单片机原理与应用实验报告

《单片机原理与应用》

实验指导书

卢钢张翼

华中科技大学文华学院

信息学部

2013.6

前沿

本实验指导书是华中科技大学文华学院“《单片机原理与应用》教学改革”教研项目（项目编号：J09007403F7）的组成部分。其基本指导思想是：实验全过程，即为单片机应用系统开发的全过程；就是依据任务要求（实验设计题目或用户需求），首先设计出合理的硬件系统，然后以此为基础进行相应软件程序设计，测试、分析结果，再修改、再测试，直至正确实现设计任务的要求。

硬件电路设计是单片机（嵌入式）应用系统设计的基础，以往传统的实验往往忽略了这个环节，结果造成同学们实验完了，还不清楚是怎么回事。加强硬件电路设计这个环节，是本实验指导书特点之一。

基于上述思想，第一，本单片机实验开发仪由单片机最小系统和十多个独立功

能模块（或器件）构成，它们的信号线通过接线排座引出，为灵活设计不同的单片机应用系统提供了平台。同样的设计题目，可以设计出不同的硬件电路和不同的软件程序。第二，要求同学完成实验的同时完成实验报告。实验报告包含：设计题目，硬件电路设计（含电路图和简要原理说明），软件程程设计（含序流程图、原代码和注释），实验结果分析（实验过程中出现问题、原因及解决方案）。以此，进一步增强同学对单片机应用系统设计全过程的理解和掌握，同时训练同学撰写报告的能力。第三，在每个实验中，给出了不同的设计题目，每个题目给出了不同的硬件电路和软件编程参考设计，其目的，使同学了解同样的设计题目，有不同的解决方案。第四，每个实验中都给出了思考题，以此使同学们进一步理解单片机系统硬件与软件之间的关系和进一步掌握单片机工作原理。

建议同学们千万不要抱着毕业之后到公司去学习的态度，因为企业主要目的是盈利，而培训要花费相当长的时间和精力，因此对于企业来说，更青睐那些知识结构健全、应用经验丰富、创新能力强的人。这正好印证了我们常说的一句话：机会总是留给那些有准备的人！抓紧准备，从知识结构、专业技能等方面塑造自己、发展自己，提高实际应用能力，以增加自己在就业时的筹码。

我们希望本实验指导书能为同学们学好《单片机原理与应用》课程和掌握单片机应用系统设计提供有益帮助。由于编写时间较仓促，加上作者的水平有限，讲义中难免有遗漏和不足之处，恳请广大教师、同学提出宝贵意见，批评和指正，以便作者做进一步改进，更好满足同学们学习单片机的需要。

编者

2013.6

实验要求

1、实验前必须阅读教科书的有关部分和本实验指导书，了解实验目的、内容、步骤，做好实验前的准备工作，否则不得上机操作。

2、按照实验指导书说明正确连线，严禁带电接线和接插元器件。通电前须经过指导教师检查认可后方能通电。

3、在弄清楚实验原理与过程前，不准随意拨弄各种与实验无关的旋钮和开关，凡与本次实验无关的任何设备都禁止动用和摸弄，注意安全。

4、在弄清楚实验原理与过程前，严禁用手触摸实验系统印制电路板和元器件的引脚，防止静电击穿芯片。

5、实验中若损坏仪器或元器件，应及时向指导教师报告。

6、在实验室内保持安静和卫生，不得随意走动和喧哗，认真完成实验。

7、实验完成后，关掉电源，及时整理实验台桌面，保持环境整洁。

8、按规定认真完成实验报告，在规定的时间内缴上实验报告。

9、凡实验或实验报告未能按规定完成的学生，不能参加本课程的考试或考察。

实验一单片机实验开发仪硬件学习 (1)

实验二单片机开发环境搭建 (5)

实验三单片机控制LED灯实验 (15)

实验四数码管实验 (20)

实验五按键实验 (27)

实验六中断实验 (35)

实验七定时器实验 (41)

实验八串口通信实验 (48)

附录一实验报告模板 (56)

附录二单片机实验开发仪电路图 (58)

实验一单片机实验开发仪硬件学习

一、实验目的

熟悉单片机开发仪硬件电路原理图、PCB板元器件布局以及跳线帽和接线插座的作用。

二、51单片机实验开发仪硬件电路简介

51单片机实验开发仪硬件电路原理图详见附件。原理图按功能模块给出，每个模块分别给出了相应器件和外接连线定义符号，它可作为设计应用系统中的一个独立器件或功能模块使用。该实验开发仪由51单片机最小系统、电源模块、矩阵键盘模块、独立键盘模块、8位LED数码管显示模块（动态数码管）、1位LED数码显示管（静态数码管）、10位LED灯模块(交通灯）等多个模块构成。

我们在设计单片机应用系统硬件电路时，需依照设计要求，由单片机最小系统和某些功能模块（或器件）组成。

这里只介绍单片机最小系统模块。其他模块在具体实验或应用设计时，再进行学习。

51单片机最小系统原理图如图1-1所示。单片机的4个I/O口，P0口、P1口、P2口、P3口分别接至JP10、JP8、JP11和JP9接线排座，通过接线排座与有关器件连接，实现I/O对不同模块的操作控制以及系统扩展，从而实现不同的应用系统。（注意：其中某些I/O引脚已固定作为某种信号，直接或通过短路帽连接到固定器件。例如，P2.0、P2.1作为EEPROM器件的SDA和SCL信号直接接到该器件的第5、第6脚；P3.4作为实时时钟芯片DS1302的DSIO信号，通过短路帽JP1302连接到DS1302的第6脚（SDIO)。

单片机的复位电路模块如图1-2所示，利用短路帽经J9，可方便实现高电平脉冲复位或低电平脉冲复位，这点以选用单片机型号确定。51单片机为高电平脉冲复位，其复位引脚RST(引脚9）应通过短路帽使J9的2、1短接。

图1-1 51单片机最小系统（MCU)原理图

图1-2 单片机复位电路

二、51单片机实验开发仪元器件布局

单片机实验开发仪元器件布局如图1-3和1-4所示。

图1-3 单片机实验开发仪元器件布局图（1）

图1-4 单片机实验开发仪元器件布局图（2）

三、实验开发仪使用IC芯片

1、U0：DS1302，实时时钟（RTC)芯片；

2、U1：24C16，串行I2C EEPROM芯片；

3、U2：MAX232，串口通信TTL-RS232电平转换芯片；

4、U3：CH340T,USB转串口TTL芯片；

5、U4、U5：74HC595，串入并出移位寄存器芯片（输出锁存器）；

6、U7：PCF8591，I2C 总线A/D、D/A芯片；

7、U8：74LS165，并入串口移位寄存器芯片（输入锁存器）；

8、U9：MAX485，串行通信口TTL-RS485电平转换芯片；

9、U10：NE555，时基电路（定时器）芯片，用它可设计成几十种应用电路；

10、U12：74LS138，3-8译码器芯片；

11、U13：74537，8位锁存器芯片；

12、U15: NLN2003，达林顿驱动芯片（输出电流可达1A，可驱动步进电机）；

13、U18：UDN2916，双全桥PWM马达驱动器芯片；

14、STC90C516: STC90系列C51单片机;

15、DS18b20: 单线数字温度传感器；

16、IR: 红外线接收头

实验二单片机开发环境搭建

软件的开发离不开开发环境，开发环境是指在基本硬件和数字软件的基础上，为支持系统软件和应用软件的工程化开发和维护而使用的一组软件，通常包括文本编辑环境、语言编辑器、对应的函数库和帮助文件等。

目前MSC-51单片机开发中使用最为广泛的是美国Keil uvision公司的Keil uVsion 集成开发环境。该环境能运行在Windows操作系统上，集成了KeilC51编译器、 uvision IDE 集项目管理、编译工具、代码编写工具、代码调试以及完全仿真于一体，提供了一个简单易用的开发平台。

一、实验目的

1、进一步熟悉51单片机实验开发仪。

2、Keil C51软件使用。

二、设计题目

1、点亮8只LED灯的第7个LED灯（用P2口）

2、点亮8只LED灯的第1个LED灯（用P0口）

三、实验步骤（keil 51使用）

Keil uVsion自带项目管理器，所以用户不需要在项目管理上花费过多的精力，只需要按照以下步骤操作即可建立一个属于自己的项目。

（1）、启动uVsion，建立工程文件并且选择器件。

（2）、建立源文件、头文件等相应的文件。

（3）、将工程需要的源文件、头文件、库文件等添加到工程中。

（4）、修改启动代码并且设置工程相关选项。

（5）、编译并且生成Hex或者Lib文件。

1、建立工程项目

（1）、开机，运行Keil uVision4，其运行界面如图2-1所示。

图2-1 Keil运行界面

（2）、点击“Project→New Project…”菜单，弹出“Creat New Project”对话框，如图2-2所示。

图2-2 创建新工程

（3）、选择工程文件要存放的路径，输入工程文件名，最后单击保存，如图2-3所示。

在“保存在”下拉框中选择工程文件要存放的路径，在“文件名”文本框处用键盘敲入你要给这个工程起的工程名（如“test1”），用鼠标左键单击“保存”按键。

图2-3 输入工程名

（4）、选择MCS-51单片机的型号，如图2-4、图2-5所示。

在弹出的“Select a CUP Data Base File”对话框中选择“STC MCU Database”,单击“OK”按键。

图2-4 选择CPU数据库文件

然后在弹出的“Select Device for Target ‘Target’”对话框中选择单片机的型号。我们单片机实验开发板上CPU的型号是“STC90C516RD+”，因此我们在对话框中选择“STC90C52RC”。

图2-4 选择单片机型号

选择单片机型号之后，出现对话框询问是否自动加入MCS-51单片机的启动文件，点“是”，该文件用于初始化单片机内部存储器等，添加完成之后在项目管理窗口中可以看到startup.A51文件已经被加入。

到此为止，我们还没有建好一个完整的工程，虽然工程名有了，但工程当中还没有任何文件及代码，接下来我们添加文件及代码。

2、建立和包含文件

在工程文件中创建新的源文件并且包含相应的文件，其步骤如下：

（1）、鼠标左键单击“File”→“New”菜单项，或单击界面上的快捷图标，如图图2-6所示。

图2-6 新建源文件

（2）、保存新建的文件，单击SAVE或者用鼠标左键单击菜单“File”→ “Save As...”，如图2-7所示。

图2-7 保存新建源文件

（3）、在弹出的“Save As”对话框中输入你给这个文件起的文件名。

注意：后缀名必须为.C

单击“保存”，如图2-8所示。

图2-8 保存新建源文件

（4）、将源文件添加到工程中。

回到编辑界面，在左边资源管理器中用鼠标左键单击“Target 1”前面的“+”号，然后在“Source Group 1”选项上单击右键，然后选择“And Files to Source Group 1”菜单项，如图2-9所示。

图2-9 将源文件添加到工程中

（5）、选择要加入的文件，单击Add，然后单击Close，如图2-10所示。

文件类型选择“C Source file（*.c）”。

图2-10 选择要加入的文件

3、代码编写

完成前面的添加步骤之后用户就可以开始代码的编写，如图2-11所示。

图2-11代码编写

4、项目配置

项目配置是指对项目的实际情况设置参数，使得编译能按当前项目的实际情况对代码进行编译操作。

单击菜单“Project”中的“Option for Target“Target 1”选项或菜单栏上的快捷图标，如图2-12所示。

图2-12 选择目标

其中有很多选项，我们只需将：

（1）、Xtal（MHz）- 改为单片机实验开发板上的晶振的频率-12MHz，如图2-13所示。

图2-13 配置晶振