單片機原理實驗教案

概述實驗教學是學生對理論知識的應用和深化，也是學生感受單片機應用開發(fā)過程,培養(yǎng)實際能力的重要環(huán)節(jié)，因此，必須科學設計實驗內容。首先,實驗內容要包含單片機應用的常用元器件、基本電路和基本技術，突出基礎訓練，注重實用性；其次，實驗必須反映電子技術和單片機的發(fā)展，盡量采用新技術、新元件，具有技術先進性；第三，實驗原理必須清楚，易于學生掌握，有一定的難度層次，便于因材施教；第四，實驗內容和實驗裝置都應易于組合、擴充，使學生思維有一定的靈活性，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。實驗采用“單元模塊化”的教學方法，目的在于加強學生對知識的層次性和系統(tǒng)性的認識，學會逐步學習知識和綜合運用知識的方法。其思路是：首先將教學內容按知識點分成若干個單元，每一單元達到一定的教學目的；其次，每一單元對知識內容的要求和學生能力的要求都力求循序漸進，一環(huán)扣一環(huán)；各個模塊的組合構成對學生基本應用能力的支撐。實驗重視硬件和軟件的結合，注重系統(tǒng)能力的培養(yǎng)，通過實踐訓練，最后達到對單片機應用開發(fā)整體掌握的目的。學生的綜合應用能力將在課程設計中有所體現(xiàn)。實驗一DICE-5103H單片機仿真開發(fā)系統(tǒng)的使用（驗證性實驗，2學時）實驗目的：熟悉仿真開發(fā)系統(tǒng)5103H實驗箱，通過調試運行幾個簡單的程序，練習手工匯編，并利用實驗儀的小鍵盤輸入程序的機器碼、調試運行程序，為以后的實驗掌握必要的操作方法。 重點： 熟悉仿真開發(fā)系統(tǒng)5103H實驗箱的使用，掌握手工匯編的方法和機器碼的錄入和程序的運行、調試。DICE-5103H實驗系統(tǒng)簡介1．實驗系統(tǒng)的資源分配1、CPU資源100％出借(棧頂資源共享)2、程序／數(shù)據(jù)資源分配：（1）仿真空間100％出借，目標系統(tǒng)程序與數(shù)據(jù)尋址能力均達64KB；（2）實驗系統(tǒng)內部存貯器空間分配如下：空間地址器件選用用途與說明0000H~0FFFFH27512／27256監(jiān)控管理空間0000H~7FFFH62256(32KB)仿真實驗空間8000H~0FEFFH擴充空間用戶自選空間E000H~FDFFHTV空間用戶自選空間（3）系統(tǒng)I／O口地址具體分配如下：口地址擴展口名稱用途FF20H8155控制口寫方式字FF21H8155A口數(shù)碼管字位口FF22H8155B口數(shù)碼管字形口FF23H8155C口鍵盤掃描輸入口FF28H8255A口EPROM數(shù)據(jù)總線FF29H8255B口EPROM地址總線A0~A7FF2AH8255C口EPROM地址總線A8~A15FF2BH8255控制口寫方式字2、通用電路簡介DICE-51實驗儀采用模塊式設計，包含有地址譯碼模塊、A/D轉換模塊、D/A轉換模塊、并行接口模塊、串行接口模塊…….等。我們可以根據(jù)需要任意組合，完成不同的實驗。下面簡單介紹幾個常用的模塊：ABABCE3E2E1Y4Y5Y6Y7Y0Y1Y2Y3C000HD000HE000HF000H8000H9000HA000HB000HP2.4(A12)P2.5(A13)P2.6(A14)P2.7(A15)圖1-1（2）LED顯示：實驗系統(tǒng)上裝有16只發(fā)光二極管及相應驅動電路。見圖1—2的LI~L16為相應發(fā)光二極管驅動信號輸入端，該輸入端為低電平“0”時發(fā)光二極管亮。VCCVCCR15LED15L15R1LED1L1R2LED2L2R16LED16L16圖1-2（3）邏輯電平開關電路：見圖1-3實驗臺上有8只開關K1~K8與之相對應的K1~K8引線孔為邏輯電平輸出端。開關向上撥相應插孔輸出高電平“1”，向下?lián)芟鄳蹇纵敵龅碗娖健?圖1-3圖1-3K1K2K3K4K5K6K7K8（4）單脈沖電路：實驗臺上單脈沖產(chǎn)生電路如圖1-4，標有和的兩個引線插孔為正負單脈沖輸出端。附近按鈕AN為單脈沖按鈕，每按—次產(chǎn)生—個單脈沖。圖1圖1—4（5）計數(shù)器電路，該電路由1片74LS393組成。見圖1-5，實驗系統(tǒng)上U30的T0~T7為分頻輸出插孔，另—個插孔T為脈沖輸入端。該計數(shù)器在上電時由RESET信號清零。當脈沖輸入為8.0MHz時，T0~T7輸出脈沖頻率依次為4.0MHz、2.0MHz、1.0MHz、500KHz，250KHz、125KHz，62.5KHz、31.25KHz。CLKCLKMRQ0Q1Q2Q31312CLKMRQ0Q1Q2Q312T4T5T6T7111098T0T1T2T33456TRST74LS393圖1—5(6)脈沖發(fā)生器電路：實驗臺上提供一個8MHz的脈沖源，見圖1—6，實驗臺上標有8MHz的插孔即為脈沖的輸出端。圖1圖1—6實驗臺上除以上通用電路外，還包括有常用微機接口電路，如A／D、D／A轉換電路、定時／計數(shù)器電路、鎖存器電路、緩沖電路、存儲器電路鍵盤電路以及數(shù)碼管顯示電路等。每一部分電路及連線方法將在實驗指導部分詳細說明。實驗二8051單片機的位處理功能實驗（驗證性實驗，2學時）實驗目的：對給定的邏輯表達式，（例如：Y=AVB，Y=A+B+C等）利用8051單片機的位處理功能模擬解邏輯表達式對應的硬件電路。讓學生了解用單片機來實現(xiàn)數(shù)字邏輯電路的靈活性和方便性。重點： 利用實驗系統(tǒng)提供的硬件資源，設計硬件連接，驗證用單片機實現(xiàn)的邏輯功能的正確性。實驗要求：讓學生回顧、觀察實驗系統(tǒng)的硬件資源，選擇信號輸入部件（控制輸入電平）、信號輸出顯示部件。設計單片機的引腳分配，并將信號輸入部件、信號輸出顯示部件連接到對應的引腳。設計控制程序，運行程序，使輸入遍歷所有可能的狀態(tài)，觀察輸出狀態(tài)是否正確，如有問題分析調試。寫實驗報告。實驗三 軟件實驗（驗證性實驗，2學時）實驗內容：雙字節(jié)乘法的實現(xiàn)。 實驗目的：了解用匯編語言設計較復雜的算術運算程序的特點，掌握MCS-51匯編語言程序設計的過程和方法。實驗原理：雙字節(jié)乘法。被乘數(shù)在R2B3中，乘數(shù)在R6R7中，結果存放在33H、32H、31H、30H中3、原理分析：單字節(jié)乘法指令MULAB結果的低字節(jié)在A寄存器中，高字節(jié)在B寄存器中；用R2B3表示被乘數(shù)R6R7表示乘數(shù)，若將每個字節(jié)看成256進制數(shù)，考慮到高字節(jié)的位權是256即28,故可以根據(jù)下面的公式進行乘法運算：(R2B3)*(R6R7)＝(R2*28+R3)*(R6*28+R7)＝R2*R6*216+(R2*R7+R3*R6)*28+R3*R7*216表示需要左移2個字節(jié)；*28表示需要左移1個字節(jié)；故結果應當是：R2*R6R2*R6低字節(jié)R2*R7高字節(jié)R2*R7低字節(jié)R3*R6高字節(jié)（33H）R3*R6低字節(jié)R3*R7低字節(jié)R3*R7高字節(jié)＋R2*R6高字節(jié)（32H）（30H）（31H）實驗要求：根據(jù)雙字節(jié)乘法的原理，畫出算法流程圖；根據(jù)流程圖編寫匯編語言的程序（定義輸入變量、輸出變量，便于控制和檢查）；運行程序、檢查結果、調試程序。實驗四 簡單輸入/輸出實驗（驗證性實驗，2學時）實驗內容： 利用實驗箱提供的8個電平撥動開關和16個LED發(fā)光二極管作為輸入輸出，對8051的P1口進行編程設計實現(xiàn)自己的創(chuàng)意。實驗目的： 本單元實驗是針8051的P1口編程的實驗。通過本次實驗，了解8051的P1口的特點（每一位都可以自由地定義為輸入或輸出）、掌握利用8051的P1口進行I/O接口的擴展技術。在應用編程中要樹立系統(tǒng)的意識。實驗要求：P1口的低4位接LED指示燈L1~L4，P1口的高4位接電平開關K1~K4；編程要求：讓P1口的低4位顯示高4位的輸入狀態(tài)：若Kn接低電平則接對應位的Ln的LED燈亮，若Kn接高電平則接對應位Ln的LED燈滅；該實驗程序要構成系統(tǒng)循環(huán)；對電平開關狀態(tài)的變化要有實時的反應。運行程序、檢查結果、調試程序。寫實驗報告思考題： 根據(jù)自定義的功能，按4個不同的鍵，LED顯示4種不同的閃亮花樣。實驗五并行I/O可編程芯片接口擴展實驗（驗證性實驗，2學時）實驗內容： 利用實驗箱提供的8255模塊、電平撥動開關和LED發(fā)光二極管作為輸入輸出，對8255的PA口、PB口、PC口進行編程設計，模擬交通燈的管理，學生也可以提出自己的創(chuàng)意，擬訂實驗題目。實驗目的： 本單元實驗是針對可編程I/O接口芯片8255的實驗。通過本次實驗，了解可編程芯片帶有共性的特點（一般都具有控制端口、狀態(tài)端口、和數(shù)據(jù)端口，對可編程芯片的操作主要是向對應的端口地址中讀寫數(shù)據(jù)）、掌握8255控制字的設置以及利用8255進行I/O接口的擴展技術。在應用編程中要樹立系統(tǒng)的意識。實驗要求：獨立選擇實驗儀上的相關硬件資源，獨立設計；該實驗程序要構成系統(tǒng)循環(huán)；運行程序、觀察結果、調試程序。寫實驗報告實驗六鍵盤掃描和數(shù)碼管顯示綜合實驗（綜合性實驗，4學時）實驗內容： 本單元實驗是針對可編程I/O接口芯片8155的實驗。通過對5103H實驗箱鍵盤掃描部分和LED數(shù)碼管顯示部分電路原理的解析，編寫鍵盤掃描程序和LED數(shù)碼管顯示程序。實驗目的： 在問題的解決中，CPU要同時處理鍵盤掃描和數(shù)碼管顯示問題，所以這個實驗主要使鍛煉學生對CPU運行時間的調度能力和對復雜問題的綜合處理能力。從應用角度來說這也是一個基本的能力。實驗要求：理解鍵盤掃描和數(shù)碼管顯電路的硬件原理和顯示掃描、鍵盤掃描的算法原理；設計顯示掃描子程序、鍵盤掃描子程序；設計一個能構成系統(tǒng)循環(huán)的主程序，主程序中除完成系統(tǒng)的初始化外，還能夠不停的調用顯示子程序和鍵盤掃描子程序，把鍵盤輸入的鍵碼值以二進制形式顯示在數(shù)碼管的最右2位；運行程序、觀察結果、調試程序。寫實驗報告實驗七8051單片機內部定時/計數(shù)器設計實驗（驗證性實驗，4學時）實驗內容：采用CTC中斷控制技術，實現(xiàn)數(shù)字電子鐘的設計，主程序循環(huán)主要進行時間的顯示和鍵盤掃描，通過修改相關寄存器的值進行時間設置。時間采用24小時制，利用實驗箱上的數(shù)碼管顯示時間，時.分.秒各使用2位數(shù)碼管。實驗目的：在問題的解決中，CPU要同時處理鍵盤掃描和數(shù)碼管顯示問題，所以這個實驗主要使鍛煉學生對CPU運行時間的調度能力和對復雜問題的綜合處理能力。實驗要求：理解8051單片機內部定時/計數(shù)器電路的硬件原理和TMOD、TCON等相關寄存器的控制功能，會根據(jù)應用需要設置相關的寄存器；合理地分配主程序和中斷子程序的功能；顯示部分可以直接調用實驗六的結果；運行程序、觀察結果、調試程序。寫實驗報告實驗八D/A轉換實驗（驗證性實驗，2學時）實驗內容：利用實驗箱上提供的0832模塊，進行數(shù)/模轉換的硬件電路連接，編寫轉換程序，