實驗二十五單片機控制系統(tǒng)綜合實驗

1、機械工程基礎(chǔ)實驗單片機控制系統(tǒng)綜合實驗實驗指導(dǎo)書重慶工學(xué)院汽車學(xué)院汽車及機械制造實驗室2008 年 1 月學(xué)生實驗守則1學(xué)生應(yīng)按照實驗教學(xué)計劃和約定的時間，準(zhǔn)時上實驗課，不得遲到早退。2實驗前認真閱讀實驗指導(dǎo)書，明確實驗?zāi)康?、步驟、原理，預(yù)習(xí)有關(guān)的理 論知識，并接受實驗教師的提問和檢查。3進入實驗室必須遵守實驗室的規(guī)章制度。 不得高聲喧嘩和打鬧， 不準(zhǔn)抽煙、 隨地吐痰和亂丟雜物。4做實驗時必須嚴(yán)格遵守儀器設(shè)備的操作規(guī)程，愛護儀器設(shè)備，服從實驗教 師和技術(shù)人員指導(dǎo)。未經(jīng)許可不得動用與本實驗無關(guān)的儀器設(shè)備及其它物品。5實驗中要細心觀察，認真記錄各種試驗數(shù)據(jù)。不準(zhǔn)敷衍，不準(zhǔn)抄襲別組數(shù) 據(jù)，不得擅自離

2、開操作崗位。6實驗時必須注意安全，防止人身和設(shè)備事故的發(fā)生。若出現(xiàn)事故，應(yīng)立即 切斷電源，及時向指導(dǎo)教師報告，并保護現(xiàn)場，不得自行處理。7實驗完畢，應(yīng)主動清理實驗現(xiàn)場。經(jīng)指導(dǎo)教師檢查儀器設(shè)備、工具、材料 和實驗記錄后方可離開。8實驗后要認真完成實驗報告， 包括分析結(jié)果、 處理數(shù)據(jù)、繪制曲線及圖表。 在規(guī)定時間內(nèi)交指導(dǎo)教師批改。9在實驗過程中，由于不慎造成儀器設(shè)備、器皿、工具損壞者，應(yīng)寫出損壞 情況報告，并接受檢查，由領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)情況進行處理。10凡違反操作規(guī)程，擅自動用與本實驗無關(guān)的儀器設(shè)備、私自拆卸儀器而 造成事故和損失的，肇事者必須寫出書面檢查，視情節(jié)輕重和認識程度，按學(xué)院 有關(guān)規(guī)定予以賠償。

3、重慶工學(xué)院說明1. 同學(xué)可以登錄學(xué)校的“實驗選課系統(tǒng)” （從學(xué)校首頁登陸： 或 從數(shù)字校園登錄），自己進行實驗項目的選擇。希望同學(xué)們能在每個實驗項目 開放的時間內(nèi)盡早進行實驗預(yù)約（預(yù)約時間必須比實驗上課時間提前 3 天）， 因為學(xué)生數(shù)量比較多，如果某實驗項目開放的時間內(nèi)同學(xué)未能進行實驗預(yù)約， 則錯過該實驗項目的實驗機會，補做就要在該實驗項目下一次開放時進行。2. 在學(xué)期末因無法完成規(guī)定的實驗項目個數(shù)，該門課程就必須重修。3. 如有什么問題，同學(xué)可以撥打電話 68667451 聯(lián)系李鑫老師。單片機控制系統(tǒng)綜合實驗一、學(xué)時： 4 學(xué)時二、實驗類型：綜合三、實驗?zāi)康模?、掌握偉福Lab2000P單片

4、機仿真實驗系統(tǒng)提供的幾種典型外圍電路。2、熟悉典型外圍電路與單片機的輸入 /輸出端子的電路接線。3、掌握 MSC-51 單片機的編程、仿真、寫入、調(diào)試。4、掌握用單片機控制步進電機的硬件連接和編程方法。四、實驗設(shè)備與儀器計算機、偉福Lab2000P單片機仿真實驗系統(tǒng)、步進電機驅(qū)動器、步進電機、直流電源、連接電纜，模擬示波器，萬用表五、實驗原理：偉福 Lab2000P 單片機仿真實驗系統(tǒng)1、偉福 Lab2000P 單片機仿真實驗系統(tǒng)可具有三種使用方法：(1) 無系統(tǒng)機，僅用實驗儀的板上仿真器進行仿真和實驗；(2) 有系統(tǒng)機，用系統(tǒng)機上的集成調(diào)試軟件驅(qū)動板上仿真器進行仿真和實驗；(3) 無實驗儀，

5、無仿真器，僅在系統(tǒng)機上采用軟件模擬方式進行仿真。注： 1、本實驗采用第( 2)種使用方法，計算機作為系統(tǒng)機使用。2、系統(tǒng)配 MCS51/196 仿真板 ,可進行 8051或 80C196 的實驗。3、關(guān)于偉福 Lab2000P 單片機仿真實驗系統(tǒng)的詳細說明。 在“校園網(wǎng)機械工程實驗教學(xué)中心”網(wǎng)站上下載。2、偉福 Lab2000P 單片機仿真實驗系統(tǒng)，提供了以下幾種的典型電路： (需要使用示波器、萬 用表)LED 電平顯示電路單脈沖發(fā)生電路多級分頻電路：與 4MHz 脈沖源結(jié)合 ,可得多種脈沖信號。A/D 轉(zhuǎn)換電路：模數(shù)變換電路 ,可接入兩路模擬量。D/A 轉(zhuǎn)換電路：數(shù)模變換電路 ,提供 0-5

6、V,-5V+5V ,-8V+8V 三路輸出。PWM 轉(zhuǎn)換電路3、仿真實驗 / 開發(fā)系統(tǒng)的連接仿真實驗/開發(fā)系統(tǒng)集成調(diào)試軟件的安裝和使用，見WAV肪真開發(fā)系統(tǒng)使用手冊。( 在“校園網(wǎng)機械工程實驗教學(xué)中心”網(wǎng)站上下載 )進行MCS51單片機實驗時，應(yīng)插上 POD51/96仿真板，并插上 8051或8052CPU將配套的串行通訊電纜的一端與實驗儀上的“仿真器串口” 9芯D形插座相連，另端與PC相的串行口相連。將實驗臺的電源線與220V 電源相連。打開實驗臺電源開關(guān)，紅色電源指示燈亮。仿真開發(fā)器初始化成功后， LED 會顯示 8051，表示仿真系統(tǒng)正常。打開計算機電源，執(zhí)行 WAV集成調(diào)試軟件。（1）

7、無論是集成電路的插拔、通訊電纜的連接、跳線器的設(shè)置還是實驗線路的連 接，都應(yīng)確保在斷電情況下進行，否則可能造成對設(shè)備的損壞。（ 2）實驗線路連接完成后，應(yīng)仔細檢查無誤后再接通電源。4、程序調(diào)試環(huán)境：WAVE集成調(diào)試環(huán)境應(yīng)設(shè)置如下：仿真器型號：偉福 Lab2000P 實驗儀仿真頭型號：MCS51實驗5、單片機程序：可使用匯編語言（匯編（ 匯編（ 匯編（匯編（EX51ASM 匯編（EX51ASMP1 口輸入 /輸出 PWM 轉(zhuǎn)換電壓 D/A 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 步進電機控制實驗（803132）EX51ASM目錄下）、C語言（EX51C目錄下）編寫EX51ASMEX51ASMEX51ASM目

8、錄下 H1.PRJ）、 目錄下 H5.PRJ）、 目錄下 目錄下 目錄下H13.PRJ)、H14.PRJ)、C(EX51C 目錄下 H 1 .PRJ )C(EX51C 目錄下 H5.PRJ)C( EX51CC( EX51CH22.PRJ ) 、 C(EX51C目錄下 目錄下 目錄下H13.PRJ)H14.PRJ)H22.PRJ)6、MSC-51 單片機的編程、仿真、寫入、調(diào)試的操作步驟：WAVE 仿真開發(fā)系統(tǒng)）MSC-51 單片機的編程、仿真、寫入、調(diào)試的操作步驟，可參閱 使用手冊。（ 在“校園網(wǎng)機械工程實驗教學(xué)中心”網(wǎng)站上下載7、MSC-51 系列單片機（如算術(shù)運算， 邏（RAM） ，只讀程

9、序（SCI） ，顯示驅(qū)動A/D 轉(zhuǎn)換器等電這些電路能在軟件的控制單片機是一種集成電路芯片， 采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力 輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理 ）的微處理器 （CPU） ，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 存儲器 （ROM） ，輸入輸出電路 （I/O 口），還包括定時計數(shù)器，串行通信口 電路（LCD或LED驅(qū)動電路），脈寬調(diào)制電路（PWM），模擬多路轉(zhuǎn)換器及 路集成到一塊單塊芯片上， 構(gòu)成一個最小而完善的計算機系統(tǒng)。 下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。該系列單片機是采用高性能的靜態(tài) 80C51 設(shè)計，由先進 CMOS 工藝制造并帶有非易 失性 Flash 程序存儲器。P89C51

10、X2包含128字節(jié)RAM、32條I/O 口線、3個16位定時/計數(shù)器、6輸入4優(yōu) 先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)、 1 個串行 I/O 口（可用于多機通信， I/O 擴展或全雙工 UART ）以及 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計， 可提供很寬的操作頻率范圍 （頻率可降至 0），可實現(xiàn)兩個 由軟件選擇的節(jié)電模式空閑模式和掉電模式?？臻e模式凍結(jié)CPU，但RAM、定時器、串口和中斷系統(tǒng)仍然工作。掉電模式保存 RAM 的內(nèi)容，但是凍結(jié)振蕩器，導(dǎo)致所有其它的 片內(nèi)功能停止工作。 由于設(shè)計是靜態(tài)的， 時鐘可停止而不會丟失用戶數(shù)據(jù)， 運行可從時鐘 停止處恢復(fù)。8、A/D 、 D/A 轉(zhuǎn)換原理隨著數(shù)字技術(shù)，

11、特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及， 在現(xiàn)代控制、 通信及檢測等領(lǐng)域， 為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)， 對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術(shù)。 由于系統(tǒng)的實際對 象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等） ，要使計算機或數(shù)字儀表能識別、 處理這些信號， 必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 而經(jīng)計算機分析、 處理后輸出 的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號才能為執(zhí)行機構(gòu)所接受。這樣， 就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路-模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。A/D 轉(zhuǎn)換即模擬 / 數(shù)字轉(zhuǎn)換，意思是模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；D/A 轉(zhuǎn)換即數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換，意思是數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號； ADC

12、表示模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器， DAC 表示數(shù)字 /模 擬轉(zhuǎn)換器。A/D 轉(zhuǎn)換器和 D/A 轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分， 為確保系統(tǒng)處 理結(jié)果的精確度， A/D 轉(zhuǎn)換器和 D/A 轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度；如果要實現(xiàn)快速 變化信號的實時控制與檢測， A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度 與轉(zhuǎn)換速度是衡量 A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。A/D 轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器 按分辨率分為 4位、6位、8位、10位、14位、16位和bed碼的31/2位、 51/2位等。按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速（轉(zhuǎn)換時間< 330n），次超高速（3303.3 Qs高速（

13、轉(zhuǎn)換時間3.3333 q）,低速（轉(zhuǎn)換時間330qS等。A/D轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分 為直接 A/D 轉(zhuǎn)換器和間接 A/D 轉(zhuǎn)換器。所謂直接 A/D 轉(zhuǎn)換器，是把模擬信號直接轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號，如逐次逼近型，并聯(lián)比較型等。其中逐次逼近型A/D 轉(zhuǎn)換器，易于用集成工藝實現(xiàn)，且能達到較高的分辨率和速度，故目前集成化 A/D 芯片采用逐次逼近型者多； 間接 A/D 轉(zhuǎn)換器是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如電壓/時間轉(zhuǎn)換型（積分型），電壓 /頻率轉(zhuǎn)換型，電壓 /脈寬轉(zhuǎn)換型等。其中積分型A/D 轉(zhuǎn)換器電路簡單，抗干擾能力強，且能作到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。D/A 轉(zhuǎn)換器衡量一個 D/A 轉(zhuǎn)

14、換器 的性能的主要參數(shù)有：（ 1 ） 分辨率是指 D/A 轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)的位數(shù)，位數(shù)多分辨率也就越高。（ 2） 轉(zhuǎn)換時間指數(shù)字量輸入到完成轉(zhuǎn)換， 輸出達到最終值并穩(wěn)定為止所需的時間。 電流型 D/A 轉(zhuǎn)換 較快，一般在幾 ns 到幾百 ns 之間。電壓型 D/A 轉(zhuǎn)換較慢，取決于運算放大器的響應(yīng) 時間。（ 3 ） 精度指 D/A 轉(zhuǎn)換器實際輸出電壓與理論值之間的誤差， 一般采用數(shù)字量的最低有效位作為 衡量單位。（ 4 ） 線性度當(dāng)數(shù)字量變化時， D/A 轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量按比例關(guān)系變化的程度。 理想的 D/A 轉(zhuǎn)換 器是線性的， 但是實際上是有誤差的， 模擬輸出偏離理想輸出的最大值稱

15、為線性誤差。六、實驗操作步驟： 注：以下硬件實驗一至四任選二個完成，步進電機控制實驗必須完成。1 、 認真預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容。2、 按“五、實驗原理”中的“ 3、仿真實驗 /開發(fā)系統(tǒng)的連接”的說明，將偉福Lab2000P 單片機仿真實驗系統(tǒng)與 PC連接好。并在PC上安裝好相應(yīng)的“WAVE600集成調(diào)試軟件”。3、按“電路連接圖”連接好實驗電路。經(jīng)實驗教師檢查后，方可繼續(xù)下一步操作。4、 運行“ WAVE600集成調(diào)試軟件”，在該軟件平臺上打開“五、實驗原理”中的“5、單 片機程序”里所述的程序，進行軟件調(diào)試。5、在理解實驗流程框圖的基礎(chǔ)上，讀懂程序代碼。6、調(diào)整程序內(nèi)的部分控制指令或 參數(shù)，再次調(diào)試

16、程序，記錄參數(shù)調(diào)整前后，程序的運行狀態(tài)是否有所改變。PC 的電源。并經(jīng)實驗教師檢查7、實驗完成后，整理好實驗器材、連線，關(guān)閉實驗箱和 確認。一、頭驗要求1、P1 口做輸出口，接八只發(fā)光二極管，編寫程序，使發(fā)光二極管循環(huán)點亮。2、 P1.0,P1.1作輸入口接兩個撥動開關(guān)，P1.2,P1.3作輸出口，接兩個發(fā)光二極管，編寫程序讀取開關(guān)狀態(tài)，將此狀態(tài)，在發(fā)光二極管上顯示出來。編程時應(yīng)注意P1OP1.1作為輸入口時應(yīng)先置1,才能正確讀入值。二、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)P1 口的使用方法。2、學(xué)習(xí)延時子程序的編寫和使用。、實驗電路及連線0123 DD DDEUJ EEE - ss0 1 45- «1

17、A -F F LLp t. eP i. 1» P 1. 2F 1 . 3»«實驗項目1: P1 口循環(huán)點燈實驗項目2: P1 口輸入輸出四、實驗說明1、 P1 口是準(zhǔn)雙向口。它作為輸出口時與一般的雙向口使用方法相同。由準(zhǔn)雙向口結(jié)構(gòu)可知當(dāng)P1 口用為輸入口時，必須先對它置“1”。若不先對它置“ 1 ”，讀入的數(shù)據(jù)是不正確的。2、80C51可以將位變量通過 C標(biāo)志位賦值給其它位。3、8051延時子程序的延時計算問題對于程序Delay :MOV R6，#0HMOV R7, #0HDelayLoopDJNZ R6， DelayLoopDJNZ R7， DelayLoopR

18、ET查指令表可知 MOV DJNZ指令均需用兩個機器周期，在6MHz晶振時，一個機器周期時間長度為12/6M HZ,所以該段程序執(zhí)行時間為：(256 X 255+2 )x 2 X 12-6 261ms五、實驗框圖(A) P1口循環(huán)點燈程序框圖開始P1.0,P1.1 置 1讀入P1.0 口值(B) P1口輸入輸出程序框圖六、實驗要求對于實驗項目1： P1 口循環(huán)點燈A、改變程序的有關(guān)指令或參數(shù)，改變循環(huán)點燈的流動方向。B、改變程序的有關(guān)指令或參數(shù)，改變循環(huán)點燈的移動速度。 對于實驗項目2: P1 口輸入輸出A、 改變程序的有關(guān)指令或參數(shù)，將讀入的P1.1值輸出到P1.2。B、 改變程序的有關(guān)指令

19、或參數(shù)，將讀入的P1.0值輸出到P1.3。硬件實驗二PWM轉(zhuǎn)換電壓實驗一、實驗要求用P1端口輸出不同占空比的脈沖，通過PWM專換電壓電路轉(zhuǎn)換成電壓。二、實驗?zāi)康?. 了解脈寬調(diào)制（PWM的原理2. 學(xué)習(xí)用PWM輸出模擬量三、實驗電路及連接四、實驗說明PWM是單片機上常用的模擬量輸出方法，通過外接的轉(zhuǎn)換電路，可以將脈沖的占空比變成電壓。程序中通過調(diào)整占空比來輸出模擬電壓。占空比就是脈沖中高電平與低電平的寬度比。五、程序框圖輸出低電平低電平寬度延時輸出高電平高電平寬度延時六、實驗要求改變程序的有關(guān)指令或參數(shù)，達到改變脈沖的占空比的目的。然后用電壓表測量相應(yīng) 的電壓值。并記錄在表格中。硬件實驗三 D

20、/A轉(zhuǎn)換實驗一、實驗要求利用DAC0832編制程序產(chǎn)生鋸齒波、三角波、正弦波。三種波輪流顯示，用示波器觀看。二、實驗?zāi)康?、了解D/A轉(zhuǎn)換的基本原理。2、了解D/A轉(zhuǎn)換芯片0832的性能及編程方法。3、了解單片機系統(tǒng)中擴展 D/A轉(zhuǎn)換的基本方法。三、實驗電路及連線用示波器探頭接觸輸出，觀察顯示波形。四、實驗說明1、 D/A轉(zhuǎn)換是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的變換，實驗臺上D/A電路輸出的是模擬電壓信 號。要實現(xiàn)實驗要求，比較簡單的方法是產(chǎn)生三個波形的表格，然后通過查表來實現(xiàn)波形顯示。2、產(chǎn)生鋸齒波和三角波的表格只需由數(shù)字量的增減來控制，同時要注意三角波要分段來產(chǎn)生。要產(chǎn)生正弦波，較簡單的方法是造一張正

21、弦數(shù)字量表。即查函數(shù)表得到的 值轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)填表。D/A轉(zhuǎn)換取值范圍為一個周期，采樣點越多，精度越高些。本例采用的采樣點為 256點/周期。3、八位D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)據(jù)與輸出電壓的關(guān)系為：U(0 s -5V)=Uref/256 x NU(-5V s +5V)=2 Uref/256 x N-5V ( 這里 Uref 為 +5V)五、實驗框圖六、實驗要求改變程序中計數(shù)器的初值，然后用示波器觀察電路產(chǎn)生的三種波形的前后變化。 并做記錄。硬件實驗四A/D轉(zhuǎn)換實驗一、頭驗要求利用實驗板上的 ADC0809故A/D轉(zhuǎn)換器，實驗板上的電位器提供模擬量輸入，編制程序, 將模擬量轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字量，用82

22、55的PA口輸出到發(fā)光二極管顯示。二、實驗?zāi)康?、掌握A/D轉(zhuǎn)換與單片機的接口方法。2、了解A/D芯片ADC0809轉(zhuǎn)換性能及編程。3、通過實驗了解單片機如何進行數(shù)據(jù)采集。、實驗電路及連線pasIfl 7 H-Si KN-aI N-3 in-fln口： Hl «a " 4l呻口 Dms-JJEd匚LL出- : hLXihpU CCL1I Nl-0Iw< t *】IM-Sroc二 “ r：» 占 fl-Db-s zi>cALEIl w =TAPTC LOCK-27BA-1IHBINIm 與Gr/C&tPIOC曲sBsoclc£PIrl-

23、* /IHT0W9皿M2時口MP沁kML > All毗i隹甩Rcsn心£1亠-*LEC B- mi諾-*LE：O4=jg *LE&6j - 八虻A(chǔ)_B Q n- R UBnF ppp工2*-25-四、實驗說明A/D轉(zhuǎn)換器大致有三類：一是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點是精度高，抗干擾性好；價格便宜, 但速度慢；二是逐次逼近 A/D轉(zhuǎn)換器，精度，速度，價格適中；三是并行 A/D轉(zhuǎn)換器，速度 快，價格也昂貴。實驗用的ADC0809屬第二類，是八位A/D轉(zhuǎn)換器。每采集一次一般需 100us。本程序是用 延時查詢方式讀入 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，也可以用中斷方式讀入結(jié)果，在中斷方式下，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后會自動產(chǎn)生EOC信號，將其與CPU的外部中斷相接，有興趣的同學(xué)可以試試編程用中斷方式讀 回A/D結(jié)果.五、實驗框圖否主程序框圖六、實驗要求改變實驗板上的電位器的阻值，觀察發(fā)光二極管顯示的