實驗二十五單片機控制系統(tǒng)綜合實驗-指導(dǎo)書

1、-. z機械工程根底實驗單片機控制系統(tǒng)綜合實驗實驗指導(dǎo)書工學(xué)院汽車學(xué)院汽車及機械制造實驗室2021年1月學(xué)生實驗守則1學(xué)生應(yīng)按照實驗教學(xué)方案和約定的時間，準(zhǔn)時上實驗課，不得遲到早退。2實驗前認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，明確實驗?zāi)康?、步驟、原理，預(yù)習(xí)有關(guān)的理論知識，并承受實驗教師的提問和檢查。3進(jìn)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(zhǔn)抽煙、隨地吐痰和亂丟雜物。4做實驗時必須嚴(yán)格遵守儀器設(shè)備的操作規(guī)程，保護(hù)儀器設(shè)備，服從實驗教師和技術(shù)人員指導(dǎo)。未經(jīng)許可不得動用與本實驗無關(guān)的儀器設(shè)備及其它物品。5實驗中要細(xì)心觀察，認(rèn)真記錄各種試驗數(shù)據(jù)。不準(zhǔn)敷衍，不準(zhǔn)抄襲別組數(shù)據(jù)，不得擅自離開操作崗位。6

2、實驗時必須注意平安，防止人身和設(shè)備事故的發(fā)生。假設(shè)出現(xiàn)事故，應(yīng)立即切斷電源，及時向指導(dǎo)教師報告，并保護(hù)現(xiàn)場，不得自行處理。7實驗完畢，應(yīng)主動清理實驗現(xiàn)場。經(jīng)指導(dǎo)教師檢查儀器設(shè)備、工具、材料和實驗記錄前方可離開。8實驗后要認(rèn)真完成實驗報告，包括分析結(jié)果、處理數(shù)據(jù)、繪制曲線及圖表。在規(guī)定時間交指導(dǎo)教師批改。9在實驗過程中，由于不慎造成儀器設(shè)備、器皿、工具損壞者，應(yīng)寫出損壞情況報告，并承受檢查，由領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)情況進(jìn)展處理。10凡違反操作規(guī)程，擅自動用與本實驗無關(guān)的儀器設(shè)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(rèn)識程度，按學(xué)院有關(guān)規(guī)定予以賠償。工學(xué)院說 明同學(xué)可以登錄學(xué)校的

3、實驗選課系統(tǒng)從學(xué)校首頁登陸：sy*.或從數(shù)字校園登錄，自己進(jìn)展實驗工程的選擇。希望同學(xué)們能在每個實驗工程開放的時間盡早進(jìn)展實驗預(yù)約預(yù)約時間必須比實驗上課時間提前3天，因為學(xué)生數(shù)量比擬多，如果*實驗工程開放的時間同學(xué)未能進(jìn)展實驗預(yù)約，則錯過該實驗工程的實驗時機，補做就要在該實驗工程下一次開放時進(jìn)展。在學(xué)期末因無法完成規(guī)定的實驗工程個數(shù)，該門課程就必須重修。如有什么問題，同學(xué)可以撥打68667451聯(lián)系鑫教師。單片機控制系統(tǒng)綜合實驗一、學(xué)時：4學(xué)時二、實驗類型：綜合三、實驗?zāi)康模赫莆諅ジab2000P單片機仿真實驗系統(tǒng)提供的幾種典型外圍電路。熟悉典型外圍電路與單片機的輸入/輸

4、出端子的電路接線。掌握MSC-51單片機的編程、仿真、寫入、調(diào)試。掌握用單片機控制步進(jìn)電機的硬件連接和編程方法。四、實驗設(shè)備與儀器計算機、偉福Lab2000P單片機仿真實驗系統(tǒng)、步進(jìn)電機驅(qū)動器、步進(jìn)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Lab2000P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(jìn)展仿真和實驗；(2)有系統(tǒng)機，用系統(tǒng)機上的集成調(diào)試軟件驅(qū)動板上仿真器進(jìn)展仿真和實驗；(3)無實驗儀，無仿真器，僅在系統(tǒng)機上采用軟件模擬方式進(jìn)展仿真。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。

5、2、系統(tǒng)配MCS51/196仿真板,可進(jìn)展8051或80C196的實驗。3、關(guān)于偉福Lab2000P單片機仿真實驗系統(tǒng)的詳細(xì)說明。在校園網(wǎng)機械工程實驗教學(xué)中心上下載。2、偉福Lab2000P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(jié)合,可得多種脈沖信號。A/D轉(zhuǎn)換電路：模數(shù)變換電路,可接入兩路模擬量。D/A轉(zhuǎn)換電路：數(shù)模變換電路,提供0-5V,-5V+5V,-8V+8V三路輸出。PWM轉(zhuǎn)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(diào)試軟件的安裝和使用，見WAVE仿真開發(fā)系統(tǒng)使用手冊。在校園網(wǎng)機

6、械工程實驗教學(xué)中心上下載進(jìn)展MCS51單片機實驗時，應(yīng)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。翻開實驗臺電源開關(guān)，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。翻開計算機電源，執(zhí)行WAVE集成調(diào)試軟件。注意：1無論是集成電路的插拔、通訊電纜的連接、跳線器的設(shè)置還是實驗線路的連接，都應(yīng)確保在斷電情況下進(jìn)展，否則可能造成對設(shè)備的損壞。2實驗線路連接完成后，應(yīng)仔細(xì)檢查無誤后再接通電源。4、程序調(diào)試環(huán)境：WAVE集成調(diào)

7、試環(huán)境應(yīng)設(shè)置如下：仿真器型號：偉福Lab2000P實驗儀仿真頭型號：MCS51實驗 8031325、單片機程序：可使用匯編語言E*51ASM目錄下、C語言E*51C目錄下編寫P1口輸入/輸出 匯編E*51ASM目錄下H1.PRJ、CE*51C目錄下H1.PRJPWM轉(zhuǎn)換電壓 匯編E*51ASM目錄下H5.PRJ、CE*51C目錄下H5.PRJD/A轉(zhuǎn)換電路 匯編E*51ASM目錄下H13.PRJ、CE*51C目錄下H13.PRJA/D轉(zhuǎn)換電路 匯編E*51ASM目錄下H14.PRJ、CE*51C目錄下H14.PRJ步進(jìn)電機控制實驗 匯編E*51ASM目錄下H22.PRJ、CE*51C目錄下H2

8、2.PRJ6、MSC-51單片機的編程、仿真、寫入、調(diào)試的操作步驟：MSC-51單片機的編程、仿真、寫入、調(diào)試的操作步驟，可參閱WAVE仿真開發(fā)系統(tǒng)使用手冊。在校園網(wǎng)機械工程實驗教學(xué)中心上下載7、MSC-51系列單片機單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)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(I/O口)，還包括定時計數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個最小而

9、完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。該系列單片機是采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計，由先進(jìn)CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash程序存儲器。P89C51*2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)先級嵌套中斷構(gòu)造、1個串行I/O口可用于多機通信，I/O擴(kuò)展或全雙工UART以及片振蕩器和時鐘電路。由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計，可提供很寬的操作頻率圍頻率可降至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(jié)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的容，但是凍結(jié)振蕩器，導(dǎo)致

10、所有其它的片功能停頓工作。由于設(shè)計是靜態(tài)的，時鐘可停頓而不會喪失用戶數(shù)據(jù)，運行可從時鐘停頓處恢復(fù)。8、A/D、D/A轉(zhuǎn)換原理隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速開展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術(shù)。由于系統(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(zhuǎn)換成數(shù)字信號；而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號才能為執(zhí)行機構(gòu)所承受。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(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換即模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，

11、意思是模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；D/A轉(zhuǎn)換即數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，意思是數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；ADC表示模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，DAC表示數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺少的重要組成局部，為確保系統(tǒng)處理結(jié)果的準(zhǔn)確度，A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換速度可分為超高速轉(zhuǎn)換時間330ns，次超高速

12、3303.3s，高速轉(zhuǎn)換時間3.3333s，低速轉(zhuǎn)換時間330s等。A/D轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器。所謂直接A/D轉(zhuǎn)換器，是把模擬信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，如逐次逼近型，并聯(lián)比擬型等。其中逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，易于用集成工藝實現(xiàn)，且能到達(dá)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(zhuǎn)換器是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如電壓/時間轉(zhuǎn)換型積分型，電壓/頻率轉(zhuǎn)換型，電壓/脈寬轉(zhuǎn)換型等。其中積分型A/D轉(zhuǎn)換器電路簡單，抗干擾能力強，且能作到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。D/A轉(zhuǎn)換器衡量一個D/A轉(zhuǎn)換器的性能的主要參數(shù)有：分辨率是

13、指D/A轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，位數(shù)多分辨率也就越高。轉(zhuǎn)換時間指數(shù)字量輸入到完成轉(zhuǎn)換，輸出到達(dá)最終值并穩(wěn)定為止所需的時間。電流型D/A轉(zhuǎn)換較快，一般在幾ns到幾百ns之間。電壓型D/A轉(zhuǎn)換較慢，取決于運算放大器的響應(yīng)時間。精度指D/A轉(zhuǎn)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。線性度當(dāng)數(shù)字量變化時，D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量按比例關(guān)系變化的程度。理想的D/A轉(zhuǎn)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差。六、實驗操作步驟：注：以下硬件實驗一至四任選二個完成，步進(jìn)電機控制實驗必須完成。認(rèn)真預(yù)習(xí)實驗容。按五、實驗原理中的3、仿

14、真實驗/開發(fā)系統(tǒng)的連接的說明，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(yīng)的WAVE6000集成調(diào)試軟件。按電路連接圖連接好實驗電路。經(jīng)實驗教師檢查后，方可繼續(xù)下一步操作。運行WAVE6000集成調(diào)試軟件，在該軟件平臺上翻開五、實驗原理中的5、單片機程序里所述的程序，進(jìn)展軟件調(diào)試。在理解實驗流程框圖的根底上，讀懂程序代碼。調(diào)整程序的局部控制指令或 參數(shù)，再次調(diào)試程序，記錄參數(shù)調(diào)整前后，程序的運行狀態(tài)是否有所改變。實驗完成后，整理好實驗器材、連線，關(guān)閉實驗箱和PC的電源。并經(jīng)實驗教師檢查確認(rèn)。硬件實驗一 P1口輸入、輸出實驗一、實驗要求1、P1口做輸出口，接八只發(fā)光

15、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(guān)，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(guān)狀態(tài)，將此狀態(tài)，在發(fā)光二極管上顯示出來。編程時應(yīng)注意P1.0,P1.1作為輸入口時應(yīng)先置1,才能正確讀入值。二、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)P1口的使用方法。2、學(xué)習(xí)延時子程序的編寫和使用。三、實驗電路及連線實驗工程1: P1口循環(huán)點燈實驗工程2: P1口輸入輸出四、實驗說明P1口是準(zhǔn)雙向口。它作為輸出口時與一般的雙向口使用方法一樣。由準(zhǔn)雙向口構(gòu)造可知當(dāng)P1口用為輸入口時，必須先對它置1”。假設(shè)不先對它置1”，讀入的數(shù)據(jù)是不正確的。80C51可以將位變量通過C

16、標(biāo)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，*0H MOV R7, *0H DelayLoop： DJNZ R6，DelayLoop DJNZ 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12/6MHZ，所以該段程序執(zhí)行時間為：256255+22126 261ms五、實驗框圖開場開場P1.0,P1.1置1設(shè)置初始值設(shè)移位次數(shù)讀入P1.0口值將讀入的值輸出到P1.2數(shù)據(jù)輸出讀入P1.1口值左移一位將讀入的值輸出到P1.3是否延時移位次數(shù)完成.(A) P1口循環(huán)點燈程序框

17、圖 (B) P1口輸入輸出程序框圖六、實驗要求對于實驗工程1: P1口循環(huán)點燈A、改變程序的有關(guān)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(guān)指令或參數(shù)，改變循環(huán)點燈的移動速度。對于實驗工程2: P1口輸入輸出改變程序的有關(guān)指令或參數(shù)，將讀入的P1.1值輸出到P1.2。改變程序的有關(guān)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(zhuǎn)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轉(zhuǎn)換電壓電路轉(zhuǎn)換成電壓。 二、實驗?zāi)康牧私饷}寬調(diào)制(PWM)的原理學(xué)習(xí)用PWM輸出模擬量三、實驗電路及連接PWM輸入電壓輸出 四、實驗說明PWM是單片機上常用的模擬量輸出方法，

18、通過外接的轉(zhuǎn)換電路，可以將脈沖的占空比變成電壓。程序過調(diào)整占空比來輸出模擬電壓。占空比就是脈沖中高電平與低電平的寬度比。低電平寬度延時輸出低電平開場五、程序框圖高電平寬度延時輸出高電平六、實驗要求改變程序的有關(guān)指令或參數(shù)，到達(dá)改變脈沖的占空比的目的。然后用電壓表測量相應(yīng)的電壓值。并記錄在表格中。硬件實驗三 D/A轉(zhuǎn)換實驗實驗要求利用DAC0832，編制程序產(chǎn)生鋸齒波、三角波、正弦波。三種波輪流顯示，用示波器觀看。實驗?zāi)康?、了解D/A轉(zhuǎn)換的根本原理。2、了解D/A轉(zhuǎn)換芯片0832的性能及編程方法。3、了解單片機系統(tǒng)中擴(kuò)展D/A轉(zhuǎn)換的根本方法。實驗電路及連線用示波器探頭接觸輸出，觀察顯示波形。實

19、驗說明1、D/A轉(zhuǎn)換是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的變換，實驗臺上D/A電路輸出的是模擬電壓信號。要實現(xiàn)實驗要求，比擬簡單的方法是產(chǎn)生三個波形的表格，然后通過查表來實現(xiàn)波形顯示。2、產(chǎn)生鋸齒波和三角波的表格只需由數(shù)字量的增減來控制，同時要注意三角波要分段來產(chǎn)生。要產(chǎn)生正弦波，較簡單的方法是造一正弦數(shù)字量表。即查函數(shù)表得到的值轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)填表。D/A轉(zhuǎn)換取值圍為一個周期，采樣點越多，精度越高些。本例采用的采樣點為256點/周期。3、八位D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)據(jù)與輸出電壓的關(guān)系為：U(0-5V)=Uref/256NU(-5V+5V)=2Uref/256N-5V (這里 Uref為+5V)實驗框圖開場置計

20、數(shù)器初值查表讀波形數(shù)據(jù)啟動D/A改變計數(shù)器及表指針否轉(zhuǎn)換完畢是六、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(chǎn)生的三種波形的前后變化。并做記錄。硬件實驗四 A/D轉(zhuǎn)換實驗一、實驗要求利用實驗板上的ADC0809做A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字量，用8255的PA口輸出到發(fā)光二極管顯示。二、實驗?zāi)康恼莆誂/D轉(zhuǎn)換與單片機的接口方法。了解A/D芯片ADC0809轉(zhuǎn)換性能及編程。通過實驗了解單片機如何進(jìn)展數(shù)據(jù)采集。三、實驗電路及連線四、實驗說明A/D轉(zhuǎn)換器大致有三類：一是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點是精度高，抗干擾性好；價格廉價，但速度慢；二是

21、逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器，精度，速度，價格適中；三是并行A/D轉(zhuǎn)換器，速度快，價格也昂貴。實驗用的ADC0809屬第二類，是八位A/D轉(zhuǎn)換器。每采集一次一般需100us。本程序是用延時查詢方式讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果,也可以用中斷方式讀入結(jié)果,在中斷方式下，A/D轉(zhuǎn)換完畢后會自動產(chǎn)生EOC信號，將其與CPU的外部中斷相接,有興趣的同學(xué)可以試試編程用中斷方式讀回A/D結(jié)果.五、實驗框圖開場初始化啟動A/D否A/D轉(zhuǎn)換完數(shù)據(jù)輸出清讀數(shù)標(biāo)志主程序框圖六、實驗要求改變實驗板上的電位器的阻值，觀察發(fā)光二極管顯示的前后變化。并做記錄。步進(jìn)電機控制實驗實驗要求用8255擴(kuò)展端口控制步進(jìn)電機，編寫程序輸出脈沖序列到8255的PA口，控制步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，加速，減速。二、實驗?zāi)康牧私獠竭M(jìn)電機控