最小系統與應用系統開發(fā)過程實驗

課程：微處理器原理與應用課時：4學時教學環(huán)境：單片機實驗室教學方法：講解相關內容，指導學生實驗實驗一最小系統與應用系統開發(fā)過程實驗一、目的、任務和要求1.1實驗目的熟悉Keil51集成開發(fā)軟件gVision4的基本內容及其使用方法。熟悉Protues電路仿真軟件的基本內容及其使用方法。掌握80C51單片機最小系統電路構成。掌握80C51單片機匯編語言程序的編輯、匯編（編譯X調試和燒錄的一般過程和基本操作步驟。1.2實驗任務Keil51集成開發(fā)軟件gVision4的使用方法。（1）源程序的編輯、匯編（編譯）、調試在Keil51集成開發(fā)軟件gVision4的文件編輯窗口內編寫一個簡單的單片機匯編語言程序（保存％*.asm文件），完成該程序的編輯、匯編（編譯）、調試。掌握基本的操作步驟。（2）目標程序的生成及燒錄利用Keil51集成開發(fā)軟件gVision4將匯編語言程序（*.asm文件）生成目標程ff（*.hex文件），通過單片機開發(fā)箱（板）將目標程序燒錄到單片機內。掌握基本的操作步驟。Protues電路仿真軟件的使用方法。（1）電路的建立通過Protues電路仿真軟件搭建一個簡單的單片機控制系統。首先畫出單片機的最小系統，再畫出I/O接口電路，形成一個簡單的單片機應用系統。本實驗利用I/O口（P1口）控制8個LED燈的亮、滅，產生一種流水燈的現象。掌握基本的操作步驟。（2）程序的仿真調試將編輯、匯編（編譯）好的源程序生成目標程序后裝載到Protues仿真軟件內?；蛘呃肞rotues仿真軟件直接編輯源程序。掌握基本的操作步驟。（3）程序運行調試。通過運行進行電路仿真，觀察現象，分析問題，經過調試，直到達到目的為止。1.3實驗要求通過Keil51集成開發(fā)軟件gVision4編輯、匯編（編譯）、調試單片機開發(fā)系統的應用程序。通過Protues仿真軟件搭建一個簡單的單片機系統電路，進行電路仿真分析。通過完成本項目的實驗任務，要求掌握8051匯編語言程序的基本結構，會作簡單的軟件設計和調試操作。同時掌握安全用電、安全使用相關芯片和開發(fā)系統器件的操作方法。以此認識和掌握單片機應用系統的開發(fā)過程。二、實驗設備和器件2.1實驗設備（1）微型計算機（PC機）（裝配相關軟件），（2）單片機實驗箱或開發(fā)板。2.2電路元器件本實驗采用Protues仿真軟件搭建一個簡單的單片機系統電路，進行電路仿真分析，不需要實際的元器件。若實驗采用萬能板（或面包板）搭建電路，則需要如下元器件：萬能板（或面包板），+5V直流電源（或9V電源配合7805三端穩(wěn)壓器），AT89C51芯片（或兼容芯片），6MHz（或11.0592MHz）晶振，20P電容，2.2〃F電容，1KQ電阻，10KQ電阻，LED發(fā)光二極管，軟導線等。學生可自己在課后搭建電路進行實驗，并與仿真實驗比較。三、實驗內容及步驟3.1軟件操作方法（1）Keil51集成開發(fā)軟件gVision4的操作方法Keil51集成開發(fā)軟件gVision4編輯、匯編（編譯）、調試的操作方法見教材相關內容。（2）Protues仿真軟件的操作方法Protues仿真軟件的操作方法見教材相關內容。3.2基本I/O接口與流水燈控制系統1電路原理圖利用Protues仿真軟件畫出單片機實驗電路原理圖，參考電路圖如圖1.1所示。其中搭建電路需要做好以下三個環(huán)節(jié)：1）識別器件。怎樣在Protues元件庫中找元件。2）確定元件參數值。根據實驗電路圖作電路布局設計，然后確定元件參數值。3）檢查電路。重點檢查80C51單片機的基本工作條件，即檢查芯片電源和地、晶振電路、復位電路、I/O接口等引腳及其電路連接的正確性。2軟件編譯和仿真調試先在Keil51集成開發(fā)軟件gVision4中編寫出P1口控制流水燈（或其它彩燈形式）的程序，再通過gVision4仿真器進行編譯和仿真。參考程序如下所示。本次實驗按照以下四個基本步驟來操作：1）在PC機桌面建立一個文件夾，如“LED001”，待本次實驗結束后刪除它。2）雙擊打開“gVision4”軟件，點擊“Project”建立工程文件并保存，如“LED01”。在“File/New”菜單下創(chuàng)建上述*.asm文件，并存入桌面的上述新文件夾中，然后進行程序的錄入和編輯操作。3）在“Project/Buildtarget”下進行匯編。編譯成功后將在上述桌面的新目錄中生成*.obj（目標文件）和*.lst（列表文件）等文件；若匯編不成功，則會彈出一個提示原因的新界面，可根據提示信息來修改錯漏語句。匯編成功后，在“調試”主菜單下開始仿真調試。仿真調試需要重點查看的對象是：Code區(qū)程序代碼存儲區(qū)間、PC值及其變化量、指令周期長度、P1口輸出值、工作寄存器和及其它有關的SFR之值。通過它們分別可以看到程序段的存儲空間、指令的存儲地址和字長、指令的執(zhí)行時間長度、有關指令和程序段的運行結果等等，這些都是調試者評估程序段功能、修改和完善程序代碼的基本依據。特別提示：編譯成功只說明程序語法正確，不證明程序功能已經達到了設計目標。4）在“Project/Rebuildalltargetfile”下生成可燒入單片機程序存儲器的機器語言程序文件*.hex。3燒錄軟件和試運行gVision4生成的機器語言代碼文件，其擴展名為HEX；利用編程器（配合PC機內相關軟件）可將它直接燒寫（即燒錄）到AT89C51芯片之中。再將燒有軟件的AT89C51芯片插入在

實驗電路上，加電運行就可以觀察運行結果。第一次試運行一般不會就成功，常常需要根據具體情況來排除硬件故障或者修正程序代碼。燒入(燒錄)軟件和試運行操作一般分以下二個步驟進行：接好編程器電源線和串口線，打開其電源，同時PC機上打開編程器軟件，即可以開始燒錄操作：先在“器件/選擇”菜單下選擇器件類型(MPU)、廠家(ATMEL)和器件(AT89C51)，然后讀入上述*.hex文件。將芯片AT89C51正確放入編程器(注意：芯片方向和腿腳一定要檢查對準了！)，通過操作軟件的對話界面，先后對芯片進行“擦除操作”、“編程操作”和“校驗操作”。如果電路上電后不能運行則需要檢查單片機的基本工作條件是否正常；如果只是運行現象不符合設計目標，則需要分析現象進而修改程序代碼，重復上述編譯、仿真調試、燒寫和試運行的過程。如此反復調試，直至成功為止。4.參考電路與程序代碼1)參考電路如圖1.1所示，它是一個流水燈單片機系統。圖中發(fā)光二極管(LED)在P1口引腳電平為低電位時被點亮。由此可知，單片機通過寫指令來控制P1口的輸出電平，就能實現對LED流水燈的控制。+5VLEDE1+5VLEDE1—1kQ1P1.0VCCP1.1P1.7RSTEA8051XTAL2XTAL1VSSZ1J5L…Z15L2.2^F籟'晶~]10kQ_?0P—20P圖1.1流水燈單片機系統電路圖+5VORG0000H；分配程序存儲地址START:MOVA，#0FEH；從00H起存放指令，此即第一條被執(zhí)行的指令LOOP:MOVP1，A；P1口寫指令RLA；待輸出的內容先左移1位LCALLDELAY；調用延時子程序AJMPLOOP；無限循環(huán)結構，循環(huán)體重復執(zhí)行DELAY:MOVR5，#0FAH；延時子程序，循環(huán)結構DELAY1:MOVR6，#0F8H；第一重循環(huán)體重復執(zhí)行0FAH次(即250次)NOP；第一重循環(huán)體重復執(zhí)行0F8H次DELAY0:DJNZR6，DELAY0；R6為循環(huán)變量，R6減1后非0則跳轉DJNZR5，DELAY1；R5為第一重循環(huán)變量RET；返回語句，返回到調用指令的下一句END；告訴匯編程序匯編到此結束3)深入實驗問題(要求學生完成)指出哪些語句是控制I/O口輸出電平的語句？參照51單片機指令表寫出每一條指令的字長，通過單步運行程序記下每一條指令對應的PC寄存器數值。最后總結出PC的初始值、變化的規(guī)律和PC的作用。偽指令有無機器碼？不要偽指令END會產生什么問題？將偽指令ORG0000H改為ORG1000H會產生什么問題？試通過驗證來得出結論。參照51單片機指令表的字長和開發(fā)系統Code區(qū)的機器碼值，寫出程序中各條指令的機器碼(以十六進制數來表示)和它的存儲地址。四、實驗報告要求與考核標準1、實驗報告要求給出運行成功的單片機系統電路圖、程序流程圖、程序代碼、操作步驟和運行結果。電路圖和流程圖要盡量詳盡，程序代碼要書寫規(guī)范，操作步驟和運行結果要具體求實。畫出詳細的80C51單片機最小系統的電路圖，圖中要有手動復位電路。列出并通過實驗來證實51單片機正常工作的幾個外部條件。試舉例并分析程序編譯不成功的原因。

（4）試舉例并分析程序編譯成功、而流水燈運行失敗的原因。2、實