最小系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程實驗

課程：微處理器原理與應(yīng)用課時：4學(xué)時教學(xué)環(huán)境：單片機實驗室教學(xué)方法：講解相關(guān)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生實驗實驗一最小系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程實驗一、目的、任務(wù)和要求1.1實驗?zāi)康氖煜eil51集成開發(fā)軟件gVision4的基本內(nèi)容及其使用方法。熟悉Protues電路仿真軟件的基本內(nèi)容及其使用方法。掌握80C51單片機最小系統(tǒng)電路構(gòu)成。掌握80C51單片機匯編語言程序的編輯、匯編（編譯X調(diào)試和燒錄的一般過程和基本操作步驟。1.2實驗任務(wù)Keil51集成開發(fā)軟件gVision4的使用方法。（1）源程序的編輯、匯編（編譯）、調(diào)試在Keil51集成開發(fā)軟件gVision4的文件編輯窗口內(nèi)編寫一個簡單的單片機匯編語言程序（保存％*.asm文件），完成該程序的編輯、匯編（編譯）、調(diào)試。掌握基本的操作步驟。（2）目標(biāo)程序的生成及燒錄利用Keil51集成開發(fā)軟件gVision4將匯編語言程序（*.asm文件）生成目標(biāo)程ff（*.hex文件），通過單片機開發(fā)箱（板）將目標(biāo)程序燒錄到單片機內(nèi)。掌握基本的操作步驟。Protues電路仿真軟件的使用方法。（1）電路的建立通過Protues電路仿真軟件搭建一個簡單的單片機控制系統(tǒng)。首先畫出單片機的最小系統(tǒng)，再畫出I/O接口電路，形成一個簡單的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。本實驗利用I/O口（P1口）控制8個LED燈的亮、滅，產(chǎn)生一種流水燈的現(xiàn)象。掌握基本的操作步驟。（2）程序的仿真調(diào)試將編輯、匯編（編譯）好的源程序生成目標(biāo)程序后裝載到Protues仿真軟件內(nèi)?；蛘呃肞rotues仿真軟件直接編輯源程序。掌握基本的操作步驟。（3）程序運行調(diào)試。通過運行進行電路仿真，觀察現(xiàn)象，分析問題，經(jīng)過調(diào)試，直到達到目的為止。1.3實驗要求通過Keil51集成開發(fā)軟件gVision4編輯、匯編（編譯）、調(diào)試單片機開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用程序。通過Protues仿真軟件搭建一個簡單的單片機系統(tǒng)電路，進行電路仿真分析。通過完成本項目的實驗任務(wù)，要求掌握8051匯編語言程序的基本結(jié)構(gòu)，會作簡單的軟件設(shè)計和調(diào)試操作。同時掌握安全用電、安全使用相關(guān)芯片和開發(fā)系統(tǒng)器件的操作方法。以此認識和掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程。二、實驗設(shè)備和器件2.1實驗設(shè)備（1）微型計算機（PC機）（裝配相關(guān)軟件），（2）單片機實驗箱或開發(fā)板。2.2電路元器件本實驗采用Protues仿真軟件搭建一個簡單的單片機系統(tǒng)電路，進行電路仿真分析，不需要實際的元器件。若實驗采用萬能板（或面包板）搭建電路，則需要如下元器件：萬能板（或面包板），+5V直流電源（或9V電源配合7805三端穩(wěn)壓器），AT89C51芯片（或兼容芯片），6MHz（或11.0592MHz）晶振，20P電容，2.2〃F電容，1KQ電阻，10KQ電阻，LED發(fā)光二極管，軟導(dǎo)線等。學(xué)生可自己在課后搭建電路進行實驗，并與仿真實驗比較。三、實驗內(nèi)容及步驟3.1軟件操作方法（1）Keil51集成開發(fā)軟件gVision4的操作方法Keil51集成開發(fā)軟件gVision4編輯、匯編（編譯）、調(diào)試的操作方法見教材相關(guān)內(nèi)容。（2）Protues仿真軟件的操作方法Protues仿真軟件的操作方法見教材相關(guān)內(nèi)容。3.2基本I/O接口與流水燈控制系統(tǒng)1電路原理圖利用Protues仿真軟件畫出單片機實驗電路原理圖，參考電路圖如圖1.1所示。其中搭建電路需要做好以下三個環(huán)節(jié)：1）識別器件。怎樣在Protues元件庫中找元件。2）確定元件參數(shù)值。根據(jù)實驗電路圖作電路布局設(shè)計，然后確定元件參數(shù)值。3）檢查電路。重點檢查80C51單片機的基本工作條件，即檢查芯片電源和地、晶振電路、復(fù)位電路、I/O接口等引腳及其電路連接的正確性。2軟件編譯和仿真調(diào)試先在Keil51集成開發(fā)軟件gVision4中編寫出P1口控制流水燈（或其它彩燈形式）的程序，再通過gVision4仿真器進行編譯和仿真。參考程序如下所示。本次實驗按照以下四個基本步驟來操作：1）在PC機桌面建立一個文件夾，如“LED001”，待本次實驗結(jié)束后刪除它。2）雙擊打開“gVision4”軟件，點擊“Project”建立工程文件并保存，如“LED01”。在“File/New”菜單下創(chuàng)建上述*.asm文件，并存入桌面的上述新文件夾中，然后進行程序的錄入和編輯操作。3）在“Project/Buildtarget”下進行匯編。編譯成功后將在上述桌面的新目錄中生成*.obj（目標(biāo)文件）和*.lst（列表文件）等文件；若匯編不成功，則會彈出一個提示原因的新界面，可根據(jù)提示信息來修改錯漏語句。匯編成功后，在“調(diào)試”主菜單下開始仿真調(diào)試。仿真調(diào)試需要重點查看的對象是：Code區(qū)程序代碼存儲區(qū)間、PC值及其變化量、指令周期長度、P1口輸出值、工作寄存器和及其它有關(guān)的SFR之值。通過它們分別可以看到程序段的存儲空間、指令的存儲地址和字長、指令的執(zhí)行時間長度、有關(guān)指令和程序段的運行結(jié)果等等，這些都是調(diào)試者評估程序段功能、修改和完善程序代碼的基本依據(jù)。特別提示：編譯成功只說明程序語法正確，不證明程序功能已經(jīng)達到了設(shè)計目標(biāo)。4）在“Project/Rebuildalltargetfile”下生成可燒入單片機程序存儲器的機器語言程序文件*.hex。3燒錄軟件和試運行g(shù)Vision4生成的機器語言代碼文件，其擴展名為HEX；利用編程器（配合PC機內(nèi)相關(guān)軟件）可將它直接燒寫（即燒錄）到AT89C51芯片之中。再將燒有軟件的AT89C51芯片插入在

實驗電路上，加電運行就可以觀察運行結(jié)果。第一次試運行一般不會就成功，常常需要根據(jù)具體情況來排除硬件故障或者修正程序代碼。燒入(燒錄)軟件和試運行操作一般分以下二個步驟進行：接好編程器電源線和串口線，打開其電源，同時PC機上打開編程器軟件，即可以開始燒錄操作：先在“器件/選擇”菜單下選擇器件類型(MPU)、廠家(ATMEL)和器件(AT89C51)，然后讀入上述*.hex文件。將芯片AT89C51正確放入編程器(注意：芯片方向和腿腳一定要檢查對準(zhǔn)了！)，通過操作軟件的對話界面，先后對芯片進行“擦除操作”、“編程操作”和“校驗操作”。如果電路上電后不能運行則需要檢查單片機的基本工作條件是否正常；如果只是運行現(xiàn)象不符合設(shè)計目標(biāo)，則需要分析現(xiàn)象進而修改程序代碼，重復(fù)上述編譯、仿真調(diào)試、燒寫和試運行的過程。如此反復(fù)調(diào)試，直至成功為止。4.參考電路與程序代碼1)參考電路如圖1.1所示，它是一個流水燈單片機系統(tǒng)。圖中發(fā)光二極管(LED)在P1口引腳電平為低電位時被點亮。由此可知，單片機通過寫指令來控制P1口的輸出電平，就能實現(xiàn)對LED流水燈的控制。+5VLEDE1+5VLEDE1—1kQ1P1.0VCCP1.1P1.7RSTEA8051XTAL2XTAL1VSSZ1J5L…Z15L2.2^F籟'晶~]10kQ_?0P—20P圖1.1流水燈單片機系統(tǒng)電路圖+5VORG0000H；分配程序存儲地址START:MOVA，#0FEH；從00H起存放指令，此即第一條被執(zhí)行的指令LOOP:MOVP1，A；P1口寫指令RLA；待輸出的內(nèi)容先左移1位LCALLDELAY；調(diào)用延時子程序AJMPLOOP；無限循環(huán)結(jié)構(gòu)，循環(huán)體重復(fù)執(zhí)行DELAY:MOVR5，#0FAH；延時子程序，循環(huán)結(jié)構(gòu)DELAY1:MOVR6，#0F8H；第一重循環(huán)體重復(fù)執(zhí)行0FAH次(即250次)NOP；第一重循環(huán)體重復(fù)執(zhí)行0F8H次DELAY0:DJNZR6，DELAY0；R6為循環(huán)變量，R6減1后非0則跳轉(zhuǎn)DJNZR5，DELAY1；R5為第一重循環(huán)變量RET；返回語句，返回到調(diào)用指令的下一句END；告訴匯編程序匯編到此結(jié)束3)深入實驗問題(要求學(xué)生完成)指出哪些語句是控制I/O口輸出電平的語句？參照51單片機指令表寫出每一條指令的字長，通過單步運行程序記下每一條指令對應(yīng)的PC寄存器數(shù)值。最后總結(jié)出PC的初始值、變化的規(guī)律和PC的作用。偽指令有無機器碼？不要偽指令END會產(chǎn)生什么問題？將偽指令ORG0000H改為ORG1000H會產(chǎn)生什么問題？試通過驗證來得出結(jié)論。參照51單片機指令表的字長和開發(fā)系統(tǒng)Code區(qū)的機器碼值，寫出程序中各條指令的機器碼(以十六進制數(shù)來表示)和它的存儲地址。四、實驗報告要求與考核標(biāo)準(zhǔn)1、實驗報告要求給出運行成功的單片機系統(tǒng)電路圖、程序流程圖、程序代碼、操作步驟和運行結(jié)果。電路圖和流程圖要盡量詳盡，程序代碼要書寫規(guī)范，操作步驟和運行結(jié)果要具體求實。畫出詳細的80C51單片機最小系統(tǒng)的電路圖，圖中要有手動復(fù)位電路。列出并通過實驗來證實51單片機正常工作的幾個外部條件。試舉例并分析程序編譯不成功的原因。

（4）試舉例并分析程序編譯成功、而流水燈運行失敗的原因。2、實