8051实验指导书.docx
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8051实验指导书
第一部分系统介绍
一、系统概述
1)、微处理器:
i80c31,它的P1口、P3口皆对用户开放,供用户使用。
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,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
(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
FFFFH
用户I/O区
CFEFH
系统I/O区,
CFBFH
用户I/O区
7FFFH
RAM2
用户实验程序区
供用户下载实验
程序
4FFFH
RAM1
用户实验程序
数据区
2FFFH
ROM
系统监控程序区
0000H
图1:
存储器系统组织图
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00003H4003H
定时器0中断000BH400BH
外中断10013H4013H
定时器1中断001BH401BH
串行口中断0023H4023H
表1-1:
用户中断程序入口表
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。
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---CFDFHLCS0---LCS7用户
CFE0HPC机串行通讯芯片8250系统*
CFE8H显示、键盘芯片8279系统
CFA0H---CFA7HCS0系统
CFA8H---CFAFHCS1系统
CFB0H---CFB7HCS2系统
CFB8H---CFBFHCS3系统
CFC0H---CFC7HCS4系统
CFC8H---CFCFHCS5系统
CFD0H---FFFFHLCS0----LCS7用户
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。
表1—2:
CPLD地址分配表
二、硬件介绍
(一)、整机介绍
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
(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、上电用示波器观察芯片片选及数据总线信号是否正常;
4、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。
若故障还没能排除请与我们联系。
(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-。
原理图如下:
(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)。
(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。
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:
(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:
(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。
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,原理图如下:
(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、8250串行接口电路
(1)、电路原理
该电路由一片8250,一片MAX232组成,该电路所有信号线均已接好。
原理图如下:
(2)、电路测试:
见整机测试
8、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.电路原理图如下:
(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。
9、8237DMA传输电路
(1)、电路原理
该电路由一片8237、一片74LS245、一片74LS273、一片74LS244组成,DRQ0,DRQ1是DMA请求插孔,DACK0、DACK1是DMA响应信号插孔。
SN74LS373提供DMA期间高8位地址的锁存,低8位地址由端口A0~A7输出。
74LS245提供高8位存储器的访问通道。
DMA0~DMA3是CPU对8237内部寄存器访问的通路。
原理图如下:
(2)、电路测试
检查复位信号,通过DMA实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
10、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。
11、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
(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。
12、8259中断控制电路
(1)、电路原理
CS8259是8259芯片的片选插孔,IR0~IR7是8259的中断申请输入插孔。
DDBUS是系统8位数据总线。
INT插孔是8259向8086CPU的中断申请线,INTA是8086的中断应答信号。
(2)、电路测试
检查复位信号,通过8259中断控制器实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
13、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。
原理图如下:
(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。
14、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。
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。
15、LCD显示电路
点阵式LCD显示电路是在系统板上外挂电正式液晶显示模块,模块的数据线、状态、控制线都通过插孔引出。
可直接与系统相连。
1、OCMJ2×8液晶模块介绍及使用说明
OCMJ中文模块系列液晶显示器内含GB231216*16点阵国标一级简体汉字和ASCII8*8(半高)及8*16(全高)点阵英文字库,用户输入区位码或ASCII码即可实现文本显示。
也可用作一般的点阵图形显示器之用。
提供位点阵和字节点阵两种图形显示功能,用户可在指定的屏幕位置上以点为单位或以字节为单位进行图形显示。
完全兼容一般的点阵模块。
OCMJ中文模块系列液晶显示器可以实现汉字、ASCII码、点阵图形和变化曲线的同屏显示,并可通过字节点阵图形方式造字。
本系列模块具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令。
一改传统的使用大量的设置命令进行初始
引脚
名称
方向
说明
引脚
名称
方向
说明
1
VLED+
I
背光源正极(LED+5V)
8
DB1
I
数据1
2
VLED-
I
背光源负极(LED-OV)
9
DB2
I
数据2
3
VSS
I
地
10
DB3
I
数据3
4
VDD
I
(+5V)
11
DB4
I
数据4
5
REQ
I
请求信号,高电平有效
12
DB5
I
数据5
6
BUSY
O
应答信号=1:
已收到数据并正在处理中
=0:
模块空闲,可接收数据
13
DB6
I
数据6
7
DB0
I
数据0
14
DB7
I
数据7
1)表—1:
OCMJ2X8(128X32)引脚说明
化的方法,OCMJ中文模块所有的设置初始化工作都是在上电时自动完成的,实现了“即插即用”。
同时保留了一条专用的复位线供用户选择使用,可对工作中的模块进行软件或硬件强制复位。
规划整齐的10个用户接口命令代码,非常容易记忆。
标准用户硬件接口采用REQ/BUSY握手协议,简单可靠。
硬件接口
接口协议为请求/应答(REQ/BUSY)握手方式。
应答BUSY高电平(BUSY=1)表示OCMJ忙于内部处理,不能接收用户命令;BUSY低电平(BUSY=0)表示OCMJ空闲,等待接收用户命令。
发送命令到OCMJ可在BUSY=0后的任意时刻开始,先把用户命令的当前字节放到数据线上,接着发高电平REQ信号(REQ=1)通知OCMJ请求处理当前数据线上的命令或数据。
OCMJ模块在收到外部的REQ高电平信号后立即读取数据线上的命令或数据,同时将应答线BUSY变为高电平,表明模块已收到数据并正在忙于对此数据的内部处理,此时,用户对模块的写操作已经完成,用户可以撤消数据线上的信号并可作模块显示以外的其他工作,也可不断地查询应答线BUSY是否为低(BUSY=0?
),如果BUSY=0,表明模块对用户的写操作已经执行完毕。
可以再送下一个数据。
如向模块发出一个完整的显示汉字的命令,包括坐标及汉字代码在内共需5个字节,模块在接收到最后一个字节后才开始执行整个命令的内部操作,因此,最后一个字节的应答BUSY高电平(BUSY=1)持续时间较长,具体的时序图和时间参数说明查阅相关手册。
用户命令
用户通过用户命令调用OCMJ系列液晶显示器的各种功能。
命令分为操作码及操作数两部分,操作数为十六进制。
共分为3类10条。
分别是:
一)、字符显示命令:
1、显示国标汉字;
2、显示8X8ASCII字符;
3、显示8X16ASCII字符;
二)、图形显示命令:
4、显示位点阵;
5、显示字节点阵;
三)、屏幕控制命令:
6、清屏;
7、上移;
8、下移;
9、左移;
10、右移;
(以下所示取值范围分别为:
2X8、4X8、5X10的取值范围)
1)显示国标汉字
命令格式:
F0XXYYQQWW
该命令为5字节命令(最大执行时间为1.2毫秒,Ts2=1.2mS),其中
XX:
为以汉字为单位的屏幕行坐标值,取值范围00到07、02到09、00到09
YY:
为以汉字为单位的屏幕列坐标值,取值范围00到01、00到03、00到04
QQWW:
坐标位置上要显示的GB2312汉字区位码
2)显示8X8ASCII字符
命令格式:
F1XXYYAS
该命令为4字节命令(最大执行时间为0.8毫秒,Ts2=0.8mS),其中
XX:
为以ASCII码为单位的屏幕行坐标值,取值范围00到0F、04到13、00到13
YY:
为以ASCII码为单位的屏幕列坐标值,取值范围00到1F、00到3F、00到4F
AS:
坐标位置上要显示的ASCII字符码
3)显示8X16ASCII字符
命令格式:
F9XXYYAS
该命令为4字节命令(最大执行时间为1.0毫秒,Ts2=1.0mS),其中
XX:
为以ASCII码为单位的屏幕行坐标值,取值范围00到0F、04到13、00到13
YY:
为以ASCII码为单位的屏幕列坐标值,取值范围00到1F、00到3F、00到4F
AS:
坐标位置上要显示的ASCII字符码
4)显示位点阵
命令格式:
F2XXYY
该命令为3字节命令(最大执行时间为0.1毫秒,Ts2=0.1mS),其中
XX:
为以1*1点阵为单位的屏幕行坐标值,取值范围00到7F、20到9F、00到9F
YY:
为以1*1点阵为单位的屏幕列坐标值,取值范围00到40、00到40、00到40
5)显示字节点阵
命令格式:
F3XXYYBT
该命令为4字节命令(最大执行时间为0.1毫秒,Ts2=0.1mS),其中
XX:
为以1*8点阵为单位的屏幕行坐标值,取值范围00到0F、04到13、00到13
YY:
为以1*1点阵为单位的屏幕列坐标值,取值范围00到1F、00到3F、00到4F
BT:
字节像素值,0显示白点,1显示黑点(显示字节为横向)
6)清屏
命令格式:
F4
该命令为单字节命令(最大执行时间为11毫秒,Ts2=11mS),其功能为将屏幕清空。
7)上移
格式:
F5
令为单字节命令(最大执行时间为25毫秒,Ts2=25mS),其功能为将屏幕向上移一个点阵行。
8)下移
命令格式:
F6
该命令为单字节命令(最大执行时间为30毫秒,Ts2=30mS),其功能为将屏幕向下移动一个点阵行。
9)左移
命令格式:
F7
该命令为单字节命令(最大执行时间为12毫秒,Ts2=12mS),其功能为将屏幕向左移动一个点阵行。
10)右移
命令格式:
F
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