單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)—競(jìng)賽版V4

1、SOC單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)C語(yǔ)言版Version 5.02013.02 目 錄實(shí)驗(yàn)一 Keil uVision2 開(kāi)發(fā)環(huán)境入門(mén)2實(shí)驗(yàn)二 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)4實(shí)驗(yàn)三 單片機(jī)人機(jī)接口設(shè)計(jì)6實(shí)驗(yàn)四 SPI按鍵顯示接口設(shè)計(jì)7實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)8實(shí)驗(yàn)六 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)10實(shí)驗(yàn)七 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)11實(shí)驗(yàn)一 Keil uVision2 開(kāi)發(fā)環(huán)境入門(mén)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 初步熟悉Keil uVision2 開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用。2. 了解匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 存儲(chǔ)塊清零程序設(shè)計(jì)。指定內(nèi)部RAM中某塊的起始地址和長(zhǎng)度，要求能將其內(nèi)容清零。2. 二進(jìn)制到BCD轉(zhuǎn)換。將給定的一個(gè)單字節(jié)

2、二進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換成非壓縮的二十進(jìn)制(BCD)碼。三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，初步熟悉Keil uVision2 開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用了解單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的方法，了解各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)也可以了解單片機(jī)編程、調(diào)試方法。四、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 PC機(jī)、Keil uVision2軟件。五、實(shí)驗(yàn)原理及參考程序流程圖設(shè)置塊起始地址設(shè)置塊長(zhǎng)度當(dāng)前地址內(nèi)容清零地址加1結(jié)束是否清除完？ 否 是圖1 存儲(chǔ)器塊清零參考程序流程圖給出要轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)將該數(shù)除以100保存百位數(shù)將余數(shù)除以10，得到十位數(shù)結(jié)束保存十位數(shù)余數(shù)為個(gè)位數(shù)，將其保存圖2 單字節(jié)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD碼程序流程圖實(shí)驗(yàn)二 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握C8051F020單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。2. 進(jìn)一步熟悉Keil uVision2 開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用。3. 了解C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。4. 熟悉C8051F優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)譯碼器，掌握I/O口交叉開(kāi)關(guān)設(shè)置和引腳配置。5. 了解C8051F單片機(jī)內(nèi)部和外部振蕩器結(jié)構(gòu)和配置方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. C8051F020單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試。2. C8051F020單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘配置為外部晶體振蕩器。3. I/O口交叉開(kāi)關(guān)配置。為UART0、/INT0和/INT1分配端口引腳。將P1.2、 P1.3 和P1.4配置為模擬輸入。4. 在P1.7輸出一個(gè)矩形波，用示波器觀(guān)察

4、波形，并記錄信號(hào)頻率、周期與脈寬；改變系統(tǒng)時(shí)鐘為外部晶體振蕩器的二分頻，并記錄信號(hào)頻率、周期與脈寬。三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，掌握C8051F020單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試方法；進(jìn)一步初步熟悉Keil uVision2 開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用；了解C8051F020單片機(jī)的I/O口交叉開(kāi)關(guān)和振蕩器及配置使用；了解C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。四、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 PC機(jī)、Keil uVision2軟件，C8051F020單片機(jī)，EC3在線(xiàn)仿真器。五、實(shí)驗(yàn)原理及參考程序流程圖1. 最小系統(tǒng)原理框圖2. C8051F系列MCU振蕩器每個(gè)C8051F系列MCU都有一個(gè)內(nèi)部振蕩器和一個(gè)外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)

5、驅(qū)動(dòng)電路都能產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘，MCU在復(fù)位后從內(nèi)部振蕩器啟動(dòng)。系統(tǒng)時(shí)鐘可在內(nèi)部振蕩器和外部振蕩器之間進(jìn)行切換。也可以在選擇內(nèi)部振蕩器時(shí)讓外部振蕩器保持在允許狀態(tài)，這樣可以避免在系統(tǒng)時(shí)鐘被切換到外部振蕩器時(shí)的啟動(dòng)延遲。外部振蕩器具有很高的可配置性，為系統(tǒng)設(shè)置者提供了多種選擇。時(shí)基信號(hào)可以從外部CMOS電平時(shí)鐘源、晶體或陶瓷諧振器、RC組合電路或外部電容獲得。內(nèi)部和外部振蕩器的工作受兩個(gè)SFR寄存器控制，即OSCICN內(nèi)部振蕩器控制寄存器和OSCXCN外部振蕩器控制寄存器。3. C8051F020交叉開(kāi)關(guān)配置C8051F020單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)字和模擬資源可以通過(guò)P0P3，32個(gè)I/O引腳使用。每個(gè)端口引

6、腳都可以被定義為通用I/O（GPIO），又可以分配給一個(gè)數(shù)字外設(shè)或功能（例如：UART0 或/INT1），如圖所示。其中P1口的引腳可以用做ADC1的模擬輸入。設(shè)計(jì)者完全控制數(shù)字功能的引腳分配，只受I/O引腳數(shù)的限制。這種資源分配的靈活性是通過(guò)使用優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)譯碼器實(shí)現(xiàn)的。圖4 交叉開(kāi)關(guān)原理框圖端口 I/O 初始化包括以下步驟：1) 用端口輸入方式寄存器（PnMDIN）選擇所有端口引腳的輸入方式（模擬或數(shù)字）。2) 用端口輸出方式寄存器（PnMDOUT）選擇所有端口引腳的輸出方式（漏極開(kāi)路或推挽）。 3) 將引腳分配給要使用的外設(shè)。5) 使能交叉開(kāi)關(guān)（XBARE = 1）。4. 程序流程圖實(shí)

7、驗(yàn)三 單片機(jī)人機(jī)接口設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握單片機(jī)簡(jiǎn)單人機(jī)交互接口電路的設(shè)計(jì)方法。2. 進(jìn)一步熟悉C8051F020單片機(jī)I/O口交叉開(kāi)關(guān)設(shè)置和I/O端口的使用。3. 掌握獨(dú)立式按鍵和LED顯示接口電路和程序設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. C8051F02單片機(jī)按鍵（3個(gè)）和LED（4個(gè)）顯示接口電路設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試。2. 用按鍵輸入脈沖，在P1口按16進(jìn)制計(jì)數(shù)方式點(diǎn)亮發(fā)光二極管。其中一個(gè)按鍵為加法計(jì)數(shù)鍵，一個(gè)按鍵為減法計(jì)數(shù)鍵，最后一個(gè)為清零鍵。三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，掌握單片機(jī)簡(jiǎn)單人機(jī)交互接口電路的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試方法和程序設(shè)計(jì)方法。進(jìn)一步熟悉C8051F020單片機(jī)的I/O口交叉開(kāi)關(guān)和振蕩器

8、及配置使用；熟悉C語(yǔ)言的模塊化程序設(shè)計(jì)方法。必須用模塊化方法進(jìn)行C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。四、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 PC機(jī)、Keil uVision2軟件，C8051F020單片機(jī)，EC3在線(xiàn)仿真器。五、實(shí)驗(yàn)原理1. LED顯示接口電路圖4 2. 獨(dú)立式按鍵接口電路圖5實(shí)驗(yàn)四 SPI按鍵顯示接口設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握Z(yǔ)LG7289專(zhuān)用按鍵顯示芯片電路設(shè)計(jì)。2. 掌握SPI通信程序設(shè)計(jì)方法。3. 掌握基于ZLG7289按鍵顯示驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. ZLG7289專(zhuān)用按鍵顯示芯片接口電路設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試。2. ZLG7289按鍵顯示驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。(1)設(shè)計(jì)一個(gè)秒表。要求：計(jì)時(shí)精度為10ms，計(jì)時(shí)范圍

9、為1000秒；顯示格式為：XX.XX.XX；功能按鍵：?jiǎn)?dòng)、停止、清零。(2)設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)器。要求：能夠輸入定時(shí)時(shí)間，定時(shí)最長(zhǎng)時(shí)間為99分59秒；按啟動(dòng)鍵后開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，數(shù)碼管顯示當(dāng)前剩余時(shí)間，每秒鐘刷新一次數(shù)碼管顯示的數(shù)值；定時(shí)時(shí)間到達(dá)后，用數(shù)碼管閃爍指示。三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，掌握Z(yǔ)LG7289專(zhuān)用按鍵顯示芯片接口電路設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試；掌握SPI串行通信接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)；掌握基于專(zhuān)用芯片的人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)方法。逐步掌握C語(yǔ)言的模塊化程序設(shè)計(jì)方法。必須用模塊化方法進(jìn)行C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。四、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 PC機(jī)、Keil uVision2軟件，C8051F020單片機(jī)，EC3在線(xiàn)仿真器。五、實(shí)

10、驗(yàn)原理參考ZLG7289使用說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)器的使用方法。2. 掌握基于單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)器的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基于單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)器的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)。要求：（1） 測(cè)頻率范圍：10Hz 10K Hz。為保證測(cè)量精度分為三個(gè)頻段： 10Hz 100 Hz 100Hz 1K Hz 1 K Hz 10K Hz當(dāng)信號(hào)頻率超過(guò)規(guī)定的頻段上限時(shí)，設(shè)有超量程指示。三個(gè)頻段之間用手動(dòng)切換。（2） 輸入波形：低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的矩形波，幅度為3V 。（3） 測(cè)量誤差：±1%。（4） 顯示和響應(yīng)時(shí)間：測(cè)量結(jié)果用三位半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示，要求顯示數(shù)

11、碼穩(wěn)定清晰。三個(gè)頻段的最大顯示數(shù)分別為99.9 Hz，999. Hz，9.99 K Hz，為此需要控制小數(shù)點(diǎn)位置，并用兩個(gè)發(fā)光二極管分別顯示頻率單位：Hz 或K Hz，詳見(jiàn)表1。表1頻率范圍小數(shù)點(diǎn)位置單位響應(yīng)時(shí)間10Hz f <100 Hz××.×Hz12秒100Hz f <1KHz×××.Hz2秒1 KHz f < 10KHz×.××K Hz2秒三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，掌握單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)器的使用方法，了解數(shù)字頻率計(jì)的測(cè)量原理及測(cè)量電路設(shè)計(jì)方法。掌握基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)工作原理與設(shè)計(jì)方

12、法。必須用模塊化方法進(jìn)行C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。四、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 PC機(jī)、Keil uVision2軟件，C8051F020單片機(jī)，EC3在線(xiàn)仿真器。五、實(shí)驗(yàn)原理頻率測(cè)量的方法常用的有測(cè)頻法和測(cè)周法兩種。（1） 測(cè)頻法測(cè)頻法的基本思想是讓計(jì)數(shù)器在閘門(mén)信號(hào)的控制下計(jì)數(shù)1秒時(shí)間，計(jì)數(shù)結(jié)果是1秒內(nèi)被測(cè)信號(hào)的周期數(shù)，即被測(cè)信號(hào)的頻率。若被測(cè)信號(hào)不是矩形脈沖，則應(yīng)先變換成同頻率的矩形脈沖。測(cè)頻法的原理框圖如圖6所示。圖中，秒脈沖作為閘門(mén)信號(hào)，當(dāng)其為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。顯然，在同樣的閘門(mén)信號(hào)作用下，被測(cè)信號(hào)的頻率越高，測(cè)量誤差越小。當(dāng)被測(cè)頻率一定時(shí)，閘門(mén)信號(hào)高電平的時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)量誤差

13、越小。但是閘門(mén)信號(hào)周期越長(zhǎng)，測(cè)量的響應(yīng)時(shí)間也越長(zhǎng)。例如，閘門(mén)信號(hào)高電平時(shí)間為1秒，被測(cè)信號(hào)頻率的真值為2Hz，如圖2-2-2所示。由圖可知，無(wú)論被測(cè)信號(hào)的頻率是多少，測(cè)量時(shí)可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差均為±1Hz，即 f測(cè)-f真=±1Hz所以，最大相對(duì)誤差為 max= （f測(cè)-f真）/ f真=±1/ f真由上式可知，在閘門(mén)信號(hào)相同時(shí)，測(cè)頻法的相對(duì)誤差與被測(cè)信號(hào)的頻率成反比。因此測(cè)頻法適合于測(cè)量頻率較高的信號(hào)。（2） 測(cè)周法當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，為保證測(cè)量精度，常采用測(cè)周法。即先測(cè)出被測(cè)信號(hào)的周期，再換算成頻率。測(cè)周法的實(shí)質(zhì)是把被測(cè)信號(hào)作為閘門(mén)信號(hào)，在它的高電平的時(shí)間內(nèi)，

14、用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率的信號(hào)源作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。若計(jì)數(shù)結(jié)果為N，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率為f1，則被測(cè)信號(hào)的周期為 T = T1·N被測(cè)信號(hào)的頻率為 f = 1/T1·N = f1/N利用測(cè)周法所產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差，顯然也等于±1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)周期。如果被測(cè)信號(hào)周期的真值為T(mén)真= T1·N，則T測(cè)= T1·（N±1） max= （f測(cè)-f真）/ f真= T真/T測(cè) 1=±1/（N±1）由上式可知，對(duì)于一定的被測(cè)信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率越高，則N的值越大，因而相對(duì)誤差越小。（3） 低頻段的測(cè)量鑒于上述困難，對(duì)于低頻信號(hào)，為了達(dá)到規(guī)定的精度，

15、要采取一些比較特殊的方法。例如，可考慮將被測(cè)信號(hào)倍頻后再用測(cè)頻法測(cè)量。或?qū)㈤l門(mén)信號(hào)展寬。由于倍頻電路比較復(fù)雜，所以一般采用后一種方法，實(shí)際上閘門(mén)信號(hào)展寬與被測(cè)信號(hào)倍頻在效果上是相同的。閘門(mén)信號(hào)展寬比較容易做到，例如采用分頻電路就可以實(shí)現(xiàn)。若閘門(mén)信號(hào)高電平時(shí)間從1秒展寬到10秒，則相對(duì)誤差可以按比例下降，但響應(yīng)時(shí)間也增大相同的比例。實(shí)驗(yàn)六 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握單片機(jī)片內(nèi)ADC及溫度傳感器的使用及應(yīng)用程序設(shè)計(jì)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)用單片機(jī)片內(nèi)ADC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，使用片內(nèi)溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。要求：1. 應(yīng)用C8051F020單片機(jī)片內(nèi)溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，并用數(shù)碼管顯示實(shí)測(cè)溫度

16、值，顯示精度為0.1oC。2. 應(yīng)用C8051F020單片機(jī)內(nèi)ADC實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)據(jù)的采集，要求對(duì)外部輸入0-2V的直流電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，測(cè)量精度為5mV，顯示精度為0.001V。3. 兩種采集功能可以用按鍵進(jìn)行切換，可以用按鍵控制數(shù)據(jù)采集的通路。三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，掌握單片機(jī)片內(nèi)ADC使用方法，掌握基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理與設(shè)計(jì)方法。必須用模塊化方法進(jìn)行C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。四、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 PC機(jī)、Keil uVision2軟件，C8051F020單片機(jī)，EC3在線(xiàn)仿真器。五、實(shí)驗(yàn)原理C8051F020單片機(jī)內(nèi)ADC的工作原理及使用參考C8051F020數(shù)據(jù)手冊(cè)。實(shí)驗(yàn)七 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握單片機(jī)片內(nèi)DAC的使用及應(yīng)用程序設(shè)計(jì)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)用C8051F020單片機(jī)內(nèi)DAC設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波