單片機控制系統(tǒng)綜合實驗指導書

1、機械項目基礎實驗 單片機控制系統(tǒng)綜合實驗 實驗指導書 重慶工學院汽車學院 汽車及機械制造實驗室 2009年3月 學生實驗守則1學生應按照實驗教案計劃和約定的時間，準時上實驗課，不得遲到早 退。2實驗前認真閱讀實驗指導書，明確實驗目的、步驟、原理，預習有關的 理論知識，并接受實驗教師的提問和檢查。3進入實驗室必須遵守實驗室的規(guī)章制度。不得高聲喧嘩和打鬧，不準抽 煙、隨地吐痰和亂丟雜物。4做實驗時必須嚴格遵守儀器設備的操作規(guī)程，愛護儀器設備，服從實驗 教師和技術人員指導。未經許可不得動用與本實驗無關的儀器設備及其它物品。5實驗中要細心觀察，認真記錄各種實驗數(shù)據(jù)。不準敷衍，不準抄襲別組 數(shù)據(jù)，不得擅

2、自離開操作崗位。6實驗時必須注意安全，防止人身和設備事故的發(fā)生。若出現(xiàn)事故，應立 即切斷電源，及時向指導教師報告，并保護現(xiàn)場，不得自行處理。7實驗完畢，應主動清理實驗現(xiàn)場。經指導教師檢查儀器設備、工具、材 料和實驗記錄后方可離開。8實驗后要認真完成實驗報告，包括分析結果、處理數(shù)據(jù)、繪制曲線及圖 表。在規(guī)定時間內交指導教師批改。9在實驗過程中，因為不慎造成儀器設備、器皿、工具損壞者，應寫出損 壞情況報告，并接受檢查，由領導根據(jù)情況進行處理。10凡違反操作規(guī)程，擅自動用與本實驗無關的儀器設備、私自拆卸儀器而 造成事故和損失的，肇事者必須寫出書面檢查，視情節(jié)輕重和認識程度，按學院有關規(guī)定予以賠償重慶

3、工學院說明1. 同學可以登錄學校的“實驗選課系統(tǒng)” 從學校首頁登陸：或從數(shù)字校園登錄），自己進行實驗項目的選擇。希望同學們能在每個實驗項 目開放的時間內盡早進行實驗預約預約時間必須比實驗上課時間提前3天），因為學生數(shù)量比較多，如果某實驗項目開放的時間內同學未能進行實 驗預約，則錯過該實驗項目的實驗機會，補做就要在該實驗項目下一次開放 時進行。2. 在學期末因無法完成規(guī)定的實驗項目個數(shù)，該門課程就必須重修。3. 如有什么問題，同學可以撥打電話 68667451聯(lián)系李鑫老師。單片機控制系統(tǒng)綜合實驗一、學時： 4 學時二、實驗類型：綜合三、實驗目的：1、掌握偉福Lab6000P單片機仿真實驗系統(tǒng)提供

4、的幾種典型外圍電路。2、熟悉典型外圍電路與單片機的輸入 /輸出端子的電路接線。3、掌握 MSC-51 單片機的編程、仿真、寫入、調試。4、掌握用單片機控制步進電機的硬件連接和編程方法。四、實驗設備與儀器計算機、偉福 Lab6000P 單片機仿真實驗系統(tǒng)、步進電機驅動器、步進電機、直流電源、連接電纜，模擬示波器，萬用表五、實驗原理：偉福 Lab6000P 單片機仿真實驗系統(tǒng)1、偉福 Lab2000P 單片機仿真實驗系統(tǒng)可具有三種使用方法：（1無系統(tǒng)機，僅用實驗儀的板上仿真器進行仿真和實驗； （2有系統(tǒng)機，用系統(tǒng)機上的集成調試軟件驅動板上仿真器進行仿真和實驗； （3無實驗儀，無仿真器，僅在系統(tǒng)機上

5、采用軟件模擬方式進行仿真。注： 1、本實驗采用第 2）種使用方法，計算機作為系統(tǒng)機使用。2、系統(tǒng)配 MCS51/196 仿真板 ,可進行 8051 或 80C196 的實驗。3、關于偉福 Lab6000P 單片機仿真實驗系統(tǒng)的詳細說明。 在“校園網機械項目實驗教案中心”網站上下載。2、 偉福 Lab6000P 單片機仿真實驗系統(tǒng)，提供了以下幾種的典型電路：需要使用示波器、萬用表）LED 電平顯示電路單脈沖發(fā)生電路 多級分頻電路：與 4MHz 脈沖源結合 ,可得多種脈沖信號。 A/D 轉換電路：模數(shù)變換電路 ,可接入兩路模擬量。D/A 轉換電路：數(shù)模變換電路 ,提供 0-5V,-5V+5V ,-

6、8V+8V 三路輸出。PWM 轉換電路3、仿真實驗 / 開發(fā)系統(tǒng)的連接仿真實驗/開發(fā)系統(tǒng)集成調試軟件的安裝和使用，見WAV肪真開發(fā)系統(tǒng)使用手冊。在“校園網機械項目實驗教案中心”網站上下載）進行MCS51單片機實驗時，應插上 POD51/96仿真板，并插上 8051或8052CPU將配套的串行通訊電纜的一端與實驗儀上的“仿真器串口”9芯D形插座相連，另一端與PC相的串行口相連。將實驗臺的電源線與 220V電源相連。 打開實驗臺電源開關，紅色電源指示燈亮。仿真開發(fā)器初始化成功后，LED 會顯示8051 ，表示仿真系統(tǒng)正常。打開計算機電源，執(zhí)行 WAVE!成調試軟件。1）無論是集成電路的插拔、通訊電

7、纜的連接、跳線器的設置還是實驗線路的連接，都應確保在斷電情況下進行，否則可能造成對設備的損壞。2）實驗線路連接完成后，應仔細檢查無誤后再接通電源。4、程序調試環(huán)境：WAVE集成調試環(huán)境應設置如下：仿真器型號：偉福 Lab6000P 實驗儀5、單片機程序：可使用匯編語言EX51ASM目錄下）、C語言EX51C目錄下）編寫目錄下 H1.ASM ）、目錄下 H5.ASM ）、目錄下目錄下P1 口輸入 /輸出 PWM 轉換電壓 D/A 轉換電路 A/D 轉換電路匯編 EX51ASM 匯編 EX51ASM 匯編 EX51ASM 匯編 EX51ASMCEX51CH13.ASMH14.ASM目錄下CEX51

8、CCEX51CCEX51C）、）、H22.ASM目錄下目錄下目錄下目錄下H1.PRJ)H5.PRJ)H13.PRJ)H14.PRJ)步進電機控制實驗匯編EX51ASMH22.PRJ） 程序代碼可在 “校園網機械項目實驗教案中心教案資源”6、 MSC-51 單片機的編程、仿真、寫入、調試的操作步驟：MSC-51 單片機的編程、仿真、寫入、調試的操作步驟，可參閱 使用手冊。 在“校園網機械項目實驗教案中心”網站上下載）、CEX51C 目錄下欄目下載。WAVE 仿真開發(fā)系統(tǒng)）仿真頭型號：MCS51實驗 的微處理器 （CPU ，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 （RAM ，只 讀程序存儲器 （ROM ，輸入輸出電路

9、 （I/O 口 ，還包括定時計數(shù)器，串行通信口（SCI，顯示驅動電路 （LCD 或 LED 驅動電路 ，脈寬調制電路 （PWM ，模擬多路轉換器及 A/D 轉換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構成一個最小而完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能 在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。該系列單片機是采用高性能的靜態(tài) 80C51 設計，由先進 CMOS 工藝制造并帶有非易失性 Flash 程序存儲器。P89C51X2包含128字節(jié)RAM、32條I/O 口線、3個16位定時/計數(shù)器、6輸入4優(yōu) 先級嵌套中斷結構、 1 個串行 I/O 口可用于多機通信， I/O 擴展或全雙工 UART ）

10、以及片 內振蕩器和時鐘電路。因為器件采用了靜態(tài)設計，可提供很寬的操作頻率范圍 頻率可降至 0），可實現(xiàn)兩個由軟件選擇的節(jié)電模式空閑模式和掉電模式?？臻e模式凍結CPU ，但 RAM 、定時器、串口和中斷系統(tǒng)仍然工作。掉電模式保存RAM 的內容，但是凍結振蕩器，導致所有其它的片內功能停止工作。因為設計是靜態(tài)的，時鐘可停止而不會丟失用戶數(shù)據(jù)，運 行可從時鐘停止處恢復。8、 A/D 、 D/A 轉換原理隨著數(shù)字技術，特別是信息技術的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領 域，為了提高系統(tǒng)的性能指標，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術。因為系統(tǒng)的 實際對象往往都是一些模擬量 如溫度、壓力、位移、圖

11、像等），要使計算機或數(shù)字儀表 能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉換成數(shù)字信號；而經計算機分析、 處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉換為相應模擬信號才能為執(zhí)行機構所接受。這 樣，就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路-模數(shù)和數(shù)模轉換器。A/D 轉換即模擬 /數(shù)字轉換，意思是模擬信號轉換為數(shù)字信號；D/A 轉換即數(shù)字 /模擬轉換，意思是數(shù)字信號轉換為模擬信號； ADC 表示模擬 /數(shù)字轉換器， DAC 表示數(shù)字 /模 擬轉換器。A/D 轉換器和 D/A 轉換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，為確保系統(tǒng) 處理結果的精確度， A/D 轉換器和 D/A 轉換器必須具有足

12、夠的轉換精度；如果要實現(xiàn)快 速變化信號的實時控制與檢測， A/D 與 D/A 轉換器還要求具有較高的轉換速度。轉換精 度與轉換速度是衡量 A/D 與 D/A 轉換器的重要技術指標。A/D 轉換器A/D 轉換器 按分辨率分為 4 位、 6 位、 8 位、 10 位、 14 位、 16 位和 bcd 碼的 31/2 位、51/2位等。按照轉換速度可分為超高速 轉換時間w 330nS ,次超高速 3303.3 Qs,高速 轉換時間3.3333 Qs,低速 轉換時間330 S等。A/D轉換器 按照轉換原理可分為直接 A/D 轉換器和間接 A/D 轉換器。所謂直接 A/D 轉換器，是把模 擬信號直接轉換

13、成數(shù)字信號,如逐次逼近型,并聯(lián)比較型等。其中逐次逼近型A/D 轉換器,易于用集成工藝實現(xiàn),且能達到較高的分辨率和速度,故目前集成化A/D 芯片采用逐次逼近型者多；間接 A/D 轉換器是先把模擬量轉換成中間量,然后再轉換成數(shù)字量, 如電壓 /時間轉換型 積分型）,電壓 /頻率轉換型,電壓 /脈寬轉換型等。其中積分型A/D轉換器電路簡單,抗干擾能力強,且能作到高分辨率,但轉換速度較慢。D/A 轉換器衡量一個 D/A 轉換器 的性能的主要參數(shù)有：（1 ） 分辨率是指 D/A 轉換器能夠轉換的二進制數(shù)的位數(shù),位數(shù)多分辨率也就越高。（2） 轉換時間 指數(shù)字量輸入到完成轉換,輸出達到最終值并穩(wěn)定為止所需的

14、時間。電流型D/A 轉換較快，一般在幾 ns到幾百ns之間。電壓型 D/A轉換較慢，取決于運算放大器的響 應時間。（3 ） 精度指 D/A 轉換器實際輸出電壓與理論值之間的誤差,一般采用數(shù)字量的最低有效位作 為衡量單位。(4)線性度當數(shù)字量變化時，D/A轉換器輸出的模擬量按比例關系變化的程度。理想的D/A轉換器是線性的，但是實際上是有誤差的，模擬輸出偏離理想輸出的最大值稱為線性誤。六、實驗操作步驟：1、分頻電路脈沖的測量。2、數(shù)字邏輯電路的設計與驗證。注：以下硬件實驗一至四任選二個完成，步進電機控制實驗必須完成。1、認真預習實驗內容。2、 按“五、實驗原理”中的“3、仿真實驗/開發(fā)系統(tǒng)的連接”

15、的說明，將偉福 Lab2000P單片機仿真實驗系統(tǒng)與 PC連接好。并在 PC上安裝好相應的“ WAVE600C集 成調試軟件”。3、按“電路連接圖”連接好實驗電路。經實驗教師檢查后，方可繼續(xù)下一步操作。4、運行“ WAVE600C集成調試軟件”，在該軟件平臺上打開“五、實驗原理”中的“5、單片機程序”里所述的程序，進行軟件調試。5、在理解實驗流程框圖的基礎上，讀懂程序代碼。6、 調整程序內的部分控制指令或參數(shù)，再次調試程序，記錄參數(shù)調整前后，程序的運 行狀態(tài)是否有所改變。7、 實驗完成后，整理好實驗器材、連線，關閉實驗箱和PC的電源。并經實驗教師檢查 確認。硬件實驗一 P1 口輸入、輸出實驗一

16、、實驗要求1、P1 口做輸出口，接八只發(fā)光二極管，編寫程序，使發(fā)光二極管循環(huán)點亮。2、 P1.0,P1.1作輸入口接兩個撥動開關，P1.2,P1.3作輸出口，接兩個發(fā)光二極管，編寫程序讀取開關狀態(tài)，將此狀態(tài)，在發(fā)光二極管上顯示出來。編程時應注意P1.0,P1.1作為輸入口時應先置1,才能正確讀入值。二、實驗目的1、學習P1 口的使用方法。2、學習延時子程序的編寫和使用。三、實驗電路及連線P 1 0 * LEDOS3 P 1. 3 LED1S 1 P 1. 1* LED2Pl. 2 * LED4* LED3Pl. 3 LED5實驗項目1: P1 口循環(huán)點燈實驗項目2: P1 口輸入輸出四、實驗說

17、明1、P1 口是準雙向口。它作為輸出口時與一般的雙向口使用方法相同。由準雙向口結構可知當P1 口用為輸入口時，必須先對它置“1 ”。若不先對它置“ 1”，讀入的數(shù)據(jù)是不正確的。2、80C51可以將位變量通過 C標志位賦值給其它位。3、8051延時子程序的延時計算問題對于程序 Delay :MOV R6, #0HMOV R7, #0HDelayLoopDJNZ R6, DelayLoopDJNZ R7, DelayLoopRET查指令表可知 MOV DJNZ指令均需用兩個機器周期，在6MHz晶振時，一個機器周期時間長度為12/6M HZ,所以該段程序執(zhí)行時間為： P1口輸入輸出程序框圖對于實驗項

18、目1: P1 口循環(huán)點燈A、改變程序的有關指令或參數(shù)，改變循環(huán)點燈的流動方向。B、改變程序的有關指令或參數(shù)，改變循環(huán)點燈的移動速度。 對于實驗項目2: P1 口輸入輸出A、改變程序的有關指令或參數(shù)，將讀入的P1.1值輸出到P1.2。B、 改變程序的有關指令或參數(shù)，將讀入的P1.0值輸出到P1.3。硬件實驗二 PWM轉換電壓實驗一、實驗要求用P1端口輸出不同占空比的脈沖，通過PWM專換電壓電路轉換成電壓。二、實驗目的1. 了解脈寬調制(PWM的原理2. 學習用PWMt出模擬量三、實驗電路及連接四、實驗說明PWM是單片機上常用的模擬量輸出方法，通過外接的轉換電路，可以將脈沖的占 空比變成電壓。程序

19、中通過調整占空比來輸出模擬電壓。占空比就是脈沖中高電平與 總周期的寬度比。五、程序流程框圖六、實驗要求改變程序的有關指令或參數(shù)，達到改變脈沖的占空比的目的。然后用電壓表測量相應 的電壓值。并記錄在表格中。硬件實驗三D/A轉換實驗一、實驗要求利用DAC0832編制程序產生鋸齒波、三角波、正弦波。三種波輪流顯示，用示波器觀 看。二、實驗目的1、了解D/A轉換的基本原理。2、了解D/A轉換芯片0832的性能及編程方法。3、 了解單片機系統(tǒng)中擴展D/A轉換的基本方法。實驗電路及連線四、實驗說明1、I 信號。要實現(xiàn)實驗 皿4 I百 實現(xiàn)波形顯示。D/A轉換是把數(shù)字量轉換成模擬量:UL2DLM324 沁勺

20、變換，(-5V-+5V) -=Uref/256 x NU(-5V s +5V=2 - Uref/256 x N-5V ( 這里 Uref 為+5V五、程序流程框圖六、實 驗要求改變程序中 計數(shù)器的初值， 然后用示波器觀 察電路產生的三 種波形的前后變 化。并做記錄。硬件實驗四A/D轉換實驗一、實驗 要求利用實驗板上的ADC0809做A/D轉換器，實驗板上的電位器提供模擬量輸入，編制程序，將模擬量轉換成二進制數(shù)字量，用8255的PA 口輸出到發(fā)光二極管顯示。二、實驗目的1、掌握A/D轉換與單片機的接口方法。2、了解A/D芯片ADC0809轉換性能及編程。3、通過實驗了解單片機如何進行數(shù)據(jù)采集。26F37ZB23 4EOT20PC*呂1-?A1D4L8AD3SAi和A& i?uccB?#2211 s lr - - -2 2- h-23s&7b fz z - - s N222222U1 rADD-AAD哄目ALEuii nucHuaySTART C