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西南科技大学单片机实验
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2014-05-27
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西南科技大学,单片机实验指导书。这份文档针对于西南科技大学的计算机学院的单片机实验的实验内容的指导。
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单片机实验构成
基础实验
1 keil 集成开发环境练习
2 汇编指令实验
3 端口控制实验
4 定时器实验
5 流水灯实验
6 交通灯实验
7 数码管实验
8 数码管扫描实验
9 键盘扫描实验
10 外部中断与计数器实验
11 端口扩展实验
12 扩展显示实验
13 数字时钟设计(秒表设计)
14 计算器设计
15 D/A 转换实验
16 A/D 转换实验
17 并行通信实验
18 串口通信实验
19 多机通信实验
20 存储器扩展实验
扩展实验
21 C 语言程序实验
22 发声器实验
23 红外探测实验
24 红外数据通信实验
25 无线通信协议的构建
26 步进电机驱动实验
27 直流电机驱动实验
28 LCD 显示实验
29 菜单系统设计
30 PWM 波形调制
31 频率测量
32 简易数字万用表设计
33 点阵汉字显示设计
34 Pc 键盘实验
35 Pc 鼠标实验
36 无线键盘设计
第一章 CS-I型单片机实验开发设备硬件结构简介
CS-I 型单片机实验开发设备是由计算机学院独立设计开发,用于《单片机
原理及应用》课程的实验教学。这套设备的设计和开发采用模块化组合设计,可
以结合不同类型的单片机模块进行实验开发。针对课程的教学采用了 ATMEL 公
司的 AT89S52 单片机芯片,同时配合 keil 集成开发环境,支持汇编语言和 C 语
言的程序设计。本实验教程专门针对 51 模块。
一 功能特点
* 使用 CPU 主模块与实验板分离设计的方式,同时可以兼容不同类型的单片
机模块,并可根据用户需要独立设计模块。
* 采用 ISP 通信技术,支持在线编程,方便用户开发。
* 采用开关电源设计,安全可靠(板上最高电压不超过 18v),驱动电流最高
可达 5V/3A,过载自动保护,方便用户其他设备的引入
* 所有 IO 端口全部引出,方便与外部端口连接搭配。
* 实验板上的功能器件可直接采用跳线器直接连接,减少过多的飞线连接。
* 2 个端口模拟显示,可直接模拟端口高低电平状态,方便用户观察。
* 8 个状态开关,可模拟 256 种开关状态,利用一个端口直接读取。
* 交通灯模拟显示。
* 6 个数码管显示,方便开发秒表,时钟,计算器,以及显示特殊提示信息等。
* 一个 4*4 矩阵键盘,配合状态模拟 LED,可作键盘全扫描和逐行扫描,一个
shift 键,方便键盘功能开发
* 独立脉冲产生模块,可产生脉冲及方波,配合中断和计数器使用。
* 普通键盘接口和鼠标接口,方便用户开发通信协议。
* 采用串转并的方式进行端口扩展,同时配合汉字点阵模块显示,可作汉字显
示和字库开发。
* 扩展显示模块。
* 具有发声器,配合定时器方便用户开发电子音乐盒。
* 具备 8k 字节程序/数据存储器扩展。
* 具有 RS232 转换电路,完成 UART 通信实验,可与上位机进行通信设计。
* 8 通道 8 位 A/D 转换模块,可外接信号源,方便数据采集。
* 8 位 D/A 转换实验,两路模拟量输出。
* 具有液晶显示模块接口,方便用户开发液晶显示以及菜单系统的设计。
* 红外模块,数据传输载波可调,用户作红外产品开发以及无线通信协议开发。
* 电机驱动模块,采用 4 相步进电机,可实现整步,半步驱动,同时配有直流
电机,可直接利用 PWM 进行直流电机的调速。
二 开发板硬件原理
2.1 实验开发板功能框图
2
2.2 实验板原理说明
1 端口模拟
基本功能:模拟端口状态以及端口操作。利用发光二极管的亮灭来反映端口的高
低电平,以反映对端口的操作,可以编辑出各种不同的发光二极管亮灭状态,如
流水灯,指示灯,霓虹灯显示。
2 状态开关
基本功能:利用控制器读取外部开关量状态,以接受外部控制命令。开关一边连
接到地,端口则由上拉电阻拉高,在开关闭合后,返回低电平,开关断开后,返
回高电平
3 交通灯
基本功能:控制主干道次干道红黄绿交通灯显示,同时利用拨动开关模拟特种车
辆通行,红黄绿交通灯显示原理类似于端口模拟的发光二极管,模拟特种车辆的
拨动开关类似于状态开关操作。
4 数码显示
基本功能:显示 0-----f 的十六进制数据,通过扫描同时显示 6 位 16 进制数据,6
个数码管的数据线复用同一个 8 位的数据线,P10------P15 分别选择 6 个数码管,
低电平选中,通过循环扫描,使数码管显示数据。为保证显示不出现闪烁,扫描
频率应大于 50HZ,过高的扫描频率会更过的浪费 CPU 资源,一般扫描频率不大
于 80HZ,数码管的 8 位数据对应数码管上的 8 个显示点。16 进制数据对应的显
示段码为,
数据 段码 数据 段码
0 0X3F 8 0X7F
3
1 0X06 9 0X6F
2 0X5B A 0X77
3 0X4F B 0X7C
4 0X66 C 0X39
5 0X6D D 0X5E
6 0X7D E 0X79
7 0X07 F 0X71
5 键盘模块
本电路板键盘采用 4*4 矩阵键盘方式,表示 0-----f,也可以由用户自己定义按键
功能,带一个 shift 键,shift 直接连接到 P37,低电平表示按下,设计可以采用
逐行扫描方式,也可以采用全扫描方式,行列和 shift 均带扫描状态灯,方便用
户扫描调试。该键盘模块采用低电平扫描,正常的键盘扫描频率一般为 24Hz,
6 端口扩展
基本功能:可将端口的 3 位扩展为 N*8 位。由于单片机端口资源有限,实际应
用中往往需要进行端口扩展,本端口扩展方式采用移位方式进行扩展。本模块可
采用 SPI 对数据进行输出,然后由扩展模块将数据重新组合为字节且为并行输
出,模块与模块之间通过级联的方式以实现大规模扩展端口的应用,
7 存储扩展:
本存储扩展采用一片 8K EEROM,即为可写可读存储器,支持掉电保存,可作
为程序存储器,也可作为数据存储器。只需合理选择控制信号即可完成数据存储
器和程序存储器的选择。做数据存储器时,EEROM 的输出控制端连接单片机的
P3.6,做程序存储器时通过单片机的 PSEN 端选择。汇编程序操作方式可以通过
MOVX 指令来完成。应用 C 语言时,程序中对外部存储器数据的读写可以通过
定义外部变量来实现,C 语言的操作方式为: xdata char data,定义一个名为 data
的变量,并保存在外部存储区。
8 A/D 转换模块:
基本功能:将模拟量转换为 8 位数字信号,8 通道,模拟量可采集外部来源,可
直接利用板载旋钮开关控制(板上自带 0----3 通道模拟量调节)。
9 D/A 转换
基本功能:将控制器输出的 8 位数据转换为模拟量,两路模拟量输出,带一路跟
踪输出(模拟量的大小取决于参考电平和采样电阻)。
10 发声器
本实验设备采用单音驱动蜂鸣器发声,可通过控制器产生一定频率驱动以产生单
音音乐。该模块由低电平驱动。
11 脉冲中断发生器/计算器
该脉冲发生器采用一对红外线对管构成,可以将输出端连接到 INT1,INT0 以产
生中断(无尖峰脉冲现象),也可以连接到 T0,T1 端以记录外部脉冲数据。
12 串口通信
基本功能:实现实验板之间以及实验板与 PC 之间的通信。与 PC 之间的通信采
用标准 RS232 方式实现,数据传输波特率可以采用 9600 或 19200。单片机的波
特率由定时器 2 构成。
13 红外通信
红外通信采用 38K 载波传输方式(可以通过调节可调电阻以设置为其他频率载
波传输方式),红外模块由发送部分和接受部分组成,可以实现自发自收受(前
4
面需加一块反射物体),也可实现实验板之间的通信,通信距离一般为 5M(可
通过调节功率实现改变传输距离)。该红外模块可以实现对障碍物体的判断,基
本原理是:发生部分发送红外载波,如果前面没有障碍物,接受部分不能收到载
波,如果前面有障碍物体,载波将返回被接受模块接受,于是通过接受模块判断
是否收到载波就可以判断前面是否有障碍物。如果在载波上载有数据,则该模块
可以进行数据传输。以上红外数据输出采用串口方式实现。
14 电机驱动、
电机驱动部分采用光电隔离,可驱动步进电机和直流电机(配合 DA 模块可实现
精密步进电机控制)。直流电机速度调节可通过调制 PWM 波实现,步进电机速
度调节可通过驱动频率来改变。
15 LCD 模块
LCD 驱动方式可利用其内部控制命令完成对 LCD 数据的操作,利用单片机端口
控制读写和发送控制命令。
16 扩展显示模块
采用端口扩展方式实现 8 个数码管的显示和 8 个按键状态的读取。
三 实验板布局图
四 实验开发板的使用
用户可以根据具体实验利用实验板上的功能模块进行实验的设计与开发。对
于具体实验,可以利用跳线器或飞线连接相应的数据线路或控制线路,以选择相
应的功能模块。
5
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