单片机原理实验.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单片机原理实验,李艳生,湖北师范学院物电学院,liva2008,Version 2.0,2,目 录,引 言,基本要求,实验报告,实验内容,操作考试,硬件结构,总线结构,存 储 器,指令系统,最小系统,实验方式,实验环境,结 语,实验一 流水灯,实验二 转向灯,实验三 中 断,实验四 定时器,实验五 串 口,实验六 数字钟,实验七 总 线,3,基本要求,必带单片机理论教材,必做,预习,报告,严禁带,早餐,进实验室,实验过程中，,爱护,仪器设备,实验过程中，不能把,垃圾,丢到抽屉里,实验完毕时，,整理好,实验仪器，,关好,计算机,4,参考书,新概念,51,单片机,C,语言教程,-,入门、提高、开发、拓展全攻略,单片机,C,语言程序设计实训,100,例,:,基于,8051+Proteus,仿真,5,嵌入式系统,IEEE,定义：,嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（,devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants,）。,国内定义：,以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。,6,处理器,微控制器,(MCU Micro Controller Unit),微处理器,(MPU Micro Processor Unit),数字信号处理器,(DSP Digital Signal Processor),图形处理器,(GPU Graphics Processing Unit),7,MCU,8,位,32,位,8,9,MPU,ARM,X86,10,DSP,5000,6000,11,GPU,电脑,手机,12,开发模式,直接在硬件平台上开发应用程序,在硬件平台移植操作系统，然后在操作系统平台开发应用程序,MMU:Memory Management Unit,13,嵌入式操作系统,ucLinux,ucOS,Windows CE,Linux,Android,VxWorks,14,应用领域,安防应用,工业应用,计算机及周边,能源,运输和汽车电子,视频和影像,通信与电信,消费电子,医疗电子,航空航天,军事,15,手机结构图,16,电脑结构图,17,电视结构图,18,硬盘驱动器框图,19,智能仪表框图,20,嵌入式计算框图,21,数码相机框图,22,网络平台框图,23,RFID,阅读器,24,便携式数据终端,25,台式计算机,26,笔记本电脑,27,服务器,28,打印机,29,无线鼠标,30,以太网交换机,31,变电站控制,32,车用信息娱乐,33,汽车门禁系统,34,汽车仪表板,35,汽车车身控制器,36,车用视觉控制,37,E-bike,38,微波炉,39,洗衣机,40,电冰箱,41,移动互联网,42,物联网,43,实验报告,实验目的,5%,实验仪器,实验原理,20%,实验电路,20%,代码分析,30%,实验小结,20%,书写态度,5%,44,实验内容,实验一 流水灯,(P1,口输出实验,),实验二 转向灯,(P1,口输入实验,),实验三 中断实验,实验四 定时器实验,实验五 串口实验,实验六 数字钟实验,实验七 总线实验,45,操作考试,题号,分值,题目类型,能力考查说明,备注,1,100,操作题,实验一 流水灯,(P1,口输出实验,),5,选,1,2,100,操作题,实验二 转向灯,(P1,口输入实验,),5,选,1,3,100,操作题,实验三 中断实验,5,选,1,4,100,操作题,实验四 定时器实验,5,选,1,5,100,操作题,实验五 串口实验,5,选,1,选择算法：题号,=(,学号的最后,2,位,+,随机数,)MOD 5+1,现场提问，根据回答情况给出考试成绩,46,开放考试,自主选择一个综合型题目（如数字温度计，数字电压表），题目不限。,要求用,Proteus,设计电路、仿真及,PCB,制板。,不能完全照搬别人的设计，原理、电路、程序要有自已的特色。,提交可仿真的电路及程序，以学号姓名命名文件夹，报告用论文格式写作，并用,A4,纸打印提交。,报告模板,47,硬件结构,微型计算机的基本组成,48,硬件结构,MCS-51,单片机的基本组成,哈佛结构,冯诺伊曼结构,CISC,RISC,时钟电路,4KROM,程序存储器,256BRAM,数据存储器,2X16,位,定时,/,计数器,CPU,处理器,64KB,总线,扩展控制器,可编程,I/O,端口,P0-3,可编程,串行口,49,MCS-51,单片机的引脚配置图,P1,P2,P3,P0,50,总线结构,地址锁存器,CB,I/O,A,15,A,14,A,13,A,12,A,11,A,10,A,9,A,8,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,DB,AB,P,1.0,P,1.1,P,1.2,P,1.3,P,1.4,P,1.5,P,1.6,P,1.7,RESET,P,3.0,P,3.1,P,3.3,P,3.4,P,3.5,P,3.6,P,3.7,V,SS,V,CC,P,0.0,P,0.1,P,0.2,P,0.3,P,0.5,P,0.6,P,0.7,EA,ALE,PSEN,P,2.7,P,2.6,P,2.5,P,2.4,P,2.3,P,2.2,P,2.1,P,2.0,P,3.2,P,0.4,51,存 储 器,MCS-51,单片机,片内,ROM,4K,片内,RAM,256B,片外,RAM,64K,片外,ROM,64K,数据存储器地址空间 程序存储器地址空间,I/O,系统地址空间,52,存 储 器,特,殊,功,能,寄,存,器,00H,1FH,20H,2FH,30H,7FH,80H,FFH,80H,88H,90H,98H,A0H,A8H,B0H,B8H,D0H,E0H,F0H,特殊功能寄存器中位寻址,外部,ROM,内部,ROM,(EA=1),外部,ROM,(EA=0),0000H,0000H,0FFFH,0FFFH,1000H,FFFFH,外 部,RAM,(I/O,口,地址,),0000H,FFFFH,工作寄存器区,位寻址区,通用,RAM,区,53,0,区工作寄存器区结构图,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,R0,RAM,地址,07H,06H,05H,04H,03H,02H,01H,00H,54,片内,RAM,（,20H-2FH,）中的位寻址区,7F,7E,7D,7C,7B,7A,79,78,77,76,75,74,73,72,71,70,6F,6E,6D,6C,6B,6A,69,68,67,66,65,64,63,62,61,60,5F,5E,5D,5C,5B,5A,59,58,57,56,55,54,53,52,51,50,4F,4E,4D,4C,4B,4A,49,48,47,46,45,44,43,42,41,40,3F,3E,3D,3C,3B,3A,39,38,37,26,25,24,23,22,21,20,2F,2E,2D,2C,2B,2A,29,28,27,26,25,24,23,22,21,20,1F,1E,1D,1C,1B,1A,19,18,17,16,15,14,13,12,11,10,0F,0E,0D,0C,0B,0A,09,08,07,06,05,04,03,02,01,00,2FH,20H,字节地址,位地址,55,56,单片机复位后特殊功能寄存器的状态,特殊功能寄存器,初始状态,特殊功能寄存器,初始状态,A,00H,TMOD,00H,B,00H,TCON,00H,PSW,00H,TH0,00H,SP,07H,TL0,00H,DPL,00H,TH1,00H,DPH,00H,TL1,00H,P0,P3,FFH,SBUF,B,IP,00000B,SCON,00H,IE,000000B,PCON,0B,57,指令系统,OP,DATA,或,ADDRESS,操作码,操作数或操作数地址,操作码：定义指令功能，详细信息查找指令表,操作数：定义操作对象,(,输入输出数据,),，由寻址方式指定,数学中函数三要素：定义域，值域，对应法则,指令系统：源操作数，目的操作数，操作码,C,语言函数：输入参数，返加参数，函数体,CISC,RISC,58,寻址方式,单片机共有,7,种寻址方式，,111,条指令,:,1,立即寻址,2,直接寻址,3,寄存器寻址,4,寄存器间接寻址,5,变址寻址,6,相对寻址,7,位寻址,59,寻址方式,操作数地址,(PA),指令格式举例,1,立即寻址,操作数在指令中直接给出,MOV A,#69H;(A)69,2,寄存器寻址,操作数在寄存器中,MOV A,R0;(A)(R0),3,直接寻址,操作数的有效地址由指令直接给出,MOV A,4FH;(A)(4F),4,寄存器间接寻址,指令中给出的寄存器的内容为操作数的地址,MOV A,R1;(A)R1,5,变址寻址,指定的变址寄存器的内容与指令中给出的偏移量相加，所得的结果作为操作数地址,MOVC A,A+DPTR;,(A)(DPTR)+(A),6,相对寻址,由程序计数器,PC,提供的基地址与指令中提供的偏移量,OFFSET,相加，得到操作数的地址,SJMP OFFSET,;,(PC)(PC)+OFFSET),7,位 寻 址,操作数是二进制数的某一位，其位地址出现在指令中,SETB bit;,60,最小系统,61,自制实验系统,成本：,20,元左右,62,STC89C51RC CPU,63,USB,下载线,64,22.1184MHz,晶振,65,22pf,瓷片电容,66,10,uf,电解电容,67,电阻,68,Led,69,Button,70,面包板,71,EDA,72,实验方式,单片机开发板硬件实验,Proteus,软件仿真实验,73,实验环境,Proteus-,电路设计、仿真、制板软件,Keil-,汇编、,C,语言集成开发环境,STC-ISP-,下载工具,74,Proteus ISIS,75,Proteus ARES,76,Keil,77,ISP,78,实验一 流水灯实验,内容：,P1,口接,8,个,LED D1-D8,用循环延时实现流水灯,要求：,熟悉,P1,口作输出口的原理与方法。,掌握循环延时，并能计算延时时间。,79,P1,口的位结构图,D Q,锁存器,CL /Q,P1.x,引脚,Vcc,读锁存器,读引脚,内部总线,写锁存器,内部上拉电阻,上拉电阻,三态门,80,电子设计,绘制原理图,规划电路板,生成网络表及选择元件封装,设置参数,(,板层数，布局参数，布线参数,),布局,(,自动布局与手动布局,),布线,(,自动布线与手动布线,),文件保存及输出,(,导出,Gerber RS274X,文件,),81,思考题,用,C,语言实现流水灯，如何计算延时时间？,当,LED,数量远多于接口数量时（如,50,100,1000,个,LED,），如何实现流水灯,?,82,实验二 转向灯,内容：,P3,口接,2,个按键输入,K1,K2,，,P1,口接,1,个数码管,S1,输出显示，,K1,按下,S1,显示”,L”,K2,按下,S1,显示“,R”,。,要求：,熟悉,P3,口作输入口的原理及方法。,掌握数码管的结构、原理及使用方法。,掌握按键去抖动的原理及方法。,83,P3,口的位结构图,D Q,锁存器,CL /Q,P3.x,引脚,替代输出功能,读锁存器,读引脚,内部总线,写锁存器,MUX (,地址,/,数据,=0),Vcc,上拉电阻,替代输入功能,84,数码管结构与原理,共阴极,Cathode,共阳极,Anode,85,数码管结构与原理,86,数码管结构与原理,字型,共阳极代码,共阴极代码,字型,共阳极代码,共阴极代码,0,C0H,3FH,9,90H,6FH,1,F9H,06H,A,88H,77H,2,A4H,5BH,B,83H,7CH,3,B0H,4FH,C,C6H,39H,4,99H,66H,D,A1H,5EH,5,92H,6DH,E,86H,79H,6,82H,7DH,F,84H,71H,7,F8H,07H,灭,FFH,00H,8,80H,7FH,87,显示设备,LED,数码管，点阵屏,CRT,LCD,OLED,88,输入设备,Key,Key Board,Touch,89,思考题,当有多个数码管时，应该如何设计电路？,90,实验三 中断实验,内容：,P1,口接,8,个,LED D1-D8,实现流水灯，,P3.2,接,1,个按键,K1,用于中断，当,K1,按下时，,D1-D8,全亮,1,秒再返回流水灯中断状态接着执行。,要求：,掌握中断的基本原理。,学会使用中断系统。,91,中断的概念,执行,主程序,继续执行,断点,中断请求,中断响应,执行中断处理,中断返回,看书,借书,电话,中断是硬软件实现的轮询,?,中断是处理随机事件理想方法？,中断是为了提高,CPU,的利用率？,92,中断结构,93,中断寄存器,TCON -,定时控制寄存器，,IE -,中断允许控制寄存器，,IP -,中断优先级控制寄存器，,SCON-,串行口控制寄存器。,94,定时控制寄存器,TCON,（,1,）,IT0,选择外部中断请求,0,为跳沿触发方式还是电平触发方式：,IT0=0,，为电平触发方式。,IT0=1,，为跳沿触发方式。,可由软件置,“,1,”,或清,“,0,”,。,（,2,）,IE0,外部中断请求,0,的中断请求标志位。,IE0=0,，无中断请求。,IE0=1,，外部中断,0,有中断请求。当,CPU,响应该中断，转向中断服务程序时，由硬件清,“,0,”,IE0,。,95,中断允许控制寄存器,IE,0,禁止，,1,允许,（,1,）,EA,：中断允许总控制位,（,2,）,ES,：串行口中断允许位,（,3,）,ET1,：定时器,/,计数器,T1,的溢出中断允许位,（,4,）,EX1,：外部中断,1,中断允许位,（,5,）,ET0,：定时器,/,计数器,T0,的溢出中断允许位,（,6,）,EX0,：外部中断,0,中断允许位。,96,中断优先级控制寄存器（,IP,）,PS,：串行口中断优先级控制位。,PT1,：定时计数器,T1,中断优先级控制位。,PX1,：外部中断,1,中断优先级控制位。,PT0,：定时计数器,T0,中断优先级控制位。,PX0,：外部中断,0,中断优先级控制位。,注意：单片机复位后，,IP,寄存器被清,0,，所有中断源为低级中断。,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,PS,PT1,PX1,PT0,PX0,97,中断向量表,中断源,中断向量,C,语言中断号,复位中断,0000H,外部中断,0,0003H,0,定时器,T0,中断,000BH,1,外部中断,1,0013H,2,定时器,T1,中断,001BH,3,串行口中断,0023H,4,高,低,优 先 级,NMI,98,中断服务程序设计的步骤,（,1,）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。,（,2,）设置中断优先级寄存器,IP,。,（,3,）设置中断允许控制寄存器,IE,。,（,4,）编写中断服务程序，处理中断请求。,注：前,3,条一般放在主程序的初始化程序段中。,99,中断程序结构,ORG 0000H,LJMP MAIN,ORG,中断入口地址,LJMP INTR,ORG XXXXH,MAIN,：主 程 序,INTR,：中断服务程序,void main(),void intr()interrupt,中断类型号,using,工作组寄存器,100,中断服务程序流程,INT,：,CLR EA,；,CPU,关中断,PUSH PSW,；现场保护,PUSH ACC,；,SETB EA,；,CPU,开中断,中断处理程序段,CLR EA,；,CPU,关中断,POP ACC,；现场恢复,POP PSW,SETB EA,；,CPU,开中断,RETI,；中断返回，恢复断点,101,操作系统,实时操作系统,分时操作系统,批处理系统,Windows,Linux,Mac OSX,抢占式内核,非抢占式内核,Mac OSX,Windows 8,Ubuntu,102,微型嵌入式操作系统,MicroC/OS II(uC/OS II),D1-D8,全灭,1,秒，,k1,和,k2,同时按下会有何现象？,如何实现多于,2,个的外部中断？,104,实验四 定时器实验,内容：,P1,口接,8,个,LED D1-D8,，用定时器,T0,的方式,1,定时,1s,实现流水灯，并用示波器检测,P3.7,是否达到定时,1s,功能？,要求：,熟悉定时,/,计数器的基本原理。,会计算定时器的时间常数。,105,定时器,106,定时器,107,TMOD,T1,控制,T0,控制,M0,M1,C/T,GATE,M0,M1,C/T,GATE,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,M1 M0,工作方式选择,M1 M0,C/T,定时,/,计数工作方式选择,GATE,门控端,108,定时,/,计数器工作方式,109,TCON,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,TF1,TR1,TF0,TR0,IE1,IT1,IE0,IT0,触发方式选择,启动定时,/,计数器,0,低电平,1,下降沿,0,停止,1,启动,中断请求,标志,110,方式,1,振荡器,1/12,TL0 TH0,TF0,1,1,&,T0,TR0,GATE,INT0,C/T=0,C/T=1,8,位,8,位,16,位计数器,定时时间：,t=,（,216-T0,初值）,机器周期,111,使用步骤,确定,TMOD,控制字,:,编程时将控制字送,TMOD,；,计算计数器的计数初值,:,编程时将计数初值送,THi,、,TLi,；,开中断（如果使用中断方式）,:,编程置位,EA,、,ETi,TRi,位置位控制定时器的启动和停止。,112,移动操作系统,多线程,时间片,113,Android,114,Windows,115,大型嵌入式操作系统,Linux+ARM,www.kernel.org,源代码行数：,1000,多万行,116,扩展,Proteus ARES PCB,制板,117,实验五 串口实验,内容：利用串口发送和接收数据，在,P1,接,8,个,LED D1-D8,，并利用接收到的数据实现流水灯。,要求：,掌握串行口方式,1,的工作方式及编程方法。,掌握串行通讯中波特率的设置。,给定通讯波特率的情况下，会计算定时时间数。,118,通信的概念,并行通信与串行通信,同步通信与异步通信,单工、半双工与双工,119,串口框图,120,SCON,SM0,、,SM1,：控制串行口的工作方式。,SM2,：允许方式,2,和方式,3,进行多机通信控制位。,REN,：允许串行接收控制位。,REN=1,，允许接收。,TB8,：是工作在方式,2,和方式,3,时要发送的第,9,位数据，根据需要由软件置位和复位。,RB8,：是工作在方式,2,和方式,3,时接收到的第,9,位数据。,TI,：发送中断标志位。必须由软件清零。,RI,：接收中断标志位。必须由软件清零。,121,工作方式,122,PCON,SMOD,：波特率倍增位。,当,SMOD=1,时，波特率加倍；,当,SMOD=0,时，波特率不加倍。,GF1,、,GF0,：两个通用标志位，用户使用。,思考：,该两位的作,用是什么？,123,波特率,定义,串行口每秒钟发送（或接收）的位数称为波特率。,（,1,）方式,0,的波特率,在方式,0,下，串行口通信的波特率是固定的，其值为,fosc/12,（,fosc,为主机频率）。,（,2,）方式,2,的波特率,在方式,2,下，通信波特率为,fosc/32,或,fosc/64,，根据特殊功能寄存器,PCON,中,SMOD,位的状态来决定串行口在那个波特率下工作。,124,（,3,）方式,1,或方式,3,的波特率,在这两种方式下，串行口波特率是由定时器的溢出率决定的，因而波特率是可变的。波特率的公式为：,125,网络,RS232,485,有线网络,(Earthnet,光纤网,),无线网络,(NFC,Bluetooth,Wifi,2G,3G,4G),10cm,10m,100m,500m,126,扩展,多机通信,单片机与,PC,机之间通信,127,实验六 数字钟实验,内容：,P3,口接,3,个按键,k1,k2,k3,分别用于调整时、分、秒，,P0,P2,口接,8,位连体数码管用于显示时间，时、分、秒分隔符用,”-”,。,要求：,实现定时,1s,的程序。,熟悉时钟的程序逻辑。,掌握数码管的动态显示。,128,实验七 总线结构,内容：采用,74LS373,作为地址锁存器，用,1,片,6264,扩展单片机片外,RAM,存储器，并用,74LS244,作输入接口接,8,个按键,K1K8,，,74LS273,作输出接口接,8,个,LED D1D8,，,LED,显示对应的按键状态。,要求：,掌握单片机的,RAM,存储器扩展方法。,掌握单片机的,I/O,系统的扩展方法。,129,片外,ROM,扩展,130,片外,ROM,访问时序,131,片外,RAM,扩展,132,外部,RAM,读时序,MOVX A,DPTR;CPU,从外部对象,读,数据,133,外部,RAM,写时序,MOVX DPTR,A;CPU,给外部对象,写,数据,134,I/O,扩展,135,体系结构,136,操作系统,137,设计模式,138,综合能力,139,谢谢大家和我一起学习,!,