标题: 单片机+74LS138译码器+跑马灯+8255A+8253方波实验详解 [打印本页]
作者: 滴滴321 时间: 2019-4-14 21:16
标题: 单片机+74LS138译码器+跑马灯+8255A+8253方波实验详解
目录
一、构建单片机最小系统版和实验环境熟悉
1.1实验要求
1.2实验过程
1,21．单片机最小系统实验
1.22编译环境的熟悉
二、跑马灯实验及74LS138译码
2.1.实验要求
2.2.实验过程
2.21单片机直接实现跑马灯
2.22通过74LS138译码器实现跑马灯
三、8255A控制交通灯实验
3.1实验要求
3.2实验过程
四、8253方波实验
4.1实验要求
4.2实验过程
五、继电器控制实验
5.1实验要求
单片机设计总结：
附录：
摘要：
单片机应用技术为一门理论与实践相结合的课，本课安排的实验旨在培养学生软硬件开发能力，用编程语言及硬件设备实现串、并行通讯、计数/定时、A/D、D/A等硬件接口的功能，进一步加深对常用硬件芯片的了解和应用，以及学习用单片机解决实际问题。实验要求学生利用编程语言及硬件设备实现单片机的方案设计、程序编写、硬件连接、调试，从中体会具体硬件接口的应用技巧，进一步理解硬件接口芯片，逐步掌握单片机系统的开发和应用方法。
使用Protues能使我们在没有用实物连接的情况下允许学生在Windows操作系统下编写、编译、连接、错误定位、调试、观察、修改系统。通过本实验的学习，学生可以熟悉各种类型的接口芯片，汇编语言程序的编写、调试，充分锻炼动手及编程能力。
关键词：编程语言 硬件芯片 单片机系统 接口芯片
一、构建单片机最小系统版和实验环境熟悉
1.1实验要求一、预习要求
1．构建单片机最小系统，熟悉51单片机的结构及编程方法
2．按照程序流程图编写出程序
二、实验目的
1．熟悉星单片机最小系统的组成和工作原理，熟悉Keil C51集成环境软件的使用方法。
2．熟悉MCS51汇编指令，能自己编写简单的程序，控制硬件。
三、实验内容
单片机最小系统实验：
1、熟悉单片机最小系统的组成和工作原理，熟悉Keil C51集成环境软件的安装和使用方法。
2、作出单片机最小系统的组成原理图，分析其各构成单元的工作原理。
存储单元数据传输实验：
1、熟悉MCS51汇编指令。
2、进行存储单元数据传输实验，编写程序。
3、运行程序，验证译码的正确性。
1.2实验过程
1,21．单片机最小系统实验1.单片机最小系统板的组成
时钟电路复位电路，电源电路，这几个部分构成，复位电路是用来使电路的运行状态归零，电源电路是用来提供+5v的电源电压，对单片机进行供电（由于器材等原因本次设计我们用的是开发板供电）。下面的单片机最小系统板，我们晶振选择的是12MHz的，其他的各种元器件来构成单片机的最小系统板。
2、使用Protues绘制单片机最小系统原理图
3、单片机最小系统的工作原理
（1）51单片机最小系统复位电路的极性电容C3的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10-30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。
（2）51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。
（3）51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15-33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。
（4）P0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。
A、设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。
B、设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2 ms。
1.22编译环境的熟悉实验中我们使用keil 4环境编译程序。其窗口界面如下：
思考题
1、在单片机最小系统的构建中，应注意哪些因素。
答：（1）51单片机现在多用AT89S51，不用晶振，晶体加两个电容就可以了。
（2）复位电路中的电容是虑波稳定作用，并联在一个电阻上，一端接地，一端通过开关接高电位就可以了。
（3）晶振：一般选用 12MHz ，因为可以准确地得到 9600 波特率和 19200 波特率。
实验总结
单片机最小系统的构建，让我对单片机的知识有了更深的了解。单片机最小系统的焊接，也锻炼了我的自己动手的能力。在焊接的过程中由于粗心，出了不少的错误，最后还是在同学的帮助下顺利完成了。
二、跑马灯实验及74LS138译码
2.1.实验要求一、预习要求
1．熟悉51单片机的结构及编程方法
2．按照程序流程图编写出程序
二、实验目的
1．熟悉集成环境软件或熟悉Keil C51集成环境软件的使用方法。
2．熟悉MCS51汇编指令，能自己编写简单的程序，控制硬件。
三、实验内容
（一）跑马灯实验：
1、熟悉集成环境软件或熟悉Keil C51集成环境软件的安装和使用方法。
2、照接线图编写程序：使用P1口控制G6区的8个指示灯，循环点亮，瞬间只有一个灯亮。
3、观察实验结果，验证程序是否正确。
（二）74LS138译码器实验：
1、设计74LS138接口电路，编写程序：使用单片机的P1.0、P1.1、P1.2控制74HC138的数据输入端，通过译码产生8选1个选通信号，轮流点亮8个LED指示灯。
2、运行程序，验证译码的正确性。
2.2.实验过程
2.21单片机直接实现跑马灯
跑马灯原理图
仿真图
1、跑马灯对应程序的流程图
2.22通过74LS138译码器实现跑马灯1、74LS138译码器工作原理
（1）、74LS138译码器工作原理
74LS138原理图
从原理图可看出，74138有三个输入端：A0、A1、A2和八个输出端Q0~Q7。当输入端A0、A1、A2的编码为000时，译码器输出为Q0=0，而Q1~Q7=1。即Q0对应于A0、A1、A2为000状态，低电平有效。A0、A1、A2的另外7种组合见后面的真值表。
图中S1、S2、S3为使能控制端，起到控制译码器是否能进行译码的作用。只有S1为高电平，S2、S3均为低电平时，才能进行译码，否则不论输入输入为何值，每个输出端均为1。
（2）、74LS138译码器真值表
2、通过74LS138跑马灯仿真图
3.对应程序流程图
思考题
1、在单片机系统中，74LS138通常用来产生片选信号，应如何处理？
答：取三根底地址线，接到74LS138译码器的输入端，译码产生，8个使能控制信号。
实验心得
第一个实验单片机直接控制跑马灯，比较容易实现，只需要从单片机的p1.0到p1.7接到跑马灯上，利用这些接口控制。138控制流水灯的实验有些麻烦，实验过程中也出现了不少的问题，但到最后都解决了。这次的实验让我对138的功能有了更深的了解与熟悉。
三、8255A控制交通灯实验
3.1实验要求一、预习要求
1．熟悉51单片机的结构及编程方法
2．按照要求画出流程图及程序
二、实验目的
1、了解8255芯片的工作原理，熟悉其初始化编程方法以及输入、输出程序设计技巧。学会使用8255并行接口芯片实现各种控制功能，如本实验（控制交通灯）等。
2、熟悉8255内部结构和与单片机的接口逻辑，熟悉8255芯片的3种工作方式以及控制字格式。
3、尝试自行编写程序，填写实验报告。
三、实验内容
1、设计8255接口电路，编写程序：使用8255的PA0..2、PA5..7控制LED指示灯，实现交通灯功能。
2、连接线路验证8255的功能，熟悉它的使用方法。
3.2实验过程1、8255引脚图
2、8255工作原理
8255共有三种工作方式：
(1)工作方式0：这是 8255A 中各端口的基本输入/输出方式。它只完成简单的并行输入/输出操作，CPU 可从指定端口输入信息，也可向指定端口输出信息，如果三个端口均处于工作方式0，则可由工作方式控制字定义16种工作方式的组合。
(2)工作方式1：被称作选通输入/输出方式。在这种工作方式下，数据输入/输出操作要在选通信号控制下完成。
(3)工作方式2：被称作带选通的双向传送方式。8255A中只允许端口A 处于工作方式2，可用来在两台处理机之间实现双向并行通信。其有关的控制信号由端口 C 提供，并可向 CPU发出中断请求信号。
3、主程序流程图
4、8255A交通灯仿真图
思考题
1.如何对8255的PC口进行位操作？
8255控制字D7=1时，D6~D0为口模式控制，D7＝0时控制字为PC口的位操作模式，如控制字＝00H，PC0复位；控制字＝01H，PC0置位；控制字＝0EH，PC7复位；控制字＝0FH，PC7置位；其中D6~D4没定义，D3~D1从000B~111B分别指定PC0~PC7脚，D0位为相应的电平高低，0为低电平，1为高电平。
实验总结
所有的实验中最难得还是这个家同等的实验。在做交通灯的实验时我们遇到了很大的问题，不管我们怎么连线就是不能点亮灯或者点亮了等也不能实现要求，就是灯一直亮而不闪。即使使用万用表也很难找到问题的所在，最后还是通过退队之间的讨论以及在别的同学的帮助下。
四、8253方波实验4.1实验要求一、预习要求
1．熟悉51单片机的结构及编程方法
2．按照要求画出流程图及程序
二、实验目的
了解8253的内部结构、工作原理；了解8253与单片机的接口逻辑；熟悉8253的控制寄存器和初始化编程方法，熟悉8253的6种工作模式。
三、实验内容
1、设计接口电路，编写程序：使用8253的计数器0和计数器1实现对输入时钟频率的两级分频，得到一个周期为1秒的方波，用此方波控制蜂鸣器，发出报警信号，也可以将输入脚接到逻辑笔上来检验程序是否正确。
2、连接线路，验证8253的功能，熟悉它的使用方法。
4.2实验过程1、8253引脚图
2、8253工作原理
8253中各通道可有6种可供选择的工作方式， 以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能。8253工作方式如下：
(1)工作方式0：称为计数结束中断方式，当任一通道被定义为工作方式0时， OUTi输出为低电平；若门控信号GATE为高电平，当CPU利用输出指令向该通道写入计数值WR#有效时，OUTi仍保持低电平，然后计数器开始减“1”计数， 直到计数值为“0”，此刻OUTi将输出由低电平向高电平跳变，可用它向CPU发出中断请求，OUTi端输出的高电平一直维持到下次再写入计数值为止。
(2)工作方式1：称作可编程单脉冲发生器，进入这种工作方式， CPU装入计数值n后OUTi输出高电平， 不管此时的GATE输入是高电平还是低电平， 都不开始减“1”计数，必须等到GATE由低电平向高电平跳变形成一个上升沿后，计数过程才会开始。
(3)工作方式2：称作速率波发生器，进入这种工作方式， OUTi输出高电平，装入计数值n后如果GATE为高电平，则立即开始计数，OUTi保持为高电平不变； 待计数值减到“1”和“0”之间， OUTi将输出宽度为一个CLKi周期的负脉冲，计数值为“0”时，自动重新装入计数初值n，实现循环计数。
(4)工作方式3：称作方波发生器，任一通道工作在方式3， 只在计数值n为偶数，则可输出重复周期为n、占空比为1：1的方波。进入工作方式3，OUTi输出低电平， 装入计数值后，OUTi立即跳变为高电平。
(5)工作方式4：称作软件触发方式，进入工作方式4，OUTi输出高电平。装入计数值n后， 如果GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，直到计数值减到“0”为止，OUTi输出宽度为一个CLKi周期的负脉冲。
(6)工作方式5：称为硬件触发方式，进入工作方式5， OUTi输出高电平， 硬件触发信号由GATE端引入。开始时GATE应输入为0， 装入计数初值n后，减“1”计数并不工作，一定要等到硬件触发信号由GATE端引入一个正阶跃信号，减“1”计数才会开始，待计数值计到“0”， OUTi将输出负脉冲，其宽度固定为一个CLKi周期，表示定时时间到或计数次数到。
(7)工作方式6：⑴直接读计数器：输出锁存器在非锁存状态会跟随计数器计数的变化而变化，直接读计数器是从锁存器得到计数器的当前值。⑵先锁存再读取：①通过方式选择控制字对指定通道(SC1、SC0)的计数值锁入锁存器(RL1RL0=00)， 锁存器一旦锁存了当前计数值，就不再随计数器变化直到被读取。②读计数器通道（有锁存器）。
3、主程序流程图
4、中断程序流程图
5、8253方波仿真图
思考题
1、8253还有其它五种工作方式，其它工作模式下，硬件如何设计？程序如何编写？
答：(1)计数初值何时起作用：计数初值写入计数初值寄存器（ＣＲ）后，要经过一个ＣＬＫ输入后，计数执行部件（ＣＥ）才开始计数。
(2)门控信号的影响：门控信号是计数允许信号。高电平允许，即GATE=1，允许对CLK计数。上升沿允许这种情况需使用计数器内部的一个边沿触发器。只要当初边沿触发器置1后，计数器才对CLK计数。GATE上升沿使边沿触发器置1，GATE下降沿使边沿触发器自动清0.模式0，2，3，4，高电平允许，模式1、5，上升沿允许。
(3)OUT信号的状态：写入控制字后，OUT的状态。计数过程中，OUT的状态。计数终了，OUT的状态。
(4)技术操作是否可以重复，或称计数初值是否可以自动装入：a.不可重复b自动重复c条件重复。
（5）计数器的工作模式：计数器在CLK的下降沿使计数值减1，计数值减至0时，“计数到”。写入初值0时，代表最大初值65536。模式0：计数结束产生中断。模式1：可重复触发的单稳态触发器。模式2：分频器模式。3：方波发生器模式4：软件触发的选通信号发生器。模式5：硬件触发的选通信号发生器。
实验总结
在该实验中我们要注意对8253的使用，掌握8253的使用方法，明白其工作原理，了解8253芯片的各个引脚。在编写程序时，要注意8253的初始化，注意不要把初始化部分写到循环程序中去了，否则就会在上电后一直对8253进行初始化操作，不能实现功能。还有在编写延迟程序时要留够延迟时间，否则也会不能正确实现功能。
五、继电器控制实验5.1实验要求一、预习要求
1．了解继电器/光偶器件的原理及应用
2．认真预习本节实验内容，尝试自行编写程序。
二、实验目的
1、掌握使用继电器控制外设的基本方法和编程。
2、掌握光耦的工作原理，熟悉它的使用方法。
三、实验内容
1、预备知识
自动化控制设备中，存在一个电子与电气电路的互连问题，一方面，电子电路要控制电气电路的执行元件，如：电动机、电磁铁、电灯等；一方面又要为电子电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和人身安全，减少干扰源。继电器就起这个桥梁作用。
2、实验过程：设计接口电路，通过继电器控制直流电机转动、停止。
四、实验原理
参考电路原理图如下：
（继电器控制原理图）
五、实验设备
实验室电脑，集成软件及STAR ES598实验仪
六、实验注意事项
1．注意在集成环境下程序调试的方法
2．注意保护实验箱
七、实验步骤
继电器控制
1、设计接口电路，分析工作原理。
2、编写并运行程序，利用拨动开关控制直流电机转动、停止。
思考题
1．列写出所编程序及流程图并做出注释
CLR P2.7 ;使译码器无效
JIDIAN_1: SETB P2.6
CJNE R4，#05H，JIDIAN_2 ;按键按下后立即跳出
JB P3.1，JIDIAN_1 ;JB位条件转移
MM: CLR P2.6
JNB P3.1，MM
JB P3.1， JIDIAN_1
JIDIAN_2:
RET
END
实验总结
第五次试验我只做了继电器的实验，主要通过继电器来控制电机。由于器材的限制没有电机，我用一个发光二极管来代替。当开关合上导通时，二极管发光，开关断开时二极管熄灭，这样能模拟电动机的工作状态。实验焊接时需要非常小心，因为继电器的引脚有6个，不是都需要焊接，有几个引脚的功能是一样的，刚还是由于没有注意到这点，实验做不出来，后来在别人的指导下，找出错误，完成本次试验。
单片机设计总结：经过单片机的五次实验让我们受益匪浅.此次实验是通过团队合作进行软件与硬件的设计相结合。这次试验即考察了我们的焊接水平与编程能力，又考察了我们的团队合作，对于我们电子自动化的学生而言焊接是不成问题，也很顺利;可到了编程就出现了很大的问题。本来还以为实验会很简单，但等到实际操作起来才知道它的复杂性，首先我们不知道怎么去理解实验题目，怎样更好的设计程序而达到实验的要求。其次，队员的每个人的想法都不同，导致实验并没有想象中的那么顺利。最终我们通过讨论明确了分工以及向别的小组同学咨询，解决了这些问题。单片机技术已经很早结束了，所以后期很多专业知识已经不是很记得.不过经过我们一步步的努力，最终花费的时间与精力终于没有白费，效果渐渐地出现了，终于一步步地完成了本次设计实验。
总而言之，片机设计对于我们有很大的帮助，我们从中受益匪浅。最后我们要感谢储忠老师的辛勤教导，还有老师对我们的试验安排，让我们有足够的时间可以做好实验。
实物图：
总的仿真电路图：
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