第1課-現(xiàn)代電子技術(shù)綜合實驗(2015春)-趙宏飛-20150504

1、1指導(dǎo)教師：趙宏飛Email: 現(xiàn)代電子技術(shù)綜合實驗講述內(nèi)容：實驗要求2實驗平臺介紹3基礎(chǔ)知識及開發(fā)工具軟件介紹4實驗步驟與任務(wù)要求5考核辦法及成績構(gòu)成6單片機簡介(復(fù)習(xí)或自學(xué))1（見“單片機簡介”教學(xué)PPT）單片機定義單片機就是單片計算機(Single Chip Computer)，在一塊芯片上，它集成了中央處理器(CPU)、隨機讀寫存儲器(RAM,Random Access Memory)、只讀存儲器(ROM, Read Only Memory)、定時器/計數(shù)器(Timer/Counter)以及輸入/輸出(Input/Output)接口電路等計算機主要部件。單片機主要用于控制領(lǐng)域，目前國際

2、上統(tǒng)稱微控制器(Microcontroller)。 雖然單片機只是一個芯片，但從組成與功能來看，具有計算機的主要特點1、單片機簡介目前單片機生產(chǎn)廠家：Intel , Motorola, TI, Philips, Zilog, Rockwell, NEC, Siemens, Hitachi, Toshiba, Atmel等。單片機常用系列： Intel MCS-51 8位 單片機。 Intel MCS-96 16位單片機 。 Motorola MC68系列， 8位、16位單片機。 TI MSP430系列16位低功耗單片機。 Microchip的PIC系列RISC單片機。 單片機簡介低速場合采用4

3、位單片機，高速場合采用16位、32位單片機甚至DSP。大部分應(yīng)用場合仍采用8位單片機。Intel MCS-51 系列8位單片機，簡稱8051系列、51系列、80C51系列。8051系列單片機1980年由Intel公司推出，歷久不衰。主要用于中小系統(tǒng)場合。90年代Intel公司將8051內(nèi)核的使用權(quán)以專利形式轉(zhuǎn)讓給眾多的集成電路制造商如Philips, Siemens, Atmel, TI, ADI等，發(fā)展出數(shù)百個品種的8051大家族。8051已成為單片機領(lǐng)域的實際標(biāo)準(zhǔn)，成為主流機型與教學(xué)首選機型。 80C51的引腳功能 圖1-1 PDIP40封裝80C51引腳布局圖 2、實驗要求熟悉單片機應(yīng)用

4、系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)原理掌握開發(fā)工具KEIL C51的基本使用方法熟悉SOPC核心板與SMART SOPC實驗平臺的使用連接電路，編程調(diào)試，實現(xiàn)各部分的功能完成系統(tǒng)軟件的編寫與調(diào)試3、實驗平臺介紹PC機一臺SMART SOPC實驗箱一套SmartSOPC教學(xué)實驗開發(fā)平臺集眾多功能于一體SOPC、DSP、EDA、ARM、ARM7 SOC以及MC8051教學(xué)實驗平臺采用“主板核心板”的模式，更換不同的核心板即可實驗不同平臺的功能。SmartSOPC相配套的基于MC8051單片機的SOPC核心板3、實驗平臺介紹SmartSOPC教學(xué)實驗開發(fā)平臺上，實驗將采用眾多功能于中的部分作為實驗的構(gòu)成內(nèi)容。系統(tǒng)應(yīng)用構(gòu)

5、成示意框圖4、基礎(chǔ)知識及開發(fā)工具軟件介紹基于MSC51系列的單片機基礎(chǔ)知識應(yīng)用于單片機編程的C51知識（見“單片機C語言程序設(shè)計”教學(xué)PPT）Keil C51德國知名軟件公司Keil（現(xiàn)已并入ARM公司）開發(fā)的基于8051內(nèi)核的微控制器軟件開發(fā)平臺，是目前開發(fā)8051內(nèi)核單片機的主流編譯工具。在計算機中有Keil C51 V7.09的評估版本。C語言與MCS-51單片機 簡化具體組織、分配存儲器資源和處理端口數(shù)據(jù)；在C語言編程中，根據(jù)單片機存儲結(jié)構(gòu)及內(nèi)部資源定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型和變量。 C51包含的數(shù)據(jù)類型、變量存儲模式、輸入輸出處理、函數(shù)等方面與標(biāo)準(zhǔn)的C語言有一定的區(qū)別。其它的語法規(guī)則、程序結(jié)

6、構(gòu)及程序設(shè)計方法等與標(biāo)準(zhǔn)的C語言程序設(shè)計相同。 KEIL C51編譯器能夠識別的基本數(shù)據(jù)類型：基本數(shù)據(jù)類型長度取值范圍unsigned char1字節(jié)0255signed char1字節(jié)-128+127unsigned int2字節(jié)065535signed int2字節(jié)-32768+32767unsigned long4字節(jié)04294967295signed long4字節(jié)-2147483648+2147483647float4字節(jié)1.175494E-383.402823E+38bit1位0或1sbit1位0或1sfr1字節(jié)0255sfr162字節(jié)065535存儲器類型存儲器類型是用于指明變量

7、所處的單片機的存儲器區(qū)域情況。存儲器類型與存儲種類完全不同。C51編譯器能識別的存儲器類型有以下幾種，見表所示。存儲器類型描 述 data直接尋址的片內(nèi)RAM低128B，訪問速度快 bdata片內(nèi)RAM的可位尋址區(qū)（20H2FH），允許字節(jié)和位混合訪問 idata間接尋址訪問的片內(nèi)RAM，允許訪問全部片內(nèi)RAM pdata用Ri間接訪問的片外RAM的低256B xdata用DPTR間接訪問的片外RAM，允許訪問全部64k片外RAM code程序存儲器ROM 64k空間C51運算符算術(shù)運算符有：+ 加或取正值運算符- 減或取負(fù)值運算符 * 乘運算符/ 除運算符 % 取余運算符關(guān)系運算符： 大于=

8、 大于等于= 小于等于= = 等于!= 不等于 邏輯運算符：| 邏輯或& 邏輯與！ 邏輯非位運算符有：& 按位與| 按位或 按位異或 按位取反 右移C51程序基本結(jié)構(gòu)與相關(guān)語句if語句if語句是C51中的一個基本條件選擇語句，它通常有三種格式：（1）if （表達(dá)式） 語句；（2）if （表達(dá)式） 語句1； else 語句2；（3）if （表達(dá)式1） 語句1；else if （表達(dá)式2） （語句2；）else if （表達(dá)式3） （語句3；）else if （表達(dá)式n-1） （語句n-1；）else 語句nC51程序基本結(jié)構(gòu)與相關(guān)語句 switch/case語句if語句通過嵌套可以實現(xiàn)多分支結(jié)構(gòu)

9、，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。switch是C51中提供的專門處理多分支結(jié)構(gòu)的多分支選擇語句。它的格式如下：switch （表達(dá)式）case 常量表達(dá)式1：語句1；break；case 常量表達(dá)式2：語句2；break；case 常量表達(dá)式n：語句n；break；default：語句n+1；C51程序基本結(jié)構(gòu)與相關(guān)語句for語句for（表達(dá)式1；表達(dá)式2；表達(dá)式3）語句； /*循環(huán)體*/for語句后面帶三個表達(dá)式，它的執(zhí)行過程如下：（1）先求解表達(dá)式1的值。（2）求解表達(dá)式2的值，如表達(dá)式2的值為真，則執(zhí)行循環(huán)休中的語句，然后執(zhí)行下一步（3）的操作，如表達(dá)式2的值為假，則結(jié)束for循環(huán)，轉(zhuǎn)到最后一步。（3）若

10、表達(dá)式2的值為真，則執(zhí)行完循環(huán)體中的語句后，求解表達(dá)式3，然后轉(zhuǎn)到第四步。（4）轉(zhuǎn)到（2）繼續(xù)執(zhí)行。（5）退出for循環(huán)，執(zhí)行下面的一條語句。C51函數(shù)的使用函數(shù)定義的一般格式如下：函數(shù)類型 函數(shù)名（形式參數(shù)表） reentrantinterrupt musing n形式參數(shù)說明局部變量定義函數(shù)體前面部件稱為函數(shù)的首部，后面稱為函數(shù)的尾部，格式說明：1函數(shù)類型函數(shù)類型說明了函數(shù)返回值的類型。2函數(shù)名函數(shù)名是用戶為自定義函數(shù)取的名字以便調(diào)用函數(shù)時使用。3形式參數(shù)表形式參數(shù)表用于列錄在主調(diào)函數(shù)與被調(diào)用函數(shù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的形式參數(shù)。C51函數(shù)的使用 interrupt m是C51函數(shù)中非常重要的一

11、個修飾符，這是因為中斷函數(shù)必須通過它進(jìn)行修飾。在C51程序設(shè)計中，當(dāng)函數(shù)定義時用了interrupt m修飾符，系統(tǒng)編譯時把對應(yīng)函數(shù)轉(zhuǎn)化為中斷函數(shù)，自動加上程序頭段和尾段，并按MCS-51系統(tǒng)中斷的處理方式自動把它安排在程序存儲器中的相應(yīng)位置。 在該修飾符中，m的取值為031，對應(yīng)的中斷情況如下：0外部中斷01定時/計數(shù)器T02外部中斷13定時/計數(shù)器T14串行口中斷5定時/計數(shù)器T2其它值預(yù)留。C51函數(shù)的使用編寫MCS-51中斷函數(shù)注意如下：（1）中斷函數(shù)不能進(jìn)行參數(shù)傳遞，如果中斷函數(shù)中包含任何參數(shù)聲明都將導(dǎo)致編譯出錯。（2）中斷函數(shù)沒有返回值，如果企圖定義一個返回值將得不到正確的結(jié)果，建

12、議在定義中斷函數(shù)時將其定義為void類型，以明確說明沒有返回值。（3）在任何情況下都不能直接調(diào)用中斷函數(shù)，否則會產(chǎn)生編譯錯誤。因為中斷函數(shù)的返回是由8051單片機的RETI指令完成的，RETI指令影響8051單片機的硬件中斷系統(tǒng)。如果在沒有實際中斷情況下直接調(diào)用中斷函數(shù)，RETI指令的操作結(jié)果會產(chǎn)生一個致命的錯誤。（4）如果在中斷函數(shù)中調(diào)用了其它函數(shù)，則被調(diào)用函數(shù)所使用的寄存器必須與中斷函數(shù)相同。否則會產(chǎn)生不正確的結(jié)果。C51函數(shù)的使用一函數(shù)的調(diào)用 函數(shù)調(diào)用的一般形式如下： 函數(shù)名（實參列表）； 對于有參數(shù)的函數(shù)調(diào)用，若實參列表包含多個實參，則各個實參之間用逗號隔開。 按照函數(shù)調(diào)用在主調(diào)函數(shù)中

13、出現(xiàn)的位置，函數(shù)調(diào)用方式有以下三種：（1）函數(shù)語句。把被調(diào)用函數(shù)作為主調(diào)用函數(shù)的一個語句。（2）函數(shù)表達(dá)式。函數(shù)被放在一個表達(dá)式中，以一個運算對象的方式出現(xiàn)。這時的被調(diào)用函數(shù)要求帶有返回語句，以返回一個明確的數(shù)值參加表達(dá)式的運算。（3）函數(shù)參數(shù)。被調(diào)用函數(shù)作為另一個函數(shù)的參數(shù)。C51函數(shù)的使用二自定義函數(shù)的聲明 在C51中，函數(shù)原型一般形式如下： extern 函數(shù)類型 函數(shù)名（形式參數(shù)表）； 函數(shù)的聲明是把函數(shù)的名字、函數(shù)類型以及形參的類型、個數(shù)和順序通知編譯系統(tǒng)，以便調(diào)用函數(shù)時系統(tǒng)進(jìn)行對照檢查。函數(shù)的聲明后面要加分號。 如果聲明的函數(shù)在文件內(nèi)部，則聲明時不用extern，如果聲明的函數(shù)不在

14、文件內(nèi)部，而在另一個文件中，聲明時須帶extern，指明使用的函數(shù)在另一個文件中。5、實驗步驟與任務(wù)要求 實驗步驟LED定時中斷數(shù)碼管按鍵溫度采集電壓采集通過簡單的LED驅(qū)動實驗熟習(xí)實驗平臺的使用和軟件的操作。掌握定時中斷的使用技巧，采用定時中斷完成多個定時系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。掌握數(shù)碼管動態(tài)掃描的原理和實現(xiàn)方法；掌握按鍵掃描及其處理的方法。掌握并熟習(xí)數(shù)字溫度傳感器與電壓ADC的使用；掌握PWM驅(qū)動原理；完成最終實驗內(nèi)容。1)、程序開始后：當(dāng)核心板上LED的D1D8只有第1個發(fā)光二極管亮?xí)r，同時第1個數(shù)碼管顯示數(shù)字1，其余顯示- ；持續(xù)0.5秒之后，只有第2個發(fā)光二極管亮，同時第2個數(shù)碼管顯示數(shù)字

15、2，其余顯示- ；再過0.5秒，只有第3個發(fā)光二極管亮，同時第3個數(shù)碼管顯示數(shù)字3，其余顯示- ；間隔0.5秒后，只有第8個發(fā)光二極管亮，同時第8個數(shù)碼管顯示數(shù)字8，其余顯示- 。此后進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)。循環(huán)過程中，按按鍵進(jìn)入任務(wù)2。2)、停止任務(wù)1中發(fā)光二極管顯示，核心板上數(shù)碼管的第1、2位顯示學(xué)號最后二位，第4、5、6位顯示 - 。第7、8位實現(xiàn)秒表功能，從5.0開始倒計時，計時到0.0后程序自動進(jìn)入任務(wù)3.3)、核心板上數(shù)碼管其余不顯示，第6、7、8位顯示三位電壓值（0.002.49V），增減調(diào)節(jié)電壓值，LED1亮度跟隨變化。按按鍵進(jìn)入任務(wù)1。實驗任務(wù)要求（課堂作業(yè)）：授課方式1、授課時間：周

16、1、周3周1上午10：2012：00周1晚上7：009：00周3晚上7：009：00課堂教學(xué)。1)實驗內(nèi)容、實驗要求、實驗平臺等介紹2)系統(tǒng)原理及范例程序講解。2、指導(dǎo)時間：除了公休日及上述課堂教學(xué)時間，每日早上9：0012：00，下午14：0017：00，晚上18：0021：00。3、考試時間：下周星期5晚上7:308:30，每場考試60分鐘，考前要通過Email提交實驗報告電子檔。4、在上課的一周半時間內(nèi)一直開放，學(xué)生可以在科A331、A333房間自主安排，獨立完成實驗內(nèi)容；也可課后完成程序，在實驗室調(diào)試，有問題可向值班教師請求幫助。開放式教學(xué)實驗課程安排1)、第一次課之后，熟悉上面要求的

17、目錄： D:/實驗室資料/ SOPC_Quick51實驗例程 下的實驗例程：“點亮LED”。 在熟悉以上試驗的基礎(chǔ)上，掌握中斷編程、蜂鳴器、數(shù)碼管、按鍵、脈沖寬度調(diào)制（PWM)、I2C總線、串行ADC電壓測試等應(yīng)用的實現(xiàn)方法。2)、第二次課，講述數(shù)碼管靜態(tài)顯示及定時器和中斷應(yīng)用。3)、第三次課，講述例程及其難點、綜合實驗內(nèi)容的難點。注意：實驗例程源代碼以及原理圖等學(xué)習(xí)資料位于計算機D盤下的“實驗室資料”目錄下：D:/實驗室資料/ SOPC_Quick51實驗例程D:/實驗室資料/ SOPC_實驗最新版/原理圖要求必須掌握的實驗有：“D:/實驗室資料/ SOPC_Quick51實驗例程”目錄下：

18、 點亮LED； 簡單的定時； 控制交流蜂鳴器發(fā)聲； 數(shù)碼管的動態(tài)掃描； 加減計數(shù)器； 用PWM波控制LED亮度； LM75A數(shù)字溫度計； TLC549串行ADC。6、考核辦法及成績構(gòu)成成績構(gòu)成：實驗成績40%+實驗報告10%+考試成績50%實驗成績：學(xué)生完成實驗內(nèi)容后提請考核，教師根據(jù)其完成的速度、質(zhì)量以及學(xué)生對實驗內(nèi)容的闡述，綜合考核滿分40分。實驗報告：滿分10分，未提交者，視為放棄該課程?？荚嚦煽儯焊鶕?jù)完成上機考試的速度和質(zhì)量，最多不超過50分。實驗內(nèi)容提示1、定時器的使用實驗中如何使用兩個定時器實現(xiàn)多個定時任務(wù)將直接關(guān)系到實驗內(nèi)容的完成。一種辦法是統(tǒng)計定時中斷進(jìn)入的次數(shù)乘以定時時間可以

19、獲得新的一個時間長度；另外一個辦法是采用軟件延時的辦法，但不易過多使用。還有一種軟件定時器的實現(xiàn)方式需要掌握。2、數(shù)碼管顯示范例程序使用了ASCII碼轉(zhuǎn)換十進(jìn)制再查表顯示的方法，請你考慮簡化顯示程序，將字符串、指針、ASCII碼轉(zhuǎn)換等內(nèi)容改為直接使用十進(jìn)制查表的方式。會精簡你的程序，并且編寫簡單，容易理解。實驗內(nèi)容提示 定時器+數(shù)碼管顯示練習(xí)內(nèi)容1) LED+蜂鳴器，即試驗2和3合并。 要求：點亮LED100ms，熄滅 LED 900ms；驅(qū)動蜂鳴器的方波頻率1KHz； （先用兩個定時器完成，再用一個定時器完成。）2) 數(shù)碼管靜態(tài)及動態(tài)顯示 8個數(shù)碼管顯示如下： 第1、2個顯示學(xué)號末尾兩位數(shù)字

20、 第4、5個顯示0059的秒表，每秒加1，循環(huán)。 第7、8個顯示初值25，通過按鍵可以加減1，范圍1630 第3、6個不顯示。實驗內(nèi)容提示3、按鍵操作實驗范例的按鍵操作靈敏度較高，但是缺點是循環(huán)識別按鍵影響了其他可能出現(xiàn)的并行操作流程，請你參照此按鍵程序設(shè)計自己的按鍵識別，注意：如果在該循環(huán)體內(nèi)加入程序，且執(zhí)行時間較長（例如長延時），將嚴(yán)重影響按鍵的靈敏度。4、電機驅(qū)動仔細(xì)閱讀并理解PWM方式驅(qū)動電機的原理，注意如何設(shè)置脈寬調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。實驗內(nèi)容提示 數(shù)碼管顯示+按鍵+直流電機驅(qū)動練習(xí)內(nèi)容1) 8個數(shù)碼管顯示如下：1、2顯示學(xué)號最后兩位4、5顯示3059秒表7、8顯示按鍵數(shù)值16-25，可以加減，按鍵按下響0.5s 按鍵數(shù)值和秒表數(shù)值的絕對差值改變電機轉(zhuǎn)速2) 液晶靜態(tài)及動態(tài)顯示 可以自己嘗試完成上述內(nèi)容。實驗內(nèi)容提示5、SOPC核心板端口使用： 參考計算機目錄： D:實驗室資料SO