C51单片机实验指导书

单片机原理与接口技术实验讲义

目录

第一章开发环境安装使用说明 (3)

第二章基于51单片机系统资源实验 (12)

实验1 IO开关量输入实验 (12)

实验2 IO输出驱动继电器（或光电隔离器）实验 (13)

实验3 IO输入/输出---半导体温度传感器DS18B20实验 (14)

实验4 外部中断----脉冲计数实验 (15)

实验5 计数器实验 (16)

实验6 秒时钟发生器实验 (17)

实验7 PC机串口通讯实验 (18)

实验8 RS485通讯实验 (19)

实验9 PWM发生器（模拟）实验 (20)

实验10 蜂鸣器实验 (21)

第一章开发环境安装使用说明

一、KeilC51集成开发环境的安装

1.Keil u Vision2的安装步骤如下

将安装文件拷贝到电脑根目录下，然后双击图标，如图1-1所示：注意：去掉属性里的只读选项。

图1-1 启动安装环境对话框

2.选择Eval Version。然后一直next直至安装完成，如图1-2所示：

二．在Keil uVision2中新建一个工程以及工程配置

1.打开Keil C环境，如图1-3所示。

图1-3打开工程对话框

2.新建工程或打开工程文件：在主菜单上选“Project”项，在下拉列表中选择“New Project”新建工程，浏览保存工程文件为扩展名为“.Uv2”的文件。或在下拉列表中选择“Open project”打开已有的工程文件。如

图1-4所示：

图1-4 新建工程

3.环境设置：新建工程文件后，在工具栏中选择如下图选项设置调试参数及运行环境，或从主菜单“Project”项中

选择“Options for Target ‘Target1’”，打开如下图1-5设置窗口。

图1-5选择目标器件

在“Device”项下选择要仿真的芯片类型，如：Atmel —>AT89S51。

在“Target”项下的晶振设置中修改为硬件电路所用晶振频率，如：6MHz。

在“Output”项下如在Creat HEX File 选项前打钩，则在编译的同时生成可下载执行的HEX文件，用仿真芯片仿真时可以不进行此项设置。

在“Debug”项下选择使用硬件仿真。如图1-6所示：

图1-6 Debug 窗口设置

点击“Settings”按钮，进入串口选择及波特率设置窗口，如图1-7所示。

图1-7 端口设置

选择合适的波特率和串口号。项不可选，把前面的勾打掉，点OK保存设置。

在“Option for Target ‘Target1’”窗口中，点确定，退出环境设置。

4.新建文件：在主菜单的“File”下拉列表中选“New.....”新建文件。编辑文件并保存文件。文件保存为扩展名为“.c”或“.asm”的文件，如图1-8所示。

图1-8新建main.c或.asm文件

5.添加文件：在左边的“Project Window”窗口中，用右键选取“Source Group1”，在弹出的列表中选择“Add Files to Group ‘Source Group1’”，弹出浏览窗口，如图1-9所示：

图1-9 添加main.c或.asm文件

浏览添加编辑好的C或ASM文件。添加完毕点“close”，关闭窗口。

这时发现添加的文件名已经出现在“Project Window”窗口中。双击刚添加的C或ASM文件。打开编辑文件窗口如图1-10所示：

图1-10 工程窗口

三．工程的编译、调试

1.译链接：在“Build Bar”工具条中，选第二项编译当前文件，第三项为编译全部。编译完成、在下方“Out put”窗口中出现编译结果，如图1-11所示：

图1-11编译窗口

2.仿真调试：点击调试按钮，或从主菜单选取调试“Start/Stop Debug Session” (快捷键CTRL+F5),程序下载到仿真芯片

中。窗口下方显示下载进度条。100%下载完成后出现如图1-12所示。

图1-12下载窗口

3.序仿真：运行“Debug Bar”调试工具条，进行单步、进入、跳出、运行到光标、全速运行等。

第二章基于51单片机系统资源实验

实验1 IO开关量输入实验

目的：学习单片机读取IO引脚状态的的方法。

内容：编程读取IO引脚状态。

设备：EL-EMCU-I试验箱、EXP-89S51/52/53 CPU板。

编程：首先要把相关的引脚设置在IO的输入状态，然后写一个循环，不停地检测引脚的状态。

步骤：

1、将CPU板正确安放在CPU接口插座上，跳线帽JP2短接在上侧。

2、连线：用导线将试验箱上的的IO1--- IO8分别连接到SWITCH的8个拨码开关的K1---K8的输出端子K1---K8上，连接好仿真器。

3、实验箱上电，在PC机上打开Keil C环境，打开实验程序文件夹IO_INPUT下的工程文件IO_INPUT.Uv2编译程序，上电，在程序注释处设置断点，进入调试状态，打开窗口Peripherals-->IO-Port-->P0,改变开关状态，

运行程序到断点处，观察窗口的数值与开关的对应关系。

实验2 IO输出驱动继电器（或光电隔离器）实验

目的：学习IO输出控制方法。

内容：通过单片机的IO引脚驱动继电器（或光电隔离器）动作。

设备：EL-EMCU-I试验箱、EXP-89S51/52/53 CPU板。

编程：首先要把相关的引脚设置在IO的输出状态，然后写一个循环，依次输出高低电平。

步骤：

1、将CPU板正确安放在CPU接口插座上，跳线帽JP2短接在上侧。

2、连线：用导线将MCU的IO1、IO2分别连接到RELAY的输入R_IN和PHOTO的输入P_IN上，R_OUT和P_OUT分别连接到发光二极管LAMP的输入孔L1和L2上。连接好仿真器。

3、实验箱上电，在PC机上打开Keil C环境，打开实验程序文件夹IO_OUTPUT下的工程文件IO_OUTPUT.Uv2编译程序，上电，进入调试状态，打开窗口Peripherals-->IO-Port-->P0，单步运行程序，观察窗口的数值变化。

4、全速运行程序，观察继电器的发光二极管的亮灭变化，同时确定继电器动作（或光电隔离器导通）与IO输出电平的关系。

实验3 IO输入/输出---半导体温度传感器DS18B20实验

目的：学习IO引脚编程实现交替输入、输出的方法。

内容：通过单片机的IO引脚与半导体温度传感器实现单线通讯。

设备：EL-EMCU-I试验箱、EXP-89S51/52/53 CPU板。

编程：根据18B20的资料（见备注），将IO引脚设置在输出状态，分别模拟出不同的命令时序，例如复位、读寄存器等；再改变IO引脚的为输入状态，接收传感器输出的数据。

步骤：

1、将CPU板正确安放在CPU接口插座上，跳线帽JP2短接在上侧。

2、连线：用导线将MCU的IO1连接到TEMP SENSOR DS18B20的DQ。

3、实验箱上电，在PC机上打开Keil C环境，打开实验程序文件夹IO_INOUTPUT下的工程文件IO_INOUTPUT.Uv2编译程序，上电，进入调试状态，按照程序注释说明设置断点，全速运行程序到断点处，观察寄存器R7中的数据，用手摸住传感器DS18B20芯片，再运行到断点处，比较R7的变化。

4、备注：DSl8B20数字温度计提供9位(二进制)温度读数指示，器件的温度信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出，因此从主机CPU到DSl8B20仅需一条线(和地线)，DSl8B20的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。因为每一个DSl8B20在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。DSl8B20的测量范围从-55到+125增量值为0.5可在l s(典型值)内把温度变换成数字。

实验4 外部中断----脉冲计数实验

目的：学习单片机的外部中断使用方法。

内容：对外部中断计数显示。

设备：EL-EMCU-I试验箱、EXP-89S51/52/53 CPU板。

编程：首先第一步设置单片机的IO为输入状态，第二步设置引脚的中断触发方式，一般设置为边沿触发，第三步，设置外部中断的优先级，第四步，编写中断服务程序，包括中断入口跳转等，第五步，设置中断使能，允许外部引脚触发中断。第六步，设置死循环，主程序结束，交给中断服务程序完成计数。

步骤：

1、将CPU板正确安放在CPU接口插座上，跳线帽JP2短接在上侧。

2、连线：用导线将MCU的INT0连接到单脉冲输出孔P-，连接好仿真器。

3、实验箱上电，在PC机上打开Keil C环境，打开实验程序文件夹EXT_INT1下的工程文件EXT_INT1.Uv2，编译程序，上电，进入调试状态，按照程序注释说明设置断点，全速运行程序，每按下一次单脉冲开关Paulse，程序运行到断点处一次，观察寄存器R1的变化。

实验5 计数器实验

目的：学习单片机的定时/计数器的计数功能使用方法。

内容：对外部单脉冲信号进行计数，计数10个后产生计数中断。

设备：EL-EMCU-I试验箱、EXP-89S51/52/53 CPU板。

编程：使用定时/计数器的计数功能，将外部时钟信号加在计数器的计数时钟输入引脚上，当计数10次后，计数器溢出，触发标志位，编程控制分频输出引脚电平翻转，产生分频后的时钟信号。

步骤：

1、将CPU板正确安放在CPU接口插座上，跳线帽JP2短接在上侧。

2、连线：用导线将MCU的IO1和T0分别连接到发光二极管L1的输入L1上和单脉冲输出孔P-，连接好仿真器。

3、实验箱上电，在PC机上打开Keil C环境，打开实验程序文件夹COUNTER下的工程文件COUNTER.Uv2，编译程序，上电，进入调试状态，单步运行程序观察每条语句执行后相关寄存器的变化。

4、上电全速运行程序，按下5次单脉冲按键后发光二极管点亮，再按5次后发光二极管熄灭，如此重复。

实验6 秒时钟发生器实验

目的：学习单片机的定时/计数器的定时功能使用方法。

内容：产生频率为0.5Hz的时钟输出。

设备：EL-EMCU-I试验箱、EXP-89S51/52/53 CPU板。

编程：使用定时/计数器的定时功能，时钟源采用系统时钟，根据时钟源的频率配置初值寄存器，使能定时器中断，在中断服务程序中翻转一个IO引脚输出，产生0.5Hz的时钟输出。

步骤：

1、将CPU板正确安放在CPU接口插座上，跳线帽JP2短接在上侧。

2、连线：用导线将MCU的IO1连接到发光二极管L1的输入L1上，连接好仿真器。

3、实验箱上电，在PC机上打开Keil C环境，打开实验程序文件夹TIMER_SECOND下的工程文件TIMER_SECOND.Uv2，编译程序，上电，进入调试状态，单步运行程序观察每条语句执行后相关寄存器的变化。

4、全速运行程序，观察发光二极管的亮灭情况。

5、备注：现在的单片机系统时钟较高，难于产生1秒的定时中断，所以，可以设置定时时间为50毫秒，在中断服务程序中设置程序计数，当累加到1秒后，控制输出IO引脚电平翻转，驱动发光二极管。

实验7 PC机串口通讯实验

目的：学习单片机串口的使用方法。

内容：与PC机实现通讯。

设备：EL-EMCU-I试验箱、EXP-89S51/52/53 CPU板。

编程：第一步，配置串口工作在8位，波特率可变异步通讯工作方式，波特率由定时器1确定，同时使能其中断并清除其中断标志位；第二步，配置定时器1，工作在8位自动重装入模式，根据波特率计算其初值。第三步，编写串口中断服务程序，只处理接收中断，对发送中断只清除标志，不做其他处理。第四步，设置死循环，交由中断服务程序处理。

步骤：

1、将CPU板正确安放在CPU接口插座上，跳线帽JP2短接在上侧。

2、连线：用附带的直连串口线连接试验箱的DB9和计算机的串口，接好仿真器。

3、实验箱上电，在PC机上打开Keil C环境，打开实验程序文件夹RS232下的工程文件RS232.Uv2，编译程序，上电，进入调试状态，单步运行程序观察每条语句执行后相关寄存器的变化,全速运行程序，拔掉开发板上的串口线，强制关闭RS232工程，然后将串口线连接到实验箱上的的串口上。

4、实验箱上MCU部分的TXD、RXD连接到RS232的TXD和RXD上，并将开发板上的跳线帽JP2短接在下侧。

4、打开PC机的超级终端，设置波特率9600、数据位8、无流控、无校验等信息，PC机全速运行实验程序，在超级终端里输入可显示字符，观察超级终端的显示，断开连接的串口线，再输入字符，观察显示有什么不同。

5、备注：在串口中断服务程序中，要清除中断标志位。在发送数据前，要检测发送状态位在发送结束状态。

实验8 RS485通讯实验

目的：学习单片机串口的使用方法以及RS485通讯。

内容：使用Max485芯片进行电平转换，实现差分方式通讯。

设备：EL-EMCU-I试验箱、EXP-89S51/52/53 CPU板。AT89S51/52/53芯片两个（需2套）步骤：

1、将两个实验箱的CPU板正确安放在CPU接口插座上，跳线帽JP2端都跳在下侧。

2、连线：

发送设备：

（1）用导线将MCU的TXD、RXD、IO1、INT0分别连接到RS485的TXD、RXD、E485和单脉冲输出P-孔。

（3）用两根导线顺序连接两个实验箱的UR1差分接口（上、下分别对接）。

接收设备：

（1）用导线将MCU的TXD、RXD分别连接到RS485的TXD、RXD；

（2）用导线将MCU的SDA连接到RS485的E485；

（3）用导线将MCU的IO1-IO8分别连到LAMP的L1-L8；

（4）用两根导线顺序连接两个实验箱的UR1差分接口（A、B分别对接）。

3、分别连接好仿真器，试验箱上电，在PC机上打开Keil C环境，打开试验程序文件夹RS485下的RS485_TX里的工程，编译程序，将程序下载到“发送设备”的CPU板中。再打开RS485下的RS485_RX里的工程，编译程序，将程序下载到“接收设备”的CPU板中。

4、同时给两个实验箱上电。按下发送设备上的单脉冲按键。观察“接收设备”实验箱上的

LED灯变化。再结合程序分析为什么。

5、备注：在该RS485的通讯中，关键是设置RS485的E485端的状态，从而决定是接收回来数据还是发送出去数据。

实验9 PWM发生器（模拟）实验

目的：学习利用定时器和IO产生PWM的方法。

内容：产生占空比变化的PWM波形输出。

设备：EL-EMCU-I试验箱、EXP-89S51/52/53 CPU板，示波器。

编程：使用定时/计数器的定时功能，分别产生PWM的高电平和低电平。第一步，首先选择使用单片机的定时/计数器0的定时功能，确定工作方式。第二步，根据PWM频率要求确定初值。第三步，使能定时器的中断。第四步，编写定时器中断服务程序，确定PWM波形高低电平的保持时间，控制IO引脚输出翻转电平。做一个死循环，一切交给中断处理。

步骤：

1、将CPU板正确安放在CPU接口插座上，跳线帽JP2短接在上侧。

2、连线：连接好仿真器。

3、实验箱上电，在PC机上打开Keil C环境，打开实验程序文件夹PWM_IO下的工程文件PWM_IO.Uv2，编译程序，上电，进入调试状态，单步运行程序观察每条语句执行后相关寄存器的变化。

4、全速运行程序，用示波器的单片机的IO1的波形。

5、备注：定时器产生中断的定时时间是PWM波形占空比调整的最小单位，即分辨率，在

定时器中断服务程序中对中断计数，控制IO电平的翻转。

实验10 蜂鸣器实验

目的：学习AT89S51的定时器定时功能使用方法。

内容：用定时器产生PWM方波驱动蜂鸣器鸣叫。

设备：EL-EMCU-I试验箱、EXP-89S51/52/53 CPU板。

步骤：

1、将CPU板正确安放在CPU接口插座上，跳线帽JP2短接在上侧。

2、用导线将MCU的IO1连接到BUZZER的BUZZER孔，连接好仿真器。

3、试验箱上电，在PC机上打开Keil C环境，打开试验程序文件夹BUZZER下的工程文件BUZZER.Uv2，编译程序，上电，进入调试状态，单步运行程序观察每条语句执行后相关寄存器的变化。

4、全速运行程序，观察蜂鸣器的鸣叫情况，同时伴随继电器动作。