196）的选择，另一个跳线器接80C51的EA脚，用于选择80C51的程序在内部还是外部，一般情况下接地，程序在CPU外部。
第三章 MCS-51单片机应用实验
本实验指导书可作为单片机课程实验、课程设计和实习实训的指导书，任课教师和实验指导教师可根据教学、实验和学院现有设备的实际情况，自行选择题目。也可依据本实验指导书编写设计任务书，作为课程设计施行。书中未列出具体源程序，可由学员依据流程图编写和调试完成。

实验二 信号灯控制实验

一、实验要求：
1. P1口做输出口，接八只发光二极管，编写程序，使发光二极管循环点亮。
2. P1.0、P1.1做输入口接两个拨动开关，P1.2、P1.3做输出口，接两个发光二极管，编写程序读取开关状态，将此状态，在发光二极管上显示出来。编程时应注意P1.0和P1.1作为输入口时应先置1，才能正确读入值。

二、实验目的：初步学习单片机汇编语言源程序的编制方法和调试方法，学习P1口的使用方法以及沿时子程序的编写和使用。

三、实验电路及连线

实验1 P1口循环点亮
实验2 P1口输入输出

连线
连接孔1
连接孔2
1
P1.0
L0
2
P1.1
L1
3
P1.2
L2
4
P1.3
L3
5
P1.4
L4
6
P1.5
L5
7
P1.6
L6
8
P1.7
L7

连线
连接孔1
连接孔2
1
S0
P1.0
2
S1
P1.1
3
P1.2
L2
4
P1.3
L3
四、实验说明：
1. P1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，即当P1口用为输入口时，必须先对它置“1”。若不先对它置“1”，读入的数据可能是不正确的。
2. 延时子程序的延时计算问题。对于程序
DELAY： MOV R6，#200
DEL1： MOV R7，#125
DEL2： DJNZ R7，DEL2
DJNZ R6，DEL1
RET
由指令表可知MOV、DJNZ指令均需用两个机器周期，在采用6MHz晶振时，一个机器周期时间长度为，所以该段程序执行时间约为：
3. 有余力的同学可进一步考虑信号灯控制能否达到如霓虹灯的效果，并通过编程实现。

五、实验步骤：（如程序流程图或源程序等）

六、实验结果和体会：

七、建议：

实验三 继电器控制实验

一、实验要求： 用单片机的端口，输出电平控制继电器的吸合和断开，实现对外部装置的控制（见图2-7）。其中三极管起电流放大的作用，该电路原理是弱电控制强电的常用方法。

二、实验目的：学习I/O端口的使用方法；掌握继电器控制的基本方法；了解用弱电控制强电的工作原理。

三、实验电路及连线

连线
连接孔1
连接孔2
1
P1.0
继电器输入
2
5V
继电器常闭输入
3
L0
继电器中间输入

四、实验说明：
现代自动控制设备中，都存在一个电子电路与电气电路的互相连接问题，一方面要使电子电路的控制信号能够控制电气电路的执行元件（电动机、电磁铁、电灯等），另一方面又要为电子线路的电气电路提供良好的电气隔离，以保护电子电路和人身的安全。继电器便能完成这一桥梁作用。本实验采用的继电器其控制电压是5V。本电路的控制端为高电平时，继电器工作常开触点吸合，连接触点的LED灯被点亮。当控制端为低电平时，继电器不工作。执行时，对应的LED将随继电器的开关而亮灭。

五、实验框图

六、实验步骤：（如程序流程图或源程序等）

七、实验结果和体会：