1、SOC单片机原理及应用实验指导SOC单片机原理及应用实验指导书C语言版Version 5.02013.02 目 录实验一 Keil uVision2 开发环境入门 2实验二 单片机最小系统设计 4实验三 单片机人机接口设计 6实验四 SPI按键显示接口设计 7实验五 数字频率计设计 8实验六 数据采集系统设计 10实验七 函数信号发生器设计 11实验一 Keil uVision2 开发环境入门一、实验目的1. 初步熟悉Keil uVision2 开发环境的使用。2. 了解汇编语言程序设计和调试方法。二、实验内容1. 存储块清零程序设计。指定内部RAM中某块的起始地址和长度，要求能将其内容清零。
2、2. 二进制到BCD转换。将给定的一个单字节二进制数，转换成非压缩的二十进制(BCD)码。三、实验说明 通过本实验，初步熟悉Keil uVision2 开发环境的使用了解单片机的存储器结构及读写存储器的方法，了解各种数制之间的转换，同时也可以了解单片机编程、调试方法。四、实验仪器和设备 PC机、Keil uVision2软件。五、实验原理及参考程序流程图 否 是图1 存储器块清零参考程序流程图图2 单字节二进制数转换成非压缩BCD码程序流程图实验二 单片机最小系统设计一、实验目的1. 掌握C8051F020单片机最小系统设计方法。2. 进一步熟悉Keil uVision2 开发环境的使用。3.
3、 了解C语言程序设计和调试方法。4. 熟悉C8051F优先权交叉开关译码器，掌握I/O口交叉开关设置和引脚配置。5. 了解C8051F单片机内部和外部振荡器结构和配置方法。二、实验内容1. C8051F020单片机最小系统设计、制作与调试。2. C8051F020单片机系统时钟配置为外部晶体振荡器。3. I/O口交叉开关配置。为UART0、/INT0和/INT1分配端口引脚。将P1.2、 P1.3 和P1.4配置为模拟输入。4. 在P1.7输出一个矩形波，用示波器观察波形，并记录信号频率、周期与脉宽；改变系统时钟为外部晶体振荡器的二分频，并记录信号频率、周期与脉宽。三、实验说明 通过本实验，掌
4、握C8051F020单片机最小系统设计、制作和调试方法；进一步初步熟悉Keil uVision2 开发环境的使用；了解C8051F020单片机的I/O口交叉开关和振荡器及配置使用；了解C语言程序设计和调试方法。四、实验仪器和设备 PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理及参考程序流程图1. 最小系统原理框图2. C8051F系列MCU振荡器每个C8051F系列MCU都有一个内部振荡器和一个外部振荡器驱动电路，每个驱动电路都能产生系统时钟，MCU在复位后从内部振荡器启动。系统时钟可在内部振荡器和外部振荡器之间进行切换。也可以在选择内部振荡器
5、时让外部振荡器保持在允许状态，这样可以避免在系统时钟被切换到外部振荡器时的启动延迟。外部振荡器具有很高的可配置性，为系统设置者提供了多种选择。时基信号可以从外部CMOS电平时钟源、晶体或陶瓷谐振器、RC组合电路或外部电容获得。内部和外部振荡器的工作受两个SFR寄存器控制，即OSCICN内部振荡器控制寄存器和OSCXCN外部振荡器控制寄存器。3. C8051F020交叉开关配置C8051F020单片机内部的数字和模拟资源可以通过P0P3，32个I/O引脚使用。每个端口引脚都可以被定义为通用I/O（GPIO），又可以分配给一个数字外设或功能（例如：UART0 或/INT1），如图所示。其中P1口的
6、引脚可以用做ADC1的模拟输入。设计者完全控制数字功能的引脚分配，只受I/O引脚数的限制。这种资源分配的灵活性是通过使用优先权交叉开关译码器实现的。图4 交叉开关原理框图端口 I/O 初始化包括以下步骤：1) 用端口输入方式寄存器（PnMDIN）选择所有端口引脚的输入方式（模拟或数字）。2) 用端口输出方式寄存器（PnMDOUT）选择所有端口引脚的输出方式（漏极开路或推挽）。 3) 将引脚分配给要使用的外设。5) 使能交叉开关（XBARE = 1）。4. 程序流程图实验三 单片机人机接口设计一、实验目的1. 掌握单片机简单人机交互接口电路的设计方法。2. 进一步熟悉C8051F020单片机I/
7、O口交叉开关设置和I/O端口的使用。3. 掌握独立式按键和LED显示接口电路和程序设计方法。二、实验内容1. C8051F02单片机按键（3个）和LED（4个）显示接口电路设计、制作与调试。2. 用按键输入脉冲，在P1口按16进制计数方式点亮发光二极管。其中一个按键为加法计数键，一个按键为减法计数键，最后一个为清零键。三、实验说明通过本实验，掌握单片机简单人机交互接口电路的设计、制作和调试方法和程序设计方法。进一步熟悉C8051F020单片机的I/O口交叉开关和振荡器及配置使用；熟悉C语言的模块化程序设计方法。必须用模块化方法进行C语言程序设计。四、实验仪器和设备 PC机、Keil uVisi
8、on2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理1. LED显示接口电路图5 LED接口电路2. 独立式按键接口电路图6 独立式按键电路实验四 SPI按键显示接口设计一、实验目的1. 掌握ZLG7289专用按键显示芯片电路设计。2. 掌握SPI通信程序设计方法。3. 掌握基于ZLG7289按键显示驱动程序设计。二、实验内容1. ZLG7289专用按键显示芯片接口电路设计、制作与调试。2. ZLG7289按键显示驱动程序设计。(1)设计一个秒表。要求：计时精度为10ms，计时范围为1000秒；显示格式为：XXX.XX；功能按键：启动、停止、清零。(2)设计一个定时器。要求：能
9、够输入定时时间，定时最长时间为99分59秒；按启动键后开始倒计时，数码管显示当前剩余时间，每秒钟刷新一次数码管显示的数值；定时时间到达后，用数码管闪烁指示。三、实验说明通过本实验，掌握ZLG7289专用按键显示芯片接口电路设计、制作与调试；掌握SPI串行通信接口驱动程序设计；掌握基于专用芯片的人机交互程序设计方法。逐步掌握C语言的模块化程序设计方法。必须用模块化方法进行C语言程序设计。四、实验仪器和设备 PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理参考ZLG7289使用说明。实验五 数字频率计设计一、实验目的1. 掌握单片机片内定时器的使用方
10、法。2. 掌握基于单片机片内定时器的数字频率计设计方法。二、实验内容基于单片机片内定时器的数字频率计设计。要求：（1） 测频率范围：10Hz 10K Hz。为保证测量精度分为三个频段： 10Hz 100 Hz 100Hz 1K Hz 1 K Hz 10K Hz当信号频率超过规定的频段上限时，设有超量程指示。三个频段之间用手动切换。（2） 输入波形：低频函数信号发生器输出的矩形波，幅度为3V 。（3） 测量误差：1%。（4） 显示和响应时间：测量结果用三位半导体数码管显示，要求显示数码稳定清晰。三个频段的最大显示数分别为99.9 Hz，999. Hz，9.99 K Hz，为此需要控制小数点位置，
11、并用两个发光二极管分别显示频率单位：Hz 或K Hz，详见表1。表1频率范围小数点位置单位响应时间10Hz f 100 Hz.Hz12秒100Hz f 1KHz.Hz2秒1 KHz f 10KHz.K Hz2秒三、实验说明通过本实验，掌握单片机片内定时器的使用方法，了解数字频率计的测量原理及测量电路设计方法。掌握基于单片机的数字频率计工作原理与设计方法。必须用模块化方法进行C语言程序设计。四、实验仪器和设备 PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理频率测量的方法常用的有测频法和测周法两种。（1） 测频法测频法的基本思想是让计数器在闸门信号
12、的控制下计数1秒时间，计数结果是1秒内被测信号的周期数，即被测信号的频率。若被测信号不是矩形脉冲，则应先变换成同频率的矩形脉冲。测频法的原理框图如图6所示。图中，秒脉冲作为闸门信号，当其为高电平时，计数器计数；低电平时，计数器停止计数。显然，在同样的闸门信号作用下，被测信号的频率越高，测量误差越小。当被测频率一定时，闸门信号高电平的时间越长，测量误差越小。但是闸门信号周期越长，测量的响应时间也越长。例如，闸门信号高电平时间为1秒，被测信号频率的真值为2Hz，如图2-2-2所示。由图可知，无论被测信号的频率是多少，测量时可能产生的最大绝对误差均为1Hz，即 f测-f真=1Hz所以，最大相对误差为
13、 max= （f测-f真）/ f真=1/ f真由上式可知，在闸门信号相同时，测频法的相对误差与被测信号的频率成反比。因此测频法适合于测量频率较高的信号。（2） 测周法当被测信号频率较低时，为保证测量精度，常采用测周法。即先测出被测信号的周期，再换算成频率。测周法的实质是把被测信号作为闸门信号，在它的高电平的时间内，用一个标准频率的信号源作为计数器的时钟脉冲。若计数结果为N，标准信号频率为f1，则被测信号的周期为 T = T1N被测信号的频率为 f = 1/T1N = f1/N利用测周法所产生的最大绝对误差，显然也等于1个标准信号周期。如果被测信号周期的真值为T真= T1N，则T测= T1（N1
14、） max= （f测-f真）/ f真= T真/T测 1=1/（N1）由上式可知，对于一定的被测信号，标准信号的频率越高，则N的值越大，因而相对误差越小。（3） 低频段的测量鉴于上述困难，对于低频信号，为了达到规定的精度，要采取一些比较特殊的方法。例如，可考虑将被测信号倍频后再用测频法测量。或将闸门信号展宽。由于倍频电路比较复杂，所以一般采用后一种方法，实际上闸门信号展宽与被测信号倍频在效果上是相同的。闸门信号展宽比较容易做到，例如采用分频电路就可以实现。若闸门信号高电平时间从1秒展宽到10秒，则相对误差可以按比例下降，但响应时间也增大相同的比例。实验六 数据采集系统设计一、实验目的1. 掌握单
15、片机片内ADC及温度传感器的使用及应用程序设计二、实验内容应用单片机片内ADC实现数据的采集，使用片内温度传感器实现温度的测量。要求：1. 应用C8051F020单片机片内温度传感器实现温度的测量，并用数码管显示实测温度值，显示精度为0.1oC。2. 应用C8051F020单片机内ADC实现两路数据的采集，要求对外部输入0-2V的直流电压进行数据采集，测量精度为5mV，显示精度为0.001V。3. 两种采集功能可以用按键进行切换，可以用按键控制数据采集的通路。三、实验说明通过本实验，掌握单片机片内ADC使用方法，掌握基于单片机的数据采集系统的工作原理与设计方法。必须用模块化方法进行C语言程序设
16、计。四、实验仪器和设备 PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理C8051F020单片机内ADC的工作原理及使用参考C8051F020数据手册。实验七 函数信号发生器设计一、实验目的1. 掌握单片机片内DAC的使用及应用程序设计二、实验内容应用C8051F020单片机内DAC设计制作一个简单的函数信号发生器，该信号发生器能产生正弦波、方波、三角波。要求：1. 输出波形的频率范围为100Hz10kHz；频率可调，频率步进间隔100Hz。2. 输出波形幅度范围02V（峰-峰值）。3. 具有显示输出波形的类型、频率的功能。三、实验说明通过本实验，掌握单片机片内DAC使用方法，掌握基于单片机函数信号发生器的工作原理与设计方法。必须用模块化方法进行C语言程序设计。四、实验仪器和设备 PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理C8051F020单片机内DAC的工作原理及使用参考C8051F020数据手册。
