单片机原理实验指导书(1)

第2章基础实验2.1 实验一系统认识实验一、实验目的学习实验系统的基本操作，了解在实验系统中进行程序设计、仿真和调试的操作方法和步骤。

二、实验设备Keil单片机程序开发软件。

Proteus仿真软件DP51-PROC单片机综合实验仪。

DT-2003数字万用表。

三、实验内容和步骤内容：简单单片机应用程序的编辑、编译、仿真和调试。

实验程序：功能：使连接在MCS-51单片机P1.0引脚的LED闪烁。

设计思路：①点亮LED需要约10 mA电流，此时LED两端电压差约2 V。

因此，将LED 的阴极通过一个电阻连接到P1.0引脚（电阻阻值约为200 ），阳极连接到电源VCC（5 V）。

②为便于观察，交替的时间间隔不应太小（建议选择在0.5 s左右），由于该时间不要求严格精确，所以，可采用软件延时的方法实现。

③程序可采用图2.1中的流程结构。

图2.1 实验一程序流程图预习：1）提前一周预约好实验时间。

2）自学Keil和Proteus两软件的基本使用方法。

3）按设计思路，用汇编语言或C51语言编制实验程序。

4）了解本次实验的步骤和操作方法。

图2.2 实验一电路图步骤：1）在S: \ STUDY \ Kiel文件夹中新建Ex01文件夹（该文件夹用于保存本次实验的所有内容），通过网上邻居将服务器上本次实验共享文件夹下的所有文件拷贝到S: \ STUDY \ Kiel \ Ex01文件夹中。

2）运行Keil并创建一个新工程。

工程保存为S: \ STUDY \ Kiel \ Ex01 \ Ex01. Uv2。

选择单片机型号为Generic中的8051。

创建新工程的操作方法：菜单Project New Project…3）设置工程选项，将工程选项设置如下：Target页夹：Xtal= 12 MHzOutput页夹：Create HEX FileBL51 Locate页夹：取消Use Memory Layout from Target Dialog设置Code Range属性为0x40-0xFFF如用C51编程，设置此页夹。

设置工程选项的操作方法：鼠标右击Project Window中的Target 1弹出菜单−→Option for Target ‘Target 1’，在对话窗口中根据需要选择不同的页夹项4）创建新文件并输入实验程序，然后保存在与工程相同的文件夹中（文件名为Ex01. ASM或Ex01.C），最后将其加入到工程中并编译。

操作方法：创建文件：菜单File −→ New保存文件：菜单File −→ Save或Save As …加入工程：Project Window中展开Target 1，鼠标右击Source Group 1弹出菜单−→ Add Files to Group ‘Source Group 1’，在对话窗口中选择文件类型（C Source file或Asm Source file）和文件名（Ex01.C或Ex01.ASM）编译工程：菜单Project −→ Build target或Rebuild all target files编译中若发现错误，必须修改程序后重新编译。

注意：i.如果在工程选项中设置了Create HEX File选项，编译成功后则会生成目标文件(*.hex)，该文件将在利用Proteus调试程序时用到；反之，编译成功后不会生成目标文件(*.hex)。

ii.目标文件的文件名由工程选项Output页夹中Name of Executeable属性决定，目标文件的扩展名为.hex。

5）利用Keil自身的软件仿真功能调试程序。

任务：单步和带断点执行程序，观察程序执行过程，记录程序执行过程中相关寄存器、存储器的变化情况和指令执行时间，从而验证程序的正确性。

具体操作如下：①在Keil中设置工程选项如下（操作方法参见步骤3）：Debug页夹：选中左侧Use：Simulator选中左侧Load Application at Start和Go till main( )②进入调试。

进入或退出调试命令的操作方法：菜单Debug −→ Start/Stop Debug Session③单步调试程序中的指令或语句，观察和记录相关寄存器、存储器的变化情况和程序执行时间。

在此过程中尝试打开或关闭Disassembly Window（操作方法参见后面 [说明] 的第3项），观察它们的不同。

单步命令的操作方法：菜单Debug −→ Step（详细跟踪当前指令或语句的执行）或Step Over（完整执行当前指令或语句）查看寄存器、存储器和程序执行时间的操作方法：参见后面 [说明] 的第1、2项④复位程序。

复位CPU命令的操作方法：菜单Peripherals −→ Reset CPU⑤在软件延时开始的指令或语句处设置断点。

设置断点的操作方法：先用鼠标点击断点处的指令或语句，再使用设置或取消断点命令：菜单Debug −→ Insert/Remove Breakpoint⑥多次使用连续运行命令控制程序的执行，当程序执行到断点处时观察P1.0引脚的状态和程序运行时间。

根据多次的信息推断LED的闪烁状态和间隔时间。

连续运行命令的操作方法：菜单Debug −→ Go观察P1.0引脚状态的操作方法：菜单Peripherals −→ I/O-Ports −→ Port 1，在Parallel Port 1窗口中显示当前P1端口各个引脚的状态。

⑦退出调试。

操作方法参见前面的操作②。

说明：查看结果主要通过Project Window中的Regs页夹和Memory Window中的各个页夹。

1、若Memory Window窗口没有打开，可通过菜单View −→ Memory Window命令显示，选取其中任何一个页夹，在地址输入框中输入地址后，该页夹将从这个地址开始显示存储体中的数据。

由于MCS-51的存储体在地址值上存在着重叠，为了区分不同类型的存储体，地址必须按照下面的格式输入（段符及其说明参见表2.2）：< 段符> ：< 地址值> 地址值可以用十进制或十六进制表示。

其中十六进制数用汇编或C语言的表达方式均可。

例：D:0x00 或D:00H2、在Project Window的Regs页夹中显示常用的一组值，其中大部分可以直接修改（操作方法：先用鼠标左击选择要修改的对象，然后再次左击就可以输入修改），详细说明参见表2.1。

3、在Keil进入调试状态后，若希望查看当前程序的机器编码及其反汇编代码，可通过菜单View−→Disassembly Window命令显示或关闭Disassembly Window窗口。

表2.1 Regs页夹中的内容及其说明表2.2 常用段符及其说明6）利用Proteus调试程序。

任务：单步和带断点执行程序，观察程序执行过程，并按表2.3中的内容进行记录和计算。

具体操作如下：①双击S: \ STUDY \ Kiel \ Ex01 \ Proteus仿真\ Led_light.DSN文件，将电路中单片机对象的Program File属性设置为步骤4生成的目标文件(*.hex)，然后检查Proteus是否打开了远程仿真监视。

操作方法：设置目标文件：鼠标右击单片机对象弹出菜单−→ Edit Properties，在对话窗口中设置Program File属性。

打开仿真监视：菜单Debug −→选中Use Remote Debug Monitor。

②在Keil中设置工程选项如下（操作方法参见步骤3）：Debug页夹：选中右侧Use：及Proteus VSM Simulator（下拉选项框的项）选中右侧Load Application at Start和Go till main( )③在Keil中进入调试，检查在软件延时开始的指令或语句处是否有断点，若没有则设置（操作方法参见步骤5）。

④在Keil中多次使用连续运行命令控制程序的执行（操作方法参见步骤5）。

当程序运行到断点时，观察Proteus窗口中LED1的燃亮情况，将P1.0引脚支路电路的相关信息记录到表2.3中。

⑤在Keil中去除断点，继续运行程序，观察Proteus窗口中实验电路的工作情况（LED1闪烁情况及其间隔时间）。

⑥在Keil中退出调试（操作方法参见步骤5）。

7）利用实验仪调试程序。

任务：单步和带断点执行程序，观察程序执行过程，并按表2.3中的内容进行记录和计算。

具体操作如下：①检查实验仪与计算机之间的通信线连接，然后打开实验仪电源（电源开关在实验仪箱体右侧方）。

②测试实验仪中涉及本次实验的电路是否完好。

操作方法：i.双击S: \ STUDY \ Kiel \ Ex01 \ Test1\ Test1_0.Uv2文件（此操作会打开一个新的Keil窗口）。

ii.在新窗口中进入调试，然后连续运行程序（操作方法参见步骤5）。

iii.在实验仪上观察连接到P1端口的8个LED是否循环依次熄灭，如果发现某个LED常亮或常灭，则意味着P1端口的对应位损坏。

iv.测试完成后退出调试，然后关闭这个用于测试的Keil窗口。

在本次实验中如果发现P1.0损坏，可用P1其它完好的位替代完成实验（此时，实验程序及其他相关操作都应做出调整）。

③在实验程序的Keil窗口中设置工程选项如下（操作方法参见步骤3）：Debug页夹：选择右侧Use：及Keil Monitor-51 Driver（下拉选项框的项）点击右侧的Settings按钮，在对话窗口中选择Serial Interrupt选中右侧Load Application at Start和Go till main( )④在Keil中进入调试。

检查在软件延时开始的指令或语句处是否有断点，若没有则设置（操作方法参见步骤5）。

⑤多次使用连续运行命令控制程序的执行（操作方法参见步骤5）。

当程序运行到断点时，观察实验仪上LED1的燃亮情况，用万用表测量P1.0引脚支路电路的相关信息并记录到表2.3中。

测量中万用表的使用方法：i.万用表使用时应平稳放在实验台上，既要便于观察又不能防碍实验操作。

ii.万用表的黑笔应插在实验仪C1区的GND插孔。

iii.C1区的VCC插孔电压就是所有LED的阳极电压，A2区的P10-P17插孔电压就是P1各引脚电压，D1区LED上方编号为R65-R72的贴片电阻的下端电压就是对应LED的阴极电压（因空间小，测量时须格外小心，防止通过万用表笔短路。

）⑥在Keil中去除断点，继续运行程序，观察实验仪中实验电路的工作情况（LED1闪烁情况及其间隔时间）。

⑦在Keil中退出调试（操作方法参见步骤5）。

表2.3 测量点数据表四、实验报告要求1、记录实验过程中的操作过程及其结果。