单片机实验指导书课上.docx
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单片机实验指导书课上
第一章系统介绍
一、系统特点
EL-MUT-III型微机/单片机教学实验系统具有以下特点:
1.CPU用80C31CPU,系统功能齐全,涵盖了单片机教学实验课程的全部内容。
2.系统采用开放式模块化结构设计,通过两组相对独立的总线最多可同时扩展2块应用实验板。
3.配有两块可编程器件:
EPM7128被系统占用。
另一块EPM7032供用户实验用。
两块器件皆可通过JTAG接口在线编程。
使用十分方便。
4.灵活的电源接口:
配有PC机电源插座,可由PC提供电源。
另外还配有外接开关电源,提供所需的+5V,±12V,其输入为220V的交流电。
5.系统的联机运行模式:
配有系统调试软件,软件为WINDOWS版本,均为中文多窗口界面。
调试程序时可以同时打开寄存器窗口、内存窗口、变量窗口、反汇编窗口、波形显示窗口等等,极大地方便了用户的程序调试。
该软件集源程序编辑、编译、链接、调试与一体,每项功能均为中文下拉菜单,简明易学。
经常使用的功能均备有热键,这样可以提高程序的调试效率。
8051调试软件不仅支持汇编语言,而且还支持C语言编辑调试。
6.系统的单机运行模式:
系统在没有与计算机连接的情况下,自动运行在单机模式,在此模式下,用户可通过键盘输入运行程序(机器码),和操作指令,同时将输入信息及操作的结果在LED数码管上显示出来。
7.系统功能齐全,可扩展性强。
本实验系统不仅完全能满足基本接口芯片实验,其灵活性和可扩展性(数据总线、地址总线、控制总线开放)亦能轻松满足使用。
二、系统概述
1.微处理器:
i80c31,它的P1口、P3口皆对用户开放。
2.时钟频率:
6.0MHz
3.存储器:
程序存储器与数据存储器统一编址,最多可达64k,板载ROM(监控程序27C256)12k;RAM1(程序存储器6264)8k供用户下载实验程序,可扩展达32k;RAM2(数据存储器6264)8k供用户程序使用,可扩展达32k。
(RAM程序存储器与数据存储器不可同时扩至32k,具体与厂家联系)。
(见图1-1:
存储器组织图)。
在程序存储器中,0000H----2FFFH为监控程序存储器区,用户不可用,4000H----5FFFH为用户实验程序存储区,供用户下载实验程序。
数据存储器的范围为:
6000H----7FFFH,供用户实验程序使用。
注意:
因用户实验程序区位于4000H-----5FFFH,用户在编写实验程序时要注意,程序的起始地址应为4000H,所用的中断入口地址均应在原地址的基础上,加上4000H。
例如:
外部中断0的原中断入口为0003H,用户实验程序的外部中断0的中断程序入口为4003H,其他类推,见表1-1。
4.可提供的对8051的基本实验
为了提高微机教学实验质量,提高实验效率,减轻主讲教师和实验教师的劳动强度,在该系统的实验板上,除微处理器外、程序存储器、数据存储器外,还增加了8255并行接口、8250串行控制器、8279键盘、显示控制器、8253可编程定时器、A/D、D/A转换、单脉冲、各种频率的脉冲发生器、输入、输出电路等模块,各部分电路既相互独立、又可灵活组合,能满足各类学校,不同层次微机实验与培训要求。
可提供的实验如下:
(1)8051P1口输入、输出实验
(2)简单的扩展输入、输出实验
(3)8051定时器/计数器实验
(4)8051外中断实验
(5)8279键盘扫描、LED显示实验
(6)8255并行口输入、输出实验
(7)8253定时器/计数器实验
(8)8259中断实验
表
1-1:
存储器系统组织图
(9)串行口通讯实验
(10)ADC0809A/D转换实验
(11)DAC0832D/A转换实验
(12)存储器扩展实验
(13)交通灯控制实验
表1-1:
存储器系统组织图
用户I/O区CFD0H---FFFFH
系统I/O区8000H--CFEFH
用户I/O区8000H—CFBFH
RAM2用户实验程序区供用户下载实验程序5000H-7FFFH
RAM1用户实验程序数据区3000H--4FFFH
ROM系统监控程序区0000H--2FFFH
表1-2:
用户中断程序入口表
中断名称
8051原中断程序入口
用户实验程序响应程序入口
外中断0
0003H
4003H
定时器0中断
000BH
400BH
外中断1
0013H
4013H
定时器1中断
001BH
401BH
串行口中断
0023H
4023H
5.资源分配
本系统采用可编程逻辑器件(CPLD)EPM7128做地址的编译码工作,可通过芯片的JTAG接口与PC机相连,对芯片进行编程。
此单元也分两部分:
一部分为系统CPLD,完成系统器件,如监控程序存储器、用户程序存储器、数据存储器、系统显示控制器、系统串行通讯控制器等的地址译码功能,同时也由部分地址单元经译码后输出(插孔CS0---CS5)给用户使用,他们的地址固定,用户不可改变。
具体的
表1-2系统地址资源分配
地址范围
输出孔/映射器件
性质(系统/用户)
0000H---2FFFH
监控程序存储器
系统*
3000H---3FFFH
数据存储器
系统*
4000H---7FFFH
用户程序存储器
系统*
8000H---CFDFH
LCS0---LCS7
用户
CFE0H
PC机串行通讯芯片8250
系统*
CFE8H
显示、键盘芯片8279
系统
CFA0H---CFA7H
CS0
系统
CFA8H---CFAFH
CS1
系统
CFB0H---CFB7H
CS2
系统
CFB8H---CFBFH
CS3
系统
CFC0H---CFC7H
CS4
系统
CFC8H---CFCFH
CS5
系统
CFD0H---FFFFH
LCS0----LCS7
用户
对应关系见表1-2。
另一部分为用户CPLD,它完全对用户开放,用户可在一定的地址范围内,进行编译码,输出为插孔LCS0----LCS7,用户可用的地址范围见表1—2,注意,用户的地址不能与系统相冲突,否则将导致错误。
注:
系统地址中,除带“*”用户既不可用,也不可改外,其他系统地址用户可用但不可改。
三、系统电源
该系统的电源提供了两种解决方案:
1.利用PC机的电源,可省去电源的费用,只需从PC机内引出一组电源,从CPU板的+5V、+12V、—12V电源插座中引入。
该电源具有短路保护。
2.外接开关电源,内置在实验箱里。
第二章基本电路介绍
一、硬件介绍
(一)、整机介绍
EL型微机教学实验系统结构
EL-MUT-III型微机教学实验系统由电源、系统板、CPU板、可扩展的实验模板、微机串口通讯线、JTAG通讯线及通用连接线组成。
系统板的结构简图见图2-1。
图2-1系统板的结构
(二)、硬件资源
1.可编程并口接口芯片8255一片。
2.串行接口两个:
8250芯片一个,系统与主机通讯用,用户不可用。
单片机的串行口,可供用户使用。
3.键盘、LED显示芯片8279一片,其地址已被系统固定为CFE8H、CFE9H。
硬件系统要求编码扫描显示。
4.六位LED数码管显示。
5.ADC0809A/D转换芯片一片,其地址、通道1—8输入对用户开放。
6.DAC0832D/A转换芯片一片,其地址对用户开放,模拟输出可调
7.8位简单输入接口74LS244一个,8位简单输出接口74LS273一个,其地址对用户开放。
8.配有8个逻辑电平开关,8个发光二极管显示电路。
9.配有一个可手动产生正、负脉冲的单脉冲发生器
10.配有一个可自动产生正、负脉冲的脉冲发生器,按基频6.0MHz进行1分频(CLK0)、二分频(CLK1)、四分频(CLK2)、八分频(CLK3)、十六分频(CLK4)输出方波。
11.配有一路0---5V连续可调模拟量输出(AN0)。
12.配有可编程定时器8253一个,其地址、三个定时器的门控输入、控制输出均对用户开放。
13.配有可编程中断控制器8259一个,其中断IRQ输入、控制输出均对用户开放。
14.2组总线扩展接口,最多可扩展2块应用实验板。
15.配有两块可编程器件EPM7064,一块被系统占用。
另一块供用户实验用。
两块器件皆可通过JTAG接口在线编程。
使用十分方便。
16.灵活的电源接口:
配有PC机电源插座,可与PC电源直接接驳。
另外还配有外接开关电源,提供所需的+5V,±12V,其输入为220V的交流电。
(三)、整机测试
当系统上电后,数码管显示,TX发光二极管闪烁,若没运行系统软件与上位机(PC)连接则3秒后数码管显示P_,若与上位机建立连接则显示C_。
此时系统监控单元(27C256)、通讯单元(8250、MAX232)、显示单元(8279,75451,74LS244)、系统总线、系统CPLD正常。
若异常则按以下步骤进行排除:
1.按复位按键使系统复位,测试各芯片是否复位;
2.断电检查单片机及上述单元电路芯片是否正确且接触良好;
3.在联机状态下,若复位后RX、TX发光二极管闪烁,则显示不正常,检查8279时钟信号,断电调换显示单元芯片;若复位后RX、TX发光二极管不闪烁,但显示正常,检查8250晶振信号,断电调换通讯单元芯片。
(四)、单元电路原理及测试
1.单脉冲发生器电路
(1)电路原理
该电路由一个按扭,1片74LS132组成,具有消颤功能,正反相脉冲,相应输出插孔P+、P-。
原理图如图2-2:
图2-2单脉冲发生电路消颤功能原理图
(2)电路测试
常态P+为高电平,P-为低电平;按扭按下时P+为低电平,P-为高电平。
若异常可更换74LS132。
2.脉冲产生电路
(1)电路原理
该电路由1片74LS161、1片74LS04、1片74LS132组成。
CLK0是6MHz,输出时钟为该CLK0的2分频(CLK1),4分频(CLK2),8分频(CLK3),16分频(CLK4),相应输出插孔(CLK0~CLK4)。
图2-3脉冲产生电路原理图
(2)电路测试
电路正常时,可通过示波器观察波形。
若CLK0有波形而其它插孔无波形,更换74LS161;若都无波形,74LS04、74LS132或6M晶振有问题。
3.开关量输入输出电路
(1)电路原理
开关量输入电路由8只开关组成,每只开关有两个位置H和L,一个位置代表高电平,一个位置代表低电平。
对应的插孔是:
K1~K8。
开关量输出电路由8只LED组成,对应的插孔分别为LED1~LED8,当对应的插孔接低电平时LED点亮。
原理图如图2-4下:
(2)电路测试
开关量输入电路可通过万用表测其插座电压的方法测试,即开关的两种状态分别为低电平和高电平;开关量输出电路可通过在其插孔上接低电平的方法测试,当某插孔接低电平时相应二极管发光。
图2-4开关量输入输出电路
4.简单I/O口扩展电路
(1)电路原理
输入缓冲电路由74LS244组成,输出锁存电路由上升沿锁存器74LS273组成。
74LS244是一个扩展输入口,74LS273是一个扩展输出口,同时它们都是一个单向驱动器,以减轻总线的负担。
74LS244的输入信号由插孔IN0~IN7输入,插孔CS244是其选通信号,其它信号线已接好;74LS273的输出信号由插孔O0~O7输出,插孔CS273是其选通信号,其它信号线已接好。
其原理图如下:
图2-5简单I/O口扩展电路原理图
(2)电路测试
当74LS244的1、19脚接低电平时,IN0~IN7与DD0~DD7对应引脚电平一致;当74LS273的11脚接低电平再松开(给11脚一上升沿)后,O0~O7与DD0~DD7对应引脚电平一致。
或用简单I/O口扩展实验测试:
程序执行完读开关量后,74LS244的IN0~IN7与DD0~DD7对应引脚电平一致;程序执行完输出开关量后,74LS273的O0~O7与DD0~DD7对应引脚电平一致。
5.CPLD译码电路
(1)电路原理
该电路由EPM7128、EPM7032、IDC10的JTAG插座、两SIP3跳线座组成。
其中EPM7128为系统CPLD,EPM7032为用户CPLD,它两共用一下JTAG插座,可通过跳线选择,当两跳线座都1,2相连时为系统CPLD,当两跳线座都2,3相连时为用户CPLD使用。
LCS0~LCS7为用户CPLD输出。
用户不得对系统CPLD编程。
原理图如下:
图2-6CPLD译码电路原理图
(2)电路测试:
通过CPLD地址译码实验
6.8279键盘、显示电路
(1)电路原理
8279显示电路由6位共阴极数码管显示,74LS244为段驱动器,75451为位驱动器,可编程键盘电路由1片74LS138组成,8279的数据口,地址,读写线,复位,时钟,片选都已经接好,键盘行列扫描线均有插孔输出。
图2-78279键盘、显示电路原理图
键盘行扫描线插孔号为KA0~KA3;列扫描线插孔号为RL0~RL7;8279还引出CTRL、SHIFT插孔。
六位数码管的位选、段选信号可以从8279引入,也可以有外部的其他电路引入,原理图如图2-7。
(2)电路测试见整机测试
六位数码管电路的测试:
除去电路板上数码管右侧的跳线,系统加点,用导线将插孔LED1接低电平(GND),再将插孔LED-A,LED-B,LED-C,LED-D,LED-E,LED-F,LED-G,LED-DP依次接高电平(VCC),则数码管SLED1的相应段应点亮,如果所有的段都不亮,则检查相应的芯片75451,如果个别段不亮,则检查该段的连线、及数码管是否损坏。
用同样的方法依次检查其它数码管。
8259显示、键盘控制芯片电路的测试:
加上数码管右边的所有短路线,复位系统,应能正常显示。
否则检查8279芯片、244芯片、138芯片是否正常。
7.8255并行接口电路
(1)电路原理
该电路由1片8255组成,8255的数据口,地址,读写线,复位控制线均已接好,片选输入端插孔为8255CS,A,B,C三端口的插孔分别为:
PA0~PA7,PB0~PB7,PC0~PC7.电路原理图如图2-9:
图2-88255并行接口电路
(2)电路测试
检查复位信号,通过8255并行口实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
8.A/D、D/A电路
(1)电路原理
八路八位A/D实验电路由一片ADC0809,一片74LS04,一片74LS32组成,该电路中,ADIN0—ADIN7是ADC0809的模拟量输入插孔,CS0809是0809的AD启动和片选的输入插孔,EOC是0809转换结束标志,高电平表示转换结束。
齐纳二极管LM336-5提供5V的参考电源,ADC0809的参考电压,数据总线输出,通道控制线均已接好,八位双缓冲D/A实验电路由一片DAC0832。
一片74LS00,一片74LS04,一片LM324组成,该电路中除DAC0832的片选未接好外,其他信号均已接好,片选插孔标号CS0832。
输出插孔标号DAOUT。
该电路为非偏移二进制D/A转换电路,通过调节POT3,可调节D/A转换器的满偏值,调节POT2,可调节D/A转换器的零偏值。
(2)电路测试
检查复位信号,通过A/D、D/A实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
图2-9A/D、D/A电路原理图
9.8253定时器/计数器电路
(1)电路原理
该电路由1片8253组成,8253的片选输入端插孔CS8253,数据口,地址,读写线均已接好,T0、T1、T2时钟输入分别为8252CLK0、8253CLK1、8253CLK2。
定时器输出,GATE控制孔对应如下:
OUT0、GATE0、OUT1、GATE1、OUT2、GATE2、CLK2。
原理图如下:
注:
GATE信号无输入时为高电平
图2-108253定时器/计数器电路原理图
(2)电路测试
检查复位信号,通过8253定时器/计数器接口实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
10.存储器电路
(1)电路原理
该电路由一片2764、一片27256、一片6264、一片62256、三片74LS373组成,2764提供监控程序高8位,27256提供监控程序低8位,6264提供用户程序及数据存储高8位,2764提供监控程序低8位,74LS373提供地址信号。
ABUS表示地址总线,DBUS是数据总线。
D0~D7是数据总线低八位,D8~D15是数据总线高八位。
其他控制总线如:
MEMR,MEMW和片选线均已接好。
在8086系统中,存储器分成两部分,高位地址部分(奇字节)和低位地址部分(偶字节)。
当A0=1时,片选信号选中奇字节;当A0=0时,选中偶字节。
原理图如图2-11。
(2)电路测试
监控正常则2764、27256、74LS373没问题,用户程序可正常运行则6264、62256没问题。
检查复位信号,通过存储器读写实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
11.六位LED数码管驱动显示电路
(1)电路原理
该电路由六位LED数码管、位驱动电路、端输入电路组成,数码管采用动态扫描的方式显示。
图2-12六位LED数码管驱动显示电路
具体见原理图,图中用75451作数码管的位驱动。
跳线开关用于选择数码管的显示源,可外接,也可选择8279芯片。
(2)电路测试:
去除短路线,系统加电,将插孔LED-1与GND短接,用电源的VCC端依次碰触插孔LED-A-----LED-DP,观察最左边的数码管的显示段依次发亮,则可断定此位数码管显示正常,否则检查芯片75451、及连线。
依次检查其他各位数码管电路。
12.3X8键盘扫描电路
(1)电路原理:
键盘采用行列扫描的方式。
如下图2-13,其中SHIFT、CTRL两键通过检查是否与GND相连来判断按键是否按下。
图2-133X8键盘扫描电路原理图
(2)电路测试
按照上图,系统加电,首先用万用表的电压档依次测试各个插孔的电压,在无键按下的情况下,共13个插孔的电压皆为VCC电压,否则检查故障插孔相关的电路。
上述检查无误后,将插孔KA10与GND短路,依次按键,插孔RL10---RL17应有一个电压将为GND,并且每当一个按键按下时,仅有一个对应插孔的电压降低。
否则检查相应的案件是否正常。
依次检查KA11、K112。
(五)、扩展接口定义
为方便用户设计其他实验模块,本系统设计了两个总线扩展接口,用户最多可同时扩展两块模块,对用户来说十分方便,其主要性能指标及要求为:
1.模块外形:
170mmX81mm
2.模块于系统的接口:
通过两条SIP接口相连。
接口的相对位置见图2-3,各位的定义见下表。
EXA插针定义EXB插针定义
编号定义编号定义
1LCS01VCC
2LCS12VCC
3LCS23GND
4LCS34GND
5DA45DA0
6DA56DA1
7DA67DA2
8DA78DA3
9A89DD0
10A910DD1
11A1011DD2
12A1112DD3
13CS013DD4
14CS114DD5
15CS215DD6
16CS316DD7
17ALE
18IOWR
19IORD
20CS4
21+12V
22+12V
23-12V
24-12V
第三章扩展板的安装与使用
本实验箱设计了两个总线扩展接口,方便于用户设计外扩实验模块,或购买本公司研发的多种外扩模块,对用户来说方便、简捷,极大的提高用户的动手能力,增强了本实验箱的功能和灵活性。
一、其主要性能指标及接口定义请参考前面介绍。
二、扩展接口说明:
两个总线扩展接口在实验箱的左下角的位置,其结构如图3-1所示:
(单位mm)
图3-1总线扩展接口的位置
为增强稳定性,上方16脚的接口座(EXA)采用32脚双排座,上16脚分别与下16脚短接,例如:
1脚与2脚短接,3脚与4脚短接等等。
同理,下方24脚接口座(EXB)采用48脚双排座。
各脚的定义见硬件介绍部分的接口定义说明。
其中:
CS0—CS4为系统CPLD产生的片选信号;LCS0—LCS3为用户CPLD产生的片选信号;DA0—DA7为低8位地址总线,A8—A11为高4位地址总线;DD0—DD7为低8位数据总线;ALE、IOWR、IORD均来自CPU,分别为地址锁存、IO写、IO读信号。
用户可根据以上定义及尺寸自行设计接口模块,本公司提供的接口扩展模块也符合上述定义。
三、扩展模块的安装和测试:
关断电源,将扩展模块插到实验箱的任意一组接口座上,应使插针与插座紧密接触并且不能有错位。
(注:
两组接口完全一致,可互换。
)
上电,观察系统能否正常复位,数码管是否显示正常,模块上电源指示灯是否正常。
若不正常,关电,拔下扩展模块,先检查实验箱工作是否正常。
若正常,则检查接口座上的+5V、+12V、-12V和GND是否正常,若正常则说明扩展模块有问题,应进行维修或更换。
四、扩展模块的使用
见各扩展模块的使用说明。
(注:
模块使用说明随扩展模块一道提供,指导书中不予提供。
)
第四章8051调试软件的安装与使用
一、MCS51集成开发环境的使用
MCS51集成开发环境是为INTEL51系列程序开发的多窗口程序级开发调试软件,它友好的WINDOWS界面使用户的使用简单快捷,极大的提高了程序的开发效率。
1.软件的运行环境及安装启动
(1)运行环境要求:
PC系列微机:
486以上CPU
内存:
640K
显卡:
VGA
硬盘:
2M以上
(2)系统安装:
将标有LGDS的光盘放入光驱(假定为G),查找G:
\lgds\微机原理单片机\8051new的软件包。
图4-1光盘上的源文件夹
运行SETUP.EXE可执行文件,开始安装8051的WINDOWS版工具软件。
图4-2工具软件的安装界面
等待进度条完成100%时,进入如下界面。
按要求退出其他应用程序后,单击“NEXT”,
图4-3建议退出其他应用程序界面
继续安装。
出现软件的安装协议认可书。
如果不认可,单击“NO”,则出现退出安装程序确认界面,单击“EXITSETUP”退出安装程序,单击“RESUME”返回软件安装协议认可界面。
如果认可协议,请单击“YES”则进入下一步的安装。
图4-4软件安装协议界面
图4-5退出安装程序确认界面
图4-6软件安装位置选择界面
点击“BROWSE”选择安装路径。
单击“NEXT”继续安装。
进入程序文件夹选择界面选择程序文件夹,可使用默认设置,再单击“NEXT”,继续软件安装,进入文件复制界面。
图4-7程序文件夹选择界面
图4-8文件复制界面
等待完成100%,软件安装全部完成。
2.软件使用指南。
(1)软件启动
在“开始”菜单“程序”中选择“MCS51”,进入MCS51软件。
出现下面的窗口。
提示计算机系统正在与实验系统建立连接,此时请按实验系统板上的“RESET”按键,如果通讯正常,则在计算机上提示“连接成功!
”,进入程序集成环境。
否则提示“无法复位”,则在脱机模式下进入程序集成环境主窗口。
系统默认与实验系统的连接方式为串口1连接。
串口及通讯参数的确定可在此窗口下设定(见后)。
(2)主窗口简介
主窗口共有以下几个区域组成:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 单片机 实验 指导书