微机原理与系统设计实验教程(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：王晓萍

出版社：浙江大学出版社

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微机原理与系统设计实验教程试读：

课程实验是大学实践教学体系的重要组成部分，也是培养和提高大学生工程实践与创新能力的重要途径之一。通过实验既可以帮助学生理解、掌握、巩固课程的理论知识，提高理论联系实际的应用能力，同时又可以帮助学生建立科学的实验方法、良好的实验习惯和熟练的实践技能等创新型工程人才应该具备的基本素养，因此课程实验不仅在课程教学中而且在人才培养中都发挥着积极作用。

微机系列课程如“微机原理与接口技术”、“微机系统设计与应用”等是大学计算机基础教学的核心课程，更是电子信息类和机电控制类专业的必修课程，也是其他许多工科专业乃至非工科专业的重要技术选修课。“微机原理与接口技术”课程的目标定位是通过教学使学生获得计算机系统（或微控制器）组成、工作原理与接口技术方面的基础知识、基本思想和基本方法及技能，培养学生利用计算机硬件为主技术，从硬件与软件的结合上处理问题的意识和分析、解决本专业领域问题或其他实际问题的思维方式和初步能力；“微机系统设计与应用”课程则是在原理与接口技术基础上，进一步学习和了解该领域的新知识、新技术，学习和掌握微机应用系统的设计方法，并能开展计算机或微控制器应用系统的设计和开发。

微机类课程是实践性和应用性很强的课程，学生对于抽象理论课程知识的理解和消化很大程度上要依赖实验教学的实施。因此课程实验教学的主要任务是使学生通过实验掌握计算机或微控制器的基本组成、工作原理、接口电路及相对应的汇编语言程序设计和调试方法；能够熟练运用汇编语言和C语言编写接口控制与微机系统应用程序，具有微机系统软、硬件综合设计开发和调试能力。实验教学的目标是使学生掌握、巩固和能够运用课程的理论知识，使他们具备实际微机系统的软硬件设计、调试能力，提高和增强动手能力、实践能力和创新精神。第2章编写本实验教程的指导思想

实验教学是课程教学的重要组成部分，是课堂教学的补充、延伸和深化。而实验教材作为实验教学的指南针，在实验教学环节的实施过程中发挥着重要的指导和杠杆作用。本实验教程的编写融入了能力培养为主、提高综合素质、强化实践创新等实践教学的设计思想，在实验内容上，设置了基础型、设计型、综合扩展型相结合的多层次、递进式的实验内容，有利于各层次学习者开展实验，发挥他们的潜能和创造力，有利于“因材施教”教学思想在实验教学中的具体实施。

1.2.1实验设计指导思想

本教程在内容设计和结构编排上，力求涵盖微机类课程的主要实验内容，从微机原理、接口技术到微机系统设计的软件和硬件，设计编排了汇编语言程序设计、C51程序设计、基本硬件及扩展实验、硬件综合实验和现代接口技术实验6章共40个实验项目，每个实验项目中设置了基础型实验、设计型实验、实验扩展及思考相结合的多层次、递进式的实验内容，兼顾了各层次学生的需求，体现了重素质、重能力培养的现代教育理念以及循序渐进、基础性、先进性统一的教育教学规律。

基础型实验：该类实验主要以程序阅读与完善、原理与方法验证及基本硬件理解为主要内容，目的在于加强学生对于基本知识点的全面理解和掌握。设计型实验：在基础型实验内容的基础上加以提高，并以工程实践应用为背景，注入实用性、趣味性、个性化等内容，注重学生独立思考能力以及对所学知识综合运用能力和解决实际问题能力的培养。对于该类实验仅仅给出设计内容和要求，完全由学生在基础型实验基础上，自行选择软硬件解决方案并进行设计和实现；学生必须提前预习，作好充分的准备。实验扩展及思考：以多个知识点相关技术的综合应用以及项目设计为主线，综合了多个实验的内容，注重培养学生的动手实践能力、互相协作能力和对知识的创新运用能力；需要学生综合运用多个知识结构和实验技能，才能完成。

每个实验项目都按照实验目的、预习要求、实验设备、实验说明、基础型实验、设计型实验、实验扩展及思考等属性来组织内容。一方面通过“实验说明”分析实验涉及的原理和完成实验的思路；另一方面通过后三者将基础型、设计型、实验扩展及思考三个层次、三个水平的实验内容集于同一个实验。这种组织有利于帮助学生循序渐进地理解并掌握实验所属知识点和技能点。

1.2.2内容设置与编排设计

本教程在实验内容设置上，不仅与实际应用紧密结合，而且引入最新技术。软件实验内容体现了汇编语言程序设计与Keil C51程序设计并重的微机软件开发特点；硬件实验内容适应了当前外围功能器件发展的需求，在传统的并行扩展、UART串行扩展的基础上，引入了I2C、SpI、1-wire、USB、以太网等串行扩展接口及通信接口技术等内容，适应微机接口技术和外围功能器件日新月异的发展需求。

在实验项目的设计上，集成了基本的软硬件实验（第2、3、4章），软硬件综合实验和现代微机系统接口实验（第5、6章），实验内容设计具有代表性；实验内容的实践不受具体硬件设备和条件的局限，在不同功能的微机开发系统中均可实施，具有很好的实用性和适用性。

实验教材内容涵盖了微机原理、接口技术和系统设计三个层次的软硬件设计实验。主要内容包括8051汇编语言程序设计实验、Keil C51程序设计实验、基本硬件及扩展实验、硬件综合实验和现代接口技术实验等内容。第3章实验目标要求和实施过程

1.3.1实验目标

实验教学的目的，是通过与课堂教学的密切配合，使学生在理解、巩固和扩充理论知识的同时，训练科学实验的基本技能和工程实践的基本方法，养成严谨的科学态度和工作作风，培养应用所学理论知识独立分析、解决问题的能力和实际动手能力。通过课程实验使学生掌握微处理机和微控制器的基本组成、工作原理、接口电路、应用系统及程序设计和调试方法，从而具备微机应用系统的软硬件综合设计开发能力。

1.3.2实验要求

1.总体要求

通过课程实验，应使学生达到如下要求：（1）加深对微处理机和微控制器及其组成部分工作原理和工作机制的理解，进一步熟悉和了解8051系列微控制器的硬件结构、模块功能和应用特性。（2）具有应用8051指令系统设计和调试汇编语言程序的能力，熟练掌握Keil C51开发环境和调试程序等软件工具的使用。（3）掌握微控制器的中断概念、中断作用和中断系统功能及运用方法；掌握定时器/计数器的工作原理、工作方式和应用方法；掌握串行接口的工作原理、工作方式和应用方法。能够设计和调试这些功能模块的应用程序。（4）了解I/O接口芯片和模拟通道器件（如ＡＤＣ、ＤＡＣ等）的扩展方法，接口程序设计和调试方法；键盘/显示接口电路设计和调试方法以及程序设计。（5）了解微机系统的硬件组成结构、需求分析、设计过程和调试方法；熟练使用Keil C51进行微控制器系统的软件设计。（6）熟悉运用I/O端口模拟I2C总线时序，控制E2pROM等芯片的方法和程序设计。（7）掌握I2C总线技术和SpI接口技术，了解相应外围芯片的扩展方法，以及C51应用程序的设计和调试方法。（8）掌握LCD显示屏的应用方法及图形、汉字显示程序编写方法。（9）能使用1-wire总线温度传感器DS18B20进行温度测量及控制。（10）能够运用I/O端口实现对步进电机或直流电机的控制。（11）能够运用微控制器，设计数据采集系统、信号发生器、电子琴、数字频率计等实际应用系统。（12）熟悉微控制器实现多种通信功能的方法。（13）具备自行拟定实验步骤、检查和排除故障、分析和综合实验结果以及撰写实验报告的能力。（14）具有微机应用系统的设计、开发和调试能力。

为此，要求学生做每一个实验都要做到：理论与实践结合；硬件与软件结合；方案设计与制作调试并重；过程与结果并重；实验前充分预习准备和通过网上虚拟实验熟悉实验原理、实验方案、实验过程，实验后按规范格式认真撰写实验报告。

2.实验准备要求

要顺利完成一个实验，需要在理论知识吸收消化的基础上，作好实验预习准备。实验内容分为基本型、设计型及综合扩展型，学生应根据实验目的及任务要求，在实验室所能提供的设备器件等资源条件下，设计出合理的实验方案，包括硬件、软件实现方案，硬件连接图，实验程序等，作好充分的实验准备。

基础型实验内容的目的是系统地训练学生的基本技能、自学能力和独立实验能力，启迪学生的创新意识。实验准入门槛较低，以阅读注释及程序验证为主要内容，要求学生作好理论课的复习，并根据实验内容要求作好预习准备。

设计型实验的目的是提高学生综合实验技能和分析、解决问题的能力，培养学生的创新能力。实验要求较高，要求学生在了解基本原理和完成基础型实验的基础上，对于微机原理及接口扩展应用有比较深入的理解。学生需消化教材内容并认真查阅课外相关参考文献，充分利用实验室的设备、器材等资源，设计出既先进又切实可行的实验方案。

综合扩展型实验的目的是培养学生创新的思维方法、实际的开发能力和综合素质。实验内容以实际应用为背景，学生可在老师适当指导下，通过查阅相关资料，将所学的模块知识有效组织，并充分利用实验室的软硬件资源，设计出满足实验项目指标要求的切实可行的实验方案，完成实验内容设置的设计任务。

1.3.3实验实施过程

1.实验方案确定

实验应先根据实验目的及任务要求，在实验室所能提供的设备、器件等资源条件下，设计出合理的实验方案，包括硬件、软件实现方案，作好必要的实验准备。在明确目的要求的基础上，应弄清实验中将要涉及的基本原理、将要采用的方法或算法、将要测量控制的对象及其参数等。

在实验方案设计阶段，对实验者综合运用所学理论知识分析、解决实际问题的能力提出了较高的要求，同时对实验者也是一个深化、拓宽学习内容，充分发挥主观能动性和聪明才智的极好机会。在这个阶段，实验者对教材和有关参考文献要认真消化，对实验室实际可提供的设备、器材和时间、空间等资源条件要心中有数。只有这样，才能设计出既先进又切实可行的实验方案。否则，一个技术上很先进、水平很高的实验方案，很可能由于不具备实现条件而成为一纸空文，反而影响实验的进程和效率。

要特别说明的是，实验者在设计实验方案时，应处理好继承性与创造性的关系。根据实验目的和实验条件，本次实验系统中那些在前面实验中已被证明是成功的软硬件模块，可以直接继承引用。这样可集中力量解决本实验中的关键问题、特殊问题，或在某些环节上作一些新的探索，以便每做一个实验都有新的提高和收获。

设计好的实验方案，通常应包括实验系统的硬件、软件功能框图（硬件结构图和程序流程图），具体的电路原理图、安装布线图和程序代码（源程序），以及必要的说明。如有可能，对于有些设计型实验和综合扩展型实验，最好能提出多个方案设想，并对各方案的优劣利弊作出评价、说明和比较，在比较的基础上作出取舍，确定具体的实验方案。

2.硬件电路设计

针对某一特定应用，根据要实现的功能要求，完成方案设计，划分若干功能模块，画出系统功能框图，逐一设计出每一个单元电路，最后组合成完整的硬件系统。

硬件设计第一步骤，进行微处理器的选型。微处理器的选择应充分考虑测控对象的需要，对于微处理器的运算精度、数据处理功能、寻址能力和操作速度等各项指标进行考查；应恰当评估系统要求，权衡选择片内集成存储系统、中断系统、通信接口、数字输入/输出口、模拟输入/输出通道等外设的微处理器。

但微处理器硬件资源毕竟有限，如果应用系统较复杂，按功能指标要求，还需进行功能扩展（如E2pROM扩展、RAM扩展、I/O扩展和定时器/计数器扩展等）和外设配置（如A/D和D/A转换器、键盘、显示器等）设计。在选择功能扩展电路、外设配置及其接口电路的方案时，应注意扩展的芯片与主机速度匹配，I/O口的负载能力，A/D与D/A转换器的速度与精度等问题，初步选定电路方案之后即可得到系统硬件结构框图。据此可进行硬件电路设计、制作、检测和试验等工作。

以上各单元电路的设计完成之后，就可以进行硬件合成，即将各单元电路按照总体设计的硬件结构框图组合在一起，形成一个完整的硬件系统原理图。在进行硬件合成时，要注意以下几点：（1）根据输入和输出的信号需要，全面安排微处理器的I/O口，如需扩展I/O口，应校核微处理器总线的实际负载，必要时接入总线驱动器。（2）扩展外设过程中应检查信号逻辑电平的兼容性。电路中可能兼有TTL、CMOS电平标准或非标准信号的器件，若器件之间接口电平不一致，需要加入电平转换电路。（3）从提高可靠性出发，全面检查电路设计。检查抗干扰措施是否完备，电源和集成芯片的去耦电容是否配置，接地系统是否合理等；对于强、弱电结合的测控系统，应采用光电隔离、电磁隔离等技术，以提高系统的抗干扰性能。（4）电源系统。相互隔离部分的电路必须采用各自独立的电源和地线，切不可混用。同一部分电路的电源，其电压种类应尽量减少。合理安排地线系统，确定哪些单元电路的地线可以相连，哪根地线接机壳、接大地或浮空。

3.软件设计

计算机只有硬件还不能工作，必须有软件（即程序）来控制计算机运行。软件设计贯穿整个系统的设计过程，主要包括任务分析、资源分配、模块划分、流程设计和细化、编码调试等。

在系统方案设计时，曾经画过软件结构框图。那时由于硬件系统没有仔细确定，结构图十分粗略。当硬件设计完成后，就能够明确对软件设计的要求。软件结构设计的任务是确定程序结构，划分功能模块，并详细分析各模块软件的功能，定义好功能软件模块的函数接口，最后进行功能模块软件流程的分析设计。一般结构主程序是先进行各种初始化，然后等待采样周期信号的中断请求。各个功能模块可分为：定时、数据采集、数据处理、控制、显示、报警、通信等。

模块化程序设计是软件设计的基本方法。其中心思想是将一个功能较多、程序量较大的程序按其功能划分成若干个相对独立的程序段（称为程序模块），分别进行设计、调试和查错，最终连接成一个总程序。模块化程序设计方法的优点是：每一模块程序，可以独立设计和调试；方便修改、调用，程序层次清晰，结构一目了然，方便阅读。

4.分析实验现象，学会分析和调试，及时排除故障

在实验过程中，一定要以科学的态度、科学的作风，按照科学的操作方法进行实验。对现象的观察、对待测点状态或波形的测量，要一丝不苟，并实事求是地作好原始数据记录。出了问题应该反复细致地进行观察、测量，要减少对实验指导教师的依赖性，提倡“多思少问”的学风。对于实验结果与理论分析有差别的，应利用学过的理论知识，冷静地分析、判断，找出异常或出错的原因。

实验设计过程中难免出现故障或异常现象，一旦出现故障，千万不要急躁，而要静下心来，以学过的理论知识和基本原理为指导，通过软件开发平台的debug功能，锁定软件结果不正确的位置，然后利用单步追踪功能，观察硬件输出结果是否符合逻辑设计，进行故障排除处理。对于硬件调试，在电源、微型计算机及实验程序均正常的前提下，可从故障现象暴露点出发，从后往前（从输出往输入）逐级地进行观测分析，直至找到故障根源。检测排除硬件故障的常用方法有观察法、插拔法、试探法、交换比较法、静态测试法和动态分析法等。

5.撰写实验报告

实验报告是学生对实验的全面总结，是实验教学过程的重要环节，是对学生撰写科学论文能力的初步培养，可为今后的科学研究打下良好的基础。撰写实验报告还有利于学生不断积累研究资料，总结研究成果，提高实验者的观察能力、分析问题和解决问题的能力，培养其实事求是的科学态度。所以，实验报告必须在科学实验的基础上进行，必须按照具体的实验内容（不管实验结果是成功的还是失败的）独立、认真、真实的完成。（1）实验报告要求

实验报告要求按统一、规范的格式书写或打印，并限期完成。实验报告一般应包括以下几项内容：

◆实验题目：要用最简练的语言反映实验的内容。

◆实验目的：要抓住重点，可以从理论和实践两个方面考虑。

◆实验内容：由实验具体应用要求，提出考核实验结果相应的设计内容及具体的技术指标。

◆实验所用设备器件：选择主要的仪器和材料填写。如能画出实验装置的结构示意图，再配以相应的文字说明则更好。

◆实验系统硬件（包括功能框图和电路原理图）：根据实验任务要求给出详细的硬件设计框图及具体的电路原理图。

◆实验系统软件（包括程序流程图和程序清单）：基于所设计的硬件结构，提出软件结构，绘制流程并编写代码实现功能程序设计。

◆实验数据与波形（包括原始记录）：从实验中测到的数据计算结果，或从图像中观察实验现象。

◆实验结果分析与讨论：根据实验过程中所见到的现象和测得的数据进行讨论，首先要判断实验结果是否与预期一致，然后根据自己所掌握的理论知识和查阅资料所获得的知识，对实验结果进行有针对性的解释、分析，作出结论。讨论可写上实验成功或失败的原因、实验中的异常现象、实验（设计）后的心得体会、改进建议，等等。

◆思考题解答：实验完成后对思考题的解答。

◆收获体会与意见建议：通过实验，实验者在知识结构、实验方法、软硬件设计过程中取得收获或失败经验教训应及时作好总结，并针对实验过程的任务及要求、指导方法、软硬件资源提出建设性的改进建议。（2）撰写实验报告时的注意事项

◆撰写实验报告是一件非常严肃的事情，要讲究科学性、准确性、求实性。一定要看到什么，就记录什么，不能弄虚作假。

◆讨论和结论是实验报告中最具创造性的部分，是学生独立思考、独立工作能力的具体体现，因此应该严肃认真，不能盲目抄袭书本和他人的实验报告。

◆在实验过程中，为了印证一些实验现象而修改数据，假造实验现象等做法，都是不允许的。

◆实验报告中所引用的参考资料应注明出处。

◆实验报告中尽量采用专用术语来说明事物。

◆实验报告中要使用规范的名词、外文、符号、公式等。第4章实验基本条件和支撑平台

1.4.1实验支撑条件

1.pC系列微机1台

pC系列微机用于运行集成开展环境，微机中应配置下列支持软件：

◆Windows Xp操作系统：提供交叉编译软件的运行环境。

◆Keil集成开发软件：提供pC端8051系列单片机汇编、C语言程序设计编辑、编译、仿真及调试环境。

2.硬件开发仿真平台

基于8051系列微控制器及其硬件扩展仿真的实验平台或开发板均可。可根据实验室现有条件配备，但应支持与Keil集成开发环境接口的硬件仿真功能。

3.其他

如万用表、示波器等，用于在实验过程中作静态测试。万用表主要用于测量电路中各点的电压值，或电阻、交直流电压/电流值；示波器用于做硬件扩展性实验时观测动态、静态特性及相关模拟实验的信号观察；等等。

1.4.2硬件实验平台

不同学校使用的微机实验开发系统（平台）各有差异，但是对于课程知识点的要求却是基本相同的。出于实验教程的通用性和适用性的考虑，本实验教程的各个实验项目，对实验的硬件平台都没有特殊的要求，任一款基于51内核的单片机的实验开发平台均可以适用。并且所有实验若改用其他非51型单片机或CpU（DSp、ARM、80×86等）来实现，其实验思路和编程方法同样适用。这也是本实验教程的一大特点。

下面介绍几种目前使用较多的51系列微控制器的开发系统。

1.浙大-天煌ZDGDTh-1型综合实验系统

ZDGDTh-1型综合实验系统是浙江大学光电系和浙江天煌科技事业有限公司共同研制开发的ZDGDTh-1型80C51/C8051/ARM9/CpLD综合实验系统的简称。该系统采用模块化、组合式的设计思想，由一个公共的外设接口和四块不同的CpU核心模块构成。四块不同CpU的核心板分别为80C51、C8051F020、ARM9、CpLD模块，只要更新插拔式的核心模块，就可以构成不同课程的实验系统。80C51模块配备ThKL-C51仿真器、C8051F020模块配备U-CE5下载器、ARM9模块配备Multi-ICE仿真器、CpLD配备有JTAG编程器。同时提供Keil开发平台（80C51、C8051实验），ADS、Linux、Wince交叉编译环境（ARM9实验）、Quartus Ⅱ开发平台（Altera CpLD实验）。目前该实验系统是浙江大学电子信息类专业微机系列课程的实验设备，也成了本科生开展课程项目设计、科研训练和学科竞赛训练的实践平台。

该系统是集多门微机类课程实验内容于一体的组合式模块化的实验平台，可用于各高等院校开设的51单片机、ARM嵌入式系统、EDA等课程的实验教学。

主要指标内容软件功能特点可支持8051系列单片机开发，完全支持Keil，支持在μVision2、μVision3中使用实验仪。可支持Cygnal集成产品公司推出的C8051F系列增强型51单片机开发，完全支持Keil及Cygnal集成开发环境。硬件功能特点自带5V、±12V电源，其中5V电源可提供1A电流，±12V可分别提供500mA电流，含瞬时短路保护和过流保护。

8051单片机支持基于Keil Monitor51的仿真器调试功能（使用ThKL-C51仿真器）；C8051系列单片机支持USB接口的串行适配器（EC5）JTAG仿真功能。

硬件集成以下功能模块：1路USB2.1主、从接口；1路完全功能的CAN总线接口；1路以太网接口；128×64点阵液晶模块及接口；320×240TFT彩色液晶及触摸屏模块；SD卡扩展电路；16×16LED点阵显示模块；步进电机、直流电机及其驱动模块；I2C接口的E2pROM、RTC实时时钟模块；动态、静态段式LED显示及行列键盘模块；SpI接口的hD7279模块；SpI接口的A/D、D/A转换模块；并行扩展的A/D、D/A转换模块；并行扩展的SRAM、Flash ROM模块；RS232、RS485串行通信模块；8个拨码开关、8个LED、8个独立的按键；蜂鸣器控制电路；红外数据收发模块；DS18B20单总线数字温度传感器模块；ISD1720语音控制模块；IIS音频驱动模块；1个8路输出的时钟源；脉冲发生电路；等等。可开展的实验项目实验项目内容可以灵活设置，其中8051单片机及C8051F系列单片机两个核心模块可提供以下几种类型的实验：

1.基础实验

简单输入输出控制实验；音频驱动实验；音乐编程实验；7279阵列式键盘及显示实验；动、静态数码管显示实验；查询式键盘实验；定时器实验；计数器实验；外部中断实验；128×64点阵型液晶显示实验；LED双色点阵显示实验；RS232串口通信实验；RS485通信实验；红外通信实验；SRAM外部数据存储器扩展实验；Flash ROM外部数据存储器实验；ADC0809并行A/D转换实验；DAC0832并行D/A转换实验；十字路口交通灯模拟实验，脉冲周期、频率测量实验。

2.先进接口和通信实验

①1-wire总线基于DS18B20的温度测控实验；

②I2C实时钟pCF8563、串行E2pROM 24C02A应用实验；

③SpI串行A/D实验、串行D/A，7279阵列式键盘与显示实验；

④红外通信实验；

⑤CAN（CAN2.0）总线通讯实验；

⑥USBUSB2.1主、从接口实验；

⑦以太网10M以太网通信实验。

3.微机应用系统实验

①直流电机测控实验；

②步进电机测控实验；

③数字式温度测控实验；

④数据采集系统实验；

⑤多功能信号发生器实验；

⑥电子琴设计实验。

2.启东DVCC-52Jhp型单片机仿真实验系统

DVCC-58Jhp实验系统既支持MCS51单片机的全部原理性实验和单片机接口电路实验，并能仿真开发MCS-51单片机的应用系统，又可以进行8088微机系统的各种应用实系统自带的4×4键盘和8位动态显示数码管、核心CpU模块51单片机和8088微机系统相结合、具有32K数据存储器/程序存储器和64K ROM存放系统监控程序、包含RS232/RS485/hOST USB/SLAVE USB通信接口，可以通过pC上位机在Windows9X/2K、Windows Xp软件支持下进行实验或仿真开发。

主要指标内容软件功能特点仿真实验全新组合工作方式，模拟实际工作环境。提供独立运行、联上位机运行两种工作方式。系统提供能将实验原理、目的、位置图等内容于一体的Windows综合调试软件，便于多媒体教学。硬件功能特点系统提供±5V，±12V工作电源。具有电路保护功能，使用安全、可靠。主机含51CpU和8088CpU。64K程序存储器存放系统监控程序。32K数据存储器/程序存储器存放用户程序和数据。自带4×4矩阵键盘，8位动态数码管。自带51CpU仿真器或直接下载式单片机（由用户选择），USB通信接口。配有12个LED指示灯、8路开关量控制电路、2路手动±单脉冲输出、7路振荡方波信号源、1路模拟电压产生电路、1路逻辑笔测量电路。

配有带驱动的四相步进电机、带驱动的直流电机和红外光电转速测量电路以及带光电隔离器的继电器控制应用电路。提供RS232通信接口。配有单片机常用芯片（A/D 0809，D/A 0832，并行I/O口8255，串行A/D转换TLC549，串行D/A转换TLC5616，8253定时/计数器等）。单片机外部扩展总线包括8位数据总线、地址总线、读写信号和时钟等控制线全部由排针和自锁紧插孔引出。还包括以下模块：2×16字符型液晶显示实验电路、自带T6963C控制器的128×64图形LCD实验电路、I2C应用电路、用A7105实现2.4GISM无线收发一体通信模块、DMA控制器8237应用电路模块、可编程并行接口和可编程定时器接口8155应用模块、双通道虚拟示波器模块、以太网通信接口电路、CAN总线接口电路和红外收发电路、DS1302实时时钟电路、看门狗应用电路、数字温度传感器电路、RS485、hOST /SLAVE USB通信模块。

主要指标内容可开展的实验项目软件项目的内容可提供8051单片机汇编及C51程序设计语言的软件实验。

可提供硬件实验项目内容如下：

1.传统实验

单片机p3、p1口应用，工业顺序控制，并行I/O接口8255应用，简单I/O口扩展输入输出实验，A/D 转换实验，D/A转换实验，步进电机控制实验，小直流电机调速实验，电子音响实验，继电器控制实验，8031单片机串行口应用实验，“看门狗”复位实验，串行A/D转换器TLC549应用，串行D/A转换器TLC5615应用，电机闭环调速实验，E2pROM存储器实验，USB 设备应用设计实验，RS232/485串行通信实验。

2.增强型实验

16×2字符型液晶显示实验，CAN总线接口实验，以太网通信接口实验，语音录放控制实验，I2C智能卡读写实验，接触式IC卡读写实验，串行键盘显示接口ZLG7290应用实验，用A7105实现2.4GISM无线通信实验，红外通信实验，双通道虚拟示波器测量，可编程并行接口和可编程定时器接口8155应用实验。

3.星研STAR ES51pRO单片机实验仪

STAR ES51pRO实验仪提供许多实用、新颖的接口实验，同时提供相应的汇编、C例程程序、使用说明，可以满足大专院校进行单片机课程的开放式实验教学，进行多种接口设计实验、控制实验等；模块化设计，兼容性强，使用方便，易于维护，

主要指标内容软件功能特点完整支持Keil，支持在μVision2、μVision3中使用实验仪；提供公司自主版权的星研集成环境软件；支持USB、并口、串口通信DEBUG。功能强大的项目管理功能，含有调试该项目有关的仿真器、所有相关文件、编译软件、编译连接控制等所有的软硬件信息。硬件功能特点主机含有51CpU，32K SRAM存储器，使C51编制较大实验成为可能。自带4×4键盘，16×16LED点阵显示模块，128×64液晶电陈显示模块，以及键盘LED控制器8279控制的8位LED。自带74hC138译码，8259、8251串行通讯，以及RS232和RS485接口电路。

配有机电控制接口驱动电路及执行单元（步进电机、直流电机、继电器和pWM），配有双通道虚拟示波器，配有各种单片机常用I/O接口芯片（74hC244、74hC273扩展简单的I/O口，串行A/D、D/A，并行A/D、D/A，74hC164串并转换、74hC165并串转换，8253定时/分频），配有各个串行接口模块，如I2C、SpI、Microwire、红外通信、CAN和CAN2.0、USB、USB1.1、USB2.0、10M以太网模块、蓝牙模块，配有各种新型应用电路，新型接口和主机集成与一体，如I2C应用电路，应用于24C02芯片，128×64点阵LCD显示应用电路，16×16点阵LED应用电路，压力传感器，流电机转速测量，使用光电开关测量电机转速，数字式温度控制，频率发生器，单脉冲发生器，语音模块，蜂鸣器驱动电路。可开展的实验项目软件项目的内容可提供8051单片机汇编及C51程序设计语言的软件实验。

可提供硬件实验项目内容如下：

1.传统实验

8259中断实验和8237DMA传送实验，74hC244、74hC273扩展简单的I/O口、蜂鸣器驱动电路，74hC138译码，74hC164串并转换，74hC165并串转换实验，8250串行通讯实验，8251串行通讯实验，RS232和RS485接口电路，8155、8255扩展实验，8253定时、分频实验，128×64液晶电阵显示模块，16×16LED点阵显示模块，键盘LED控制器8279，并配置了8位LED、4×4键盘，32位数据RAM读写，使用C51编制较大实验成为可能，并行A/D实验，并行D/A实验，光电耦合实验，直流电机控制，步进电机控制，pWM脉宽调制输出接口，继电器控制实验，逻辑笔，打印机实验电子琴实验，74hC4040分频得到10多种频率，另外提供8个拨码盘、8个发光二极管、8个独立按键，单脉冲输出。

2.新颖实验

录音、放音模块实验，压力传感器实验，频率计实验，接触式IC卡读写实验，非接触式IC卡读写实验（扩展模块）。

3.串行接口实验

①一线DALLAS公司的18B20测温实验；

②I2C实时钟pCF8563、串行E2pROM24C02A、键盘LED控制器实验；

③SpI串行D/A、串行A/D实验、串行E2pROM及看门狗X5045；

④Microwire总线的串行E2pROM、AT93C46；

⑤红外通信实验；

⑥CANCAN2.0（扩展模块）；

⑦USBUSB2.1、USB2.0（扩展模块）；

⑧以太网10M以太网模块（扩展模块）；

⑨蓝牙（扩展模块）。

4.闭环控制

门禁系统实验；压力传感器实验；旋转图形展现实验；RTX-51Real-Time OS；直流电机转速测量，使用光电开关测量电机转速；直流电机转速控制，使用光电开关精确控制电机转速；数字式温度控制。

5.实验扩展区

可以提供USB2.1、USB2.0、10M以太网接口的TCp/Ip实验模块，CAN总线、非接触式IC卡、双通道虚拟示波器、虚拟仪器、读写优盘、CpLD、FpGA模块。

1.4.3软件开发环境

机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51。随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展。

1.Keil开发平台

Keil软件是目前最流行的开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。Keil开发平台是众多单片机应用开发的优秀软件之一，支持汇编，pLM 语言和C 语言的程序设计，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具，具有令开发者事半功倍的功效。由于Keil对8051单片机及其衍生产品以及对第三方提供的仿真驱动具有良好的兼容性，几乎成为8051系列单片机开发者的首选平台。Keil开发平台的特征及性能如，Keil μVision仿真软件使用说明。eil开发平台的特征及性能

主要指标性能及特征集成开发环境Keil C51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境，同时保留了汇编代码高效、快速的特点。集成开发环境包含：编译器、汇编器、实时操作系统、项目管理器及调试器。C51V9版本是目前最高效、灵活的8051开发平台。它可以支持所有8051的衍生产品，也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持其他第三方的开发工具。

工程是采用分组形式对源文件进行管理，使项目管理结构更为清晰。

μVision2包含一个器件数据库（device database），可以自动设置汇编器、编译器、连接定位器及调试器选项，来满足用户充分利用特定微控制器的要求。μVision2可以为片外存储器产生必要的连接选项：确定起始地址和规模。

μVision2编辑器包含了所有用户熟悉的特性。彩色语法显像和文件辨识都对C源代码进行优化。可以在编辑器内调试程序，它能提供一种自然的调试环境，使用户可以更快速地检查和修改程序。

集成源及浏览器利用符号数据库使用户可以快速浏览源文件。用详细的符号信息来优化用户存储器。

文件寻找功能：在特定文件中执行全局文件搜索。

工具菜单：允许在集成开发环境下启动用户功能。

可配置SVCS接口：提供对版本控制系统的入口。

pC-LINT接口：对应用程序代码进行深层语法分析。

Infineon的EasyCase接口：集成块集代码产生。

Infineon的DAVE功能：协助用户的CpU和外部程序。DAVE工程可被直接输入μVision2。续表

主要指标性能及特征C编译器Keil 8051及251开发套件包含不同的C编译器以实现对衍生产品的最优化支持。

C51编译器支持传统的8051系列、8051Ip核、Dallas Contiguous Mode及其他扩展型产品；C51编译器支持飞利浦8051MX及SmartMX产品；C251编译器支持251及具有251核的相关产品；基于C51编译器可以采用C源代码完全访问所有的硬件模块。

快速32位IEEE浮点数学运算；高效的中断代码和直接寄存器分组控制；目标可位寻址；细致的语法检查并附详细的警告信息；高效AJMp和ACLAA指令利用率；代码程序存储空间和变量存储空间可超出64KB；可定义寄存器参数和动态寄存器变量；全局寄存器优化；共用代码统一子例程优化；多数据指针的利用；片上算术运算单元利用；通用及特定存储空间指针的定义；函数可重入及寄存器分组的独立代码；全面的调试及源代码浏览信息；简易的汇编语言接口。连接器标准代码分组连接器使得用户可以在标准8051产品上增加超过64KB程序访问空间。L51扩展连接器增加了对更多的设备支持，并进一步加强Keil C51编译器的功能性。

连接代码：对一个完整程序分组分析，即使对于代程序空间分组的应用，也可为公共代码创建同一子例程，并尽可能地利用AJMp和ACALL指令替代长指令LJMp和LCALL。

递增的连接功能允许用户根据多应用编程或Flash ROM更新需求，将程序分解成多个功能化的模块。

远访问程序空间支持允许用户在标准8051产品基础上访问16MB变量空间，且远访问程序空间类型可以用作特殊的存储器类型。

所有公共符号定义上进行详细的数据类型检查，可很好地提高程序的质量。调试器μVision2调试器提供源代码级的程序调试追踪功能，具有传统特征分析功能，如简易及复杂的断点设置、监控窗口、执行控制等，并有高级特征分析功能，如性能分析器、代码覆盖及逻辑分析仪等功能。

μVision2调试器可在程序所运行的pC端设置纯模拟仿真器或者作为程序运行用户硬件平台的目标调试器。周期精确的μVision2模拟仿真器具有纯软件模拟功能，可以在缺少目标硬件平台基础上仿真多数8051/251产品。μVision2可以方便地调试外设包括I/O口、CAN、I2C、SpI、UART、A/D及D/A转换器、E2pROM和中断控制器。仿真的外围设备取决于从μVision2器件库选择的器件类型。仿真模式可在程序所运行的pC端设置纯模拟仿真器；

支持评估板及目标硬件仿真的Monitor-51；

支持Dallas连续地址模式运行的设备仿真器MON390；

支持标准8051在系统调试的设备仿真器ISD51；

支持philips LpC900系列编程器及仿真器EpM900；

支持Atmel单片机仿真器FlashMON；

支持Analog微控制器仿真器MONADI；

支持英飞凌XC800、恩智浦952/954及意法upSD3000系列单片机仿真器ULINK2；

对第三方提供的仿真驱动具有良好的兼容性。

2.IAR开发平台

IAR Embedded Workbench是一套高度精密且使用方便的嵌入式应用编程开发工具。该集成开发环境中包含了IAR的C/C++编译器、汇编工具、链接器、库管理器、文本编辑器、工程管理器和C-SpY调试器。通过其内置的针对不同芯片的代码优化器，IAR Embedded Workbench可以为8051系列芯片生成非常高效和可靠的Flash/pROMable代码。IAR系统不仅有这些过硬的技术，其还可为用户提供专业的全球技术支持。IAR开发平台的特征及性能如。

主要指标性能及特征集成开发环境模块化、可扩展的集成开发环境，创建和调试嵌入式应用程序的无缝集成开发环境；强大的工程管理器允许在同一工作区管理多个工程；层次化的工程表示方法；自适应窗口和浮动窗口管理；智能的源文件浏览器；编辑器带有代码模板并支持多字节；工具选项可以设置为通用的源文件组或者单个的源文件；灵活的工程编译方式，如编译批处理、前/后编译或在编；译过程中访问外部工具的客户定制编译；集成了源代码控制系统；现成的头文件、芯片描述文件以及链接器命令文件，可支持绝大多数芯片；带有针对不同8051评估板的代码和工程范例。C编译器支持C和C++；自带MISRA C检查器；完全支持大多数经典型和扩展型8051架构。

针对特定目标的嵌入式应用程序语言扩展：

-用于数据/函数定义以及存储器/类型属性声明的扩展关键字；

-用于控制编译器行为（比如怎样分配内存）的pragma指令；

-C源码形式的内在函数可直接访问低级处理器操作。

通过专用运行时的库模块来支持硬件乘法器外设模块；用户可以控制寄存器的使用情况，从而获得最优的性能；支持DATA，IDATA，XDATA，pDATA和BDATA；支持编译器和库中的DpTp乘法；SFR寄存器位寻址；最多可以使用32个虚拟寄存器；完全支持C++中的存储器属性；C/C++中的高效中断处理；IEEE兼容的32位浮点型计算；C/C++和汇编混合列表；支持内联汇编；高度优化的可重入代码模型，便于工程在不同目标系统之间移植；对代码的大小和执行速度多级优化，允许不同的转换形式；先进的全局优化和针对特定芯片优化相结合，可以生成最为紧凑和稳定的代码。

包含所有必需的ISO/ANSI C/C++库和源代码；为所有的低级程序，如writechar和readchar，提供完整源代码轻量级Runtime库，可由用户根据应用的需要自行配包含完整源代码用于创建和维护库工程、库和库模块的库工具入口点和符号信息清单。连接器产生完全链接、重定位和格式生成的Flash/pROMable代码；灵活的段命令，允许对代码和数据的放置进行细节化控制；优化链接，移除不需要的代码和数据；直接链接原始二进制图像，例如直接链接多媒体文件；运行时代码校验和计算检测（可选）；全面的交叉参考和相关的存储映射；支持超过30种工业标准输出格式，兼容绝大多数流行的调试器和仿真器。调试器集成最先进的C-SpY调试器；复杂代码和数据断点；非常精细的运行控制尺度（函数调用级的步进）；堆栈窗口监测存储器的使用和堆栈的完整性，甚至在高度优化前提下也完全支持堆栈展开；代码覆盖率和profiling性能分析工具；带表达式的跟踪功能，以查看代码运行的历史；对寄存器、结构、调用链、本地变量、全局变量和外围接口寄存器进行全面监控；观察窗口显示智能STL容器；符号存储器窗口和静态观察窗口；I/O和中断仿真；真正的边编辑边调试；支持拖放操作；内置支持OSEK Run Time Interface插件的RTOS-aware 调试。续表

主要指标性能及特征仿真模式EW8051的C-SpYR调试器支持以下仿真方式：

模拟仿真；

IAR ROM-monitor仿真；

Analog Devices ROM-monitor仿真；

Chipcon JTAG仿真；

Silabs调试仿真器；

含工程模板的IAR ROM-monitor仿真，让用户可以对其他的8051开发板和开发套件进行重配置；

其他第三方仿真方式。第5章实验1内存操作实验

1.实验目的

①掌握数据传送类指令及使用方法；

②掌握各种数据传送指令的寻址方式；

③熟练在Keil环境下对汇编程序进行调试；

2.预习要求

①理解数据传送指令和循环指令的使用；

②理解如何对内部寄存器、内部RAM、外部RAM的读写；

③理解各种寻址方式及相应的寻址空间；

④认真预习本节实验内容，编写实验程序。

3.实验条件

①pC微机一台；

②Keil μVision2软件开发环境。

4.实验说明

8051系列单片机的几个数据存储空间列于，不同的RAM空间在地址编排上有重复，为了实现对不同RAM区的正确操作，51系列单片机从硬件上规定了访问不同RAM区域要采用不同的寻址方式，这就造成了不同RAM区数据访问速度是不一样的，其中DATA区的数据访问速度最快，编程时如果想追求效率，变量应尽量定义到这个区域，特别是需要频繁访问的变量。

5.基础型实验

①下列程序的功能是给外部RAM8000～80FFh的256个单元赋值，赋值的内容取决于程序中A的赋值，程序流程如图2-1所示。在Keil环境运行该程序，并观察寄存器及存储单元内容的变化。

②下列程序将3000h开始的256个单元内容复制到4000h开始的256个单元中。

③在Keil环境运行如下程序，观察寄存器及存储单元的变化，将变化结果注释于右侧，并说明程序的功能。若将程序中MOV A，@R0改成MOVX A，@R0；MOV @R1，A改成MOVX @R1，A。运行如下程序，观察寄存器及存储单元的变化。

6.设计型实验

①在Keil环境下，修改内部RAM 30h～3Fh的内容分别为00h～0Fh，设计程序实现将内部RAM 30h~3Fh单元的内容复制到40h~4Fh中。

②在Keil环境下，修改内部RAM 30h～3Fh的内容分别为00h～0Fh，设计程序实现将内部RAM 30h～3Fh单元的内容复制到片外1030h～103Fh中。

③设计程序将外部64KB XRAM高低地址存储单元的内容互换，如0000h与0FFFFh，0001h与0FFFEh，0002h与0FFFDh，…，互换，互换数据个数为256。

7.实验扩展及思考

①设计程序实现将外部XRAM 0000h起始的512个字节数据传送到外部XRAM 2000h起始的512个存储单元中。

②若源数据块地址和目标数据块地址有重叠，程序该如何设计（用地址减1方法移动块）？假设源数据块地址2000h，目标数据块地址2050h，移动块长度80h，试设计程序实现该功能。

③采用R0，R1与采用DpTR对外部XRAM寻址有何区别？如何保证两种指令操作访问的XRAM地址是一致的？

④如何设计将外部64KB XRAM高低地址存储单元的内容互换并且互换数据个数>256个的程序？第6章实验2数制及代码转换实验

1.实验目的

①了解微机系统中的数制与代码表示方法；

②掌握计算机中使用的各种代码转换方法；

③掌握实现分支、循环的指令及其程序的编写方法。

2.预习要求

①理解十进制数、十六进制数的数制表示方法；

②理解BCD码、ASCII码的编码方式；

③如何实现十六进制数与BCD码之间的转换；

④如何用ASCII码表示十六进制数；

⑤如何实现ASCII码与BCD码之间的转换；

⑥预习本节实验内容，编写实验程序。

3.实验条件

①pC微机一台；

②Keil μVision2软件开发环境。

4.实验说明

不同数制之间、代码之间的转换，是微机中常用的转换方式。微机系统常用的数制与代码主要有以下几种：

①十进制数（decimal number）

十进制数是日常生活中使用最广的计数制。组成十进制数的符号有0，1，2，3，4，5，6，7，8，9共10个符号，我们称这些符号为数码。在十进制中，每一位有0～9共10个数码，所以计数的基数为10，超过9就必须用多位数来表示。十进制数的加法运算遵循“逢十进一”，减法运算遵循“借一当十”。

②十六进制（hexadecimal number）

计算机系统能处理的是二进制数。但对于人们书写及记忆来说，当位数较多时，会比较困难，因此，通常将二进制数用十六进制表示。十六进制是计算机系统中除二进制数之外使用较多的进制，其遵循的两个规则为：有0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F共16个数码，分别对应于十进制数的0~15；十六进制数的加减法的进/借位规则为逢十六进一，借一当十六。

③BCD码（binary-coded decimal）

BCD码是用二进制编码的十进制代码。这种编码用4位二进制数表示1位十进制数中的0～9，使二进制和十进制之间的转换得以快捷地进行。

BCD有两种形式，压缩BCD码和非压缩BCD码。压缩BCD码是用4位二进制数表示1位十进制数，如用4位二制数表示个位，4位二进制数表示十位，然后百位，依此类推。非压缩的BCD码用8位二进制数表示一个十进制数位，其中低4位是BCD码，高4位是0。

④字符（英文，包括字母、数字、标点、运算符等）编码

字符的编码采用国际通用的ASCII码（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码），每个ASCII码以1个字节（Byte）储存，00h到7Fh分别代表128个数字、字母、符号的ASCII码。例如大写A的ASCII码是41h，小写a则是61h。128个ASCII码中，其中有96个可打印字符，包括常用的字母、数字、标点符号等，另外还有32个控制字符。标准ASCII码使用7个二进制位对字符进行编码，对应的ISO标准为ISO646标准。字母和数字的ASCII码的记忆是非常简单的。我们只要记住了一个字母或数字的ASCII码（例如记住A为41h），知道相应的大小写字母之间差20h，就可以推算出其余字母的ASCII码。

5.基础型实验

①以下程序完成单字节的ASCII码到十六进制数转换，完成空白处程序填写，并在Keil环境运行程序，观察寄存器及相应地址内存单元内容的变化。

6.设计型实验

①将30h、31h单元中的十六进制数，转换成ASCII码，存放到40h开始的4个单元中。

②单字节十六进制数转换为十进制数的程序设计。设单字节十六进制数存放在内部RAM 30h 中，结果要求存放到内部RAM 40h~41h中。

③单字节压缩BCD码数转换成十六进制数的程序设计。设压缩BCD码数存放在内部RAM 30h中，结果要求存放在内部RAM 40h中。

7.实验扩展及思考

①多字节十六进制数转换为十进制数的程序设计。设多字节十六进制数存放在内部RAM 30h 开始的单元中，要求结果存放在内部RAM 40h开始的单元中。

②多字节压缩BCD码数转换成十六进制数的程序设计。设压缩BCD码数存放在内部RAM 30h开始的单元中，要求结果存放在内部RAM 40h开始的单元中。

③ASCII码与十六进制数如何实现相互转换？

④多字节十六进制数转换为十进制数的方法？给出数学表达。第7章实验3算术运算实验

1.实验目的

①掌握算术运算指令的使用及循环程序的编写方法；

②掌握BCD码、补码表示数值的方法。

2.预习要求

①理解8051单片机的算术运算指令；

②理解补码表示数值的方法；

③理解压缩、非压缩BCD码表示数值的方法；

④如何实现多位数的BCD码加、乘、除运算；

⑤如何实现多位数的BCD码减法运算；

⑥预习本节实验内容，编写实验程序。

3.实验条件

①pC微机一台；

②Keil μVision2软件开发环境。

4.实验说明

在计算机中，表示数值的数字符号只有0和1两个数码，对于带符号数，规定最高位为符号位，用0表示正数，用1表示负数。这样，机器中的数值和符号全“数码化”了。为简化机器中数据的运算操作，采用了原码、补码、反码等几种方法对数值位和符号位统一进行编码。为区别起见，我们将数在机器中的这些编码表示称为机器数（如：10000001），而将原来一般书写表示的数称为机器数的真值（如：-0000001）。

①原码表示法

原码表示法是一种简单的机器数表示法，即符号和数值表示法，设x为真值，［x］原为机器数表示。例：若x=1100110，则［x］原=01100110

若x=-1100111，则［x］原=11100111

②反码表示法

正数的反码就是真值本身；负数的反码，只需对符号位以外各位按位“求反”（0变1，1变0）即可。例：若x=1100110，则［x］反=01100110

若x=-1100111，则［x］反=10011000

③补码表示法

负数用补码表示时，可以把减法转化成加法。正数的补码就是真值本身；负数的补码是符号位为1，数值各位取反（0变为1，1变为0），最低位加1。例：

若x=1100110，则［x］补=01100110

若x=-1100111，则［x］补=10011001

从上面关于原码、反码、补码的定义可知：一个正数的原码、反码、补码的表示形式相同，符号位为0，数值位是真值本身；一个负数的原码、反码、补码的符号位都为1，数值位原码是真值本身，反码是各位取反，补码是各位取反，最低位加1。真值0的原码和反码表示不唯一，而补码表示是唯一的，即

［+0］原=000…0，［-0］原=100…0

［+0］反=000…0，［-0］反=111…1

［+0］补=［-0］补=000…0

不同编码表示的整数的范围如下（以n位二进制位为例）：

原码：-2n-1-1~2n-1-1

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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