DTHS-A
教学实验平台
单片机实验指导
（MCS-51分册）
山东理工大学
目录
第一章系统概述 (1)
1.1上部扩充区（简称上板） (1)
1.2中部核心控制区（简称中板） (2)
1.3下部常规实验区（简称下板） (3)
第二章单片机接口实验 (8)
实验一74LS138译码实验 (8)
实验二P1口亮灯实验 (10)
实验三P1口转向灯实验 (12)
实验四P3.3口输入，P 1口输出 (14)
实验五工业顺序控制 (16)
实验六外部中断实验 (18)
实验七定时／计数器实验 (20)
实验八8255 A.B.C口输出方波 (22)
实验九8255并行口实验：A口输入，B口输出 (23)
实验十8255并行口实验：模拟交通灯 (25)
实验十一I/O口扩展实验 (27)
实验十二A/D模数转换实验 (29)
实验十三D/A数模转换实验 (31)
实验十四音频驱动实验 (33)
实验十五继电器控制实验 (34)
实验十六步进电机控制实验 (35)
实验十七8253定时／计数器实验 (37)
实验十八并／串、串／并转换实验 (39)
实验十九外部数据存储器扩展实验 (41)
实验二十MCS-51串行口应用实验——双机通信 (42)
实验二十一MCS-51串行口应用实验——与PC通信 (43)
实验二十二DS18B20数字温度传感器实验 (45)
实验二十三DS18B20温度闭环实验 (46)
实验二十四直流电机调速实验 (48)
实验二十五LED 16×16点阵显示实验 (50)
实验二十六8255键盘显示实验 (52)
实验二十七LCD128×64液晶显示实验 (54)
实验二十八逻辑加密IC存储卡读写实验 (55)
实验二十九8251串行通信实验 (61)
实验三十8259中断控制实验 (63)
实验三十一串行A/D转换实验 (65)
实验三十二串行D/A转换实验 (66)
实验三十三红外遥控实验 (67)
实验三十四V/F转换实验 (68)
实验三十五PWM转换实验 (70)
实验三十六AT24C02串行存储器实验 (71)
实验三十七X5045P看门狗实验 (72)
实验三十八DS1302实时时钟实验 (73)
实验三十九微型打印机实验 (74)
实验四十RS485差分串行通信实验 (75)
实验四十一CAN-bus现场总线控制实验 (77)
实验四十二基于以太网接口的TCP/IP实验 (79)
实验四十三USB通用串行总线实验 (85)
第一章系统概述
DTHS-A是由山东理工大学、淄博耐思科技有限公司设计制造的单片机与微机接口通用型实验台，它以常规实验设备的开放式实验环境为基础，增加了在线检测模式，在自定义环节融入轨迹捕捉，影射和展现实验电路搭接的全过程，为互动教学活动的展开创造了一个较为完整与规范的实践平台。
DTHS-A实验台由三个部分组成：上部为实验台扩充区，适用于课程设计及实验电路与模块的扩展；中部为实验台核心控制区，主要由通用仿真器、在线控制器、轨迹捕捉器及机电与单总线等实验模块组成；下部为实验台常规实验区，适用于基础性教学实践活动。
DTHS-A实验台支持NICE自主研发的集成开发环境，并与KEIL/MPLAB/A VRStudio 等主流开发环境无缝结合。
1.1上部扩充区（简称上板）
1)直流电压表
上板右上角配有数字式直流电压表，其量程为±20V；电压表左测的钮子开关用于选择电压表的检测来源。
①信号源测量
该钮子开关拨向“外”方向时，位于电压表下方的红孔为电压表输入端（+20V~-20V），其黑孔为电压表直流地端（非负极性输入端），该端与本工位的“GND”己连接互通，仅适用于实验台二工位之间GND的并端，不允许加载负极性或与“GND”相冲突的信号源；
②内置源监视
该钮子开关拨向“内”方向时，由位于钮子开关上方的2×3波段开关选择与确认当前监视源。我们强调监视源的选择应在掉电方式下进行，即在关闭直流源的前提下才能拨动波段开关选择当前监视源，否则会引发+5V、+12V、-12V之间的瞬间短接，对低压供电器件的损伤率极高，亦危及开关电源的寿命。
2)微型打印机
上板偏左上方配有智能窗式针型打印机,位于钮子开关下方的双排八芯座为它的总线口，“STB”孔为打印命令控制端，“BUSY”为打印机忙闲标志，“ERR”为打印机出错标志。
3)逻辑加密存储卡
存储卡正下方为该卡读写加密控制端，该卡左边为插卡口，该卡右边定义状态标志指示。
4)CPLD扩展
上板右下方为CPLD逻辑控制器设计与实践区域，选用Xilinx XC9572为硬布线控制器，配有下载口，用符合Xilinx标准的下载电缆即可实现针对XC9572的逻辑设计与编程。
5)扩充区
上板左下方为自行设计区域，该区域正下方为阻容件、晶体、三极管、二极管扩充区，该区域左上方为门电路、运放等IC-14以下芯片及集成电阻的扩充区，该区域右上方为IC-40以下集成器件扩充区。
1.2中部核心控制区（简称中板）
1)CPU单元
中板左上方为实验台CPU选择单元，目前可适配的CPU类型有MCS-51/PIC单片机、以8088为内核的微机接口。
2)总线接口
①数据总线：双向，来源于仿真器。当CPU单元挂51时，它是由P0口隔离驱动后形成双向总线。
②地址总线：输出，来源于仿真器。当CPU单元挂51时，它的低八位由P0口驱动锁存输出；它的高八位由P2口隔离驱动输出。
③控制总线
●RD：输出，来源于仿真器。当CPU单元挂51时为外部数据读，受P3.7控制
●WD：输出，来源于仿真器。当CPU单元挂51时为外部数据写，受P3.6 控制
●ALE：输出，来源于仿真器。当CPU单元挂51时为地址锁存，受51_ALE控制
●RESET：复位输出，高电平有效，受仿真器复位电路控制
●MER：输出，来源于仿真器。当CPU单元挂88时为内存读，受8088CPU控制
●MEW：输出，来源于仿真器。当CPU单元挂88时为内存写，受8088CPU控制
●AEN：输入，总线出借控制。当CPU单元挂88时为DMA操作，受8237_AEN控制
●φ：时钟输出，当CPU单元挂51时，由51CPU第18脚提供
3)并行模块
①LCD液晶显示
其数据线与总线接口中的D7~D0己连接互通，总线连接定义为省缺项。位于LCD正下方的使能控制端“E”，命令与数据选择端“R/S”及读写选择端“R/W”在自行设计状态定义为实验连接项。
②8255并行口
其数据线与仿真器中的D7~D0己连接互通，总线连接定义为省缺项。位于8255正右测的“CS”为8255选通控制端。位于LCD正下方的add1~add0为8255地址端A1~A0，位于下板“直流源指示”上方的RD、WR为8255读写控制端，在自行定义状态它们为实验连接项。
4)单总线模块
单总线模块超越并行总线的寻址规则，局限于I/O端口寻址，不宜在线掌控，只能工
作在自定义状态，因此在单总线模块的设计与实现中实验连接项不可省缺。
5)闭环控制
①直流电机
直流电机控制单元定义了“调速”与“测速”两个端口，其中调速端为电机启停。正反转及转速控制端，它加载的模拟量范围是0~5V，2.5V时电机处停止状态，大于2.5V启动电机正转，小于2.5V启动电机反转，该端达5V或0V时电机处正转或反转最高速。至于测速端是电机当前状态与转速的反馈端，为电机按设置的参数恒定运作提供依据。在自行设计状态该两个端口定义为实验连接项。
②温度控制
温度控制单元定义了“调温”与“测温”两个端口，其中调温端口由5V电源控制，至于测温端口是当前温度传递端口，反馈温度参数，为加温与恒温提供依据。在自行设计状态该两个端口定义为实验连接项。
6)步进电机
步进电机控制单元设有四拍控制端口，在自行设计状态该四端口定义为实验连接项。
7)虚拟示波器
实验台提供了一个双通道简易示波器，适用于电位及赫兹级低频信号的测量与观察。
8)扁平链接口
中板下方设有五个扁平链接口，其中二个20芯扁平口为检测口，其余三个8芯扁平口为地址与数据总线延伸接口。
1.3下部常规实验区（简称下板）
1)下板接口
①检测接口
下板上方二个20芯扁平口为检测口，“在线”态它为控制口，输出常规实验模块的控制信号。在自定义状态它为状态口，反馈常规实验模块的控制信号。
②总线接口
下板上方三个8芯扁平口为地址与数据总线链接口，该三个接口是主控区（中板）扩展寻址的桥梁，面向下板实验时必须连接。
2)下板总线
①控制线
位于“直流源指示”上方的为下板自定义状态的公共控制总线，以下为它们的定义：
●CLR 下板区域淸除控制，在自定义实验中连接中板RESET复位信号。
●WR 下板区域写控制，在自定义实验中连接中板控制总线单元WR写信号。
●RD 下板区域读控制，在自定义实验中连接中板控制总线单元RD读信号。
●CLK 下板区域锁存控制，在自定义实验中连接中板ALE信号。
②地址线
位于“存储器扩展单元”左下测的ADD2~ADD0为下板区域公共地址线，在自定义实验中通常连接中板A2~A0。遇单模块实验可另行定义，例如0809 A/D转换中ADD2~ADD0用于选择通道，可改接中板地址总线单元A2~A0。
③译码器
位于“发光二极管显示单元”正下方的138译码器亦有二种定义途径，“在线”态实验台赋于的定义是译码端口CBA与A5~A3相连，选通控制端口G2A（低电平有效）由A14控制，当A14为零时，138输出端Y7~Y0八中选一，有一个输出端为“0”，其余输出端为“1”。它的寻址范围为0~3FFFh，8000h~BFFFh。在自定义方式其选通与译码端口呈悬浮态，属译码控制不可省缺的连接项。
3)存储器扩展
位于下板右上角为“存储器扩展单元”，它的地址与数据总线通过其上方的三个8芯扁平接口融入中板主控CPU的寻址范围，位于该单元左上测的MR、MW及MCS分别为存储器读、写和选通控制端。自定义态属实验不可省缺的连接项。在线态由在线控制器掌控，寻址范围为0~0FFFh。
这里需要提示的是不同类型CPU对于并行存储器扩展有其完全不同的寻址路径，中板挂51CPU时，存储器与I/O处同一寻址空间，用相同的控制信号，通常采用译码法分享数据寻址空间；当挂8088CPU时，存储器与I/O处不同的寻址空间，用不同的控制信号，编各自的指令实现当前的寻址操作。
4)I/O口扩展
①16×16点阵
16×16点阵位于“存储器扩展单元”正下方，它的数据总线通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7~D0连接互通，“存储器扩展单元”左下测的ADD1~ADD0定义行与列口地址。16×16S为点阵写选通控制，自定义态属实验不可省缺的连接项。在线态由在线控制器掌控，寻址范围为0ECH~0EFH。
②键盘与八段显示
实验台选用8255为并行键盘与显示接口，定义其A口为字形口，B口为字位与键扫口，PC2~PC0为键入口。位于并行键盘与显示扩展板左则的8255CS为8255选通控制，它的数据总线通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7~D0连接互通，“存
储器扩展单元”左下测的ADD1~ADD0定义其地址线A1~A0，“串并转换单元”右边的RD、WR定义其读写控制信号，自定义态属实验不可省缺的连接项。在线态由在线控制器掌控，寻址范围为0DCH~0DFH。
③简易I/O
实验台选用244为简易I/O缓冲输入器件，该单元“G”为读选通控制，自定义态属实验不可省缺的连接项。该单元“PI7~PI0”为八位缓冲输入端口。
实验台选用273为简易I/O 锁存输出器件，该单元“CLK”为锁存触发端，自定义态属实验不可省缺的连接项。该单元“PO7~PO0”为八位锁存输出端口。
④A/D与D/A
并行A/D转换器0809位于“调模拟电压电位器”正下方，“SC/ALE”为锁通道地址与启动A/D转换，“CLK”为A/D转换时钟，“OE”为A/D采样（读）选通，ADD1~ADD0定义当前通道地址，“自定义”态属实验不可省缺的连接项，“在线”态由在线控制器掌控，寻址范围为0E0H~0E7H，另外“EOC”为A/D转换结束标志，IN7~IN0为A/D转换通道。
并行D/A转换器0832位于“A/D转换单元”左边，“CS”为D/A转换器选通控制，“WR”为D/A转换器启动控制，“自定义”态属实验不可省缺的连接项，“AOUT”为D/A 转换器输岀端。
⑤串并转换
并转串165位于下板左上角，它的并行输入端口通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7~D0连接互通，“SERI”与“QH”分别定义串行输岀8位移位寄存器移入与移岀位，“LOAD”为并行输入端口数据装载控制，“LOCK”为串行移位输岀控制。
串转并164位于165正下方，“DATA”为串行数据输入端，“LOCK”为并行移位输岀控制，位于164下方以H~A顺序排列的“8芯单排针”为164的并行输岀口。
⑥定时计数器
8253定时计数单元位于“串并转换”下方，它的总线口通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7~D0连接互通，“CLK2~CLK0”为定时计数时钟输入端，“OUT2~OUT0”为可编程定时计数输岀端。由“ADD1~ADD0”定义地址线A1~A0，RD、WR定义读写控制线，“8253CS”定义它的片选端。
⑦串行通信
8251串行通信单元位于“8253定时计数单元”右测，它的总线口通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7~D0连接互通，“CLK”与“T/RXC”为它的时钟输入端，“RXD”与“TXD”为它的串行接收与发送端，由“ADD0”定义地址线A0，RD、WR定义读写控制线，“8251CS”定义它的片选端。
⑧中断控制
8259中断控制单元位于“8253定时计数单元”下方，它的总线口通过8芯扁平接口（下板上右一）与中板总线单元的D7~D0连接互通，IRQ7~IRQ0为中断向量输入端，位于“8251串行通信单元”下测的“INT”与“INTA”分别为8259中断请求与中断向量读控制，由“ADD0”定义地址线A0，RD、WR定义读写控制线，位于“8253CS”右边的“8259CS”为它的片选端。
⑨PACK扩展
“PACK扩展单元”位于下板左上方，可选配USB1.1、USB2.0、以太网TCP/IP、CAN-BUS等接口扩展，本实验台把“RS485远程通信”列为PACK扩展的标配模块。
5)通用电路
①12位电平指示
“12位电平指示”位于下板中上方，L11~L0为12个发光二极管驱动器输入端。低电平点亮，高电平熄灭。
②9位电平开关
“9位电平开关”位于下板中下方，K8~K0为逻辑电平开关输出端。开关处上方吋其对应的孔端输出低电平“0”，开关处下方时与其对应的孔端输出高电平“H”。
③单脉冲电路
“单脉冲电路”位于138译码器右测，由AN按钮与RS触发器构成单脉冲电路，毎按一次AN按钮，即可从两个插座上分别输出一个正脉冲“SP”及负脉冲“/SP”，供中断、清零、计数等实验使用。
④音频驱动电路
位于AN按钮左边的LM386为音频信号驱动器，其下方为自锁式音频输出控制开关，上方“VIN”为音频信号输入端，音频发生器位于“存储器扩展单元”6264左边。
⑤393分频器
“393分频器”位于“8251串行通信单元”右边，该分频器淸零端受下板CLR控制，其输入频率由 4.9152MHz晶体振荡源供给，分频器输岀端T0~T7的频率分别为2.4567MHz、1.2288MHz、614.4KHz、307.2KHz、153.6KHz、76.8KHz、38.4Hz、19.0Hz。
⑥继电器控制
“继电器控制”位于D/A转换器左上方，它的输入端“JIN”加载低电平“0”时，继电器吸合，常开触点“JK”闭合，常闭触点“JB”断开，“JZ”为控制信号输入端。
⑦RS232串行口
位于138译码器左测的是实验用RS232串行口，它的“TXD”和“RXD”分别为TTL 电平级的串行发送与串行接收端。
⑧电压调节器
在下板A/D转换上方。实验台提供二路0~5V模拟电压调节器，适用于A/D与V/F转换等对电压有调节需求的实验。
⑨逻辑门电路
在下板138译码器下方左右两测提供了“与”、“或”、“非”三种基本门电路，它们之间的相互串接可形成自定义态实验所需的控制电路。
6)实验扩充
①锁式扩展
在下板逻辑电平开关上方设有一个IC-40芯以下可编程器件的扩展单元，它不但适用于I/O接口器件的扩展，亦可作为CPU的扩展区，让学生设计一个简易的单片机控制器。
②转接单元
在下板逻辑电平开关上方左右两测设有两个“转接单元”，构造了一个扁平八芯、单排八芯及八位插孔之间的并行互通电路，以实现不同接口之间的相互转接。
第二章单片机接口实验
实验一74LS138译码实验
一、实验目的
74LS138是很常见地址译码逻辑芯片，要掌握其基本用法。
二、预备知识
74LS138是低电平有效的3线-8线译码器／数据分配器。
管脚功能描述：VCC是电源。GND接地。A、B、C是地址输入，A是低地址，C是高地址。G1、/G2A、/G2B是控制输入，当G1为“1”并且/G2A和G2B同时为“0”时，138输出端Y7~Y0八中选一，有一个输出端为“0”，其余输出端为“1”。否则Y0～Y7为全“1”。
图 1.174LS138的管脚图和逻辑图
注释：实验台对译码器的使能控制端/G2B已连接直流地（GND），G1已连接VCC。
三、实验内容
1.通过单片机P1.2~P1.0控制74LS138译码器的使能及译码输入端口，控制其译码输出
端口（Y7~Y0）。
2.把译码输出端口Y7~Y0连接到L7~L0八位LED电平指示输入端口，验证74LS138
的逻辑译码功能。
四、实验连线
1.74LS138译码单元/G2A连接GND，C、B、A分别连接P1.2、P1.1、P1.0。
2.74LS138译码单元Y7~Y0分别连接L7~L0。
五、实验步骤
1.译码控制
改变译码输入端CBA（P1.2~P1.0），与Y7~Y0相对应的L7~L0发光二极管八中选一，其中一位灯亮，其余灯灭。
2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。
3.观察运行结果
在全速运行状态下，观察发光二极管移位点亮情况。
4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。
实验二P1口亮灯实验
一、实验目的
1.学习P1口的使用方法；
2.学习延时子程序的编写。
二、实验预备知识
1.P1口对准双向口，每一位都可独立地定义为输出或输入。
2.本实验中延时子程序采用指令循环来实现，机器周期（12/6MHz）*指令所需机器周期
数*循环次数，在系统时间允许的情况下可以采用此方法。
三、实验内容
P1口作为输出口，接八个发光二极管，编写程序，使发光二极管循环点亮。
四、程序流程
五、实验电路
六、实验步骤
1.实验连线
P1.7~P1.0连至L7~L0。
2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。
3.观察运行结果
在全速运行状态下，观察发光二极管闪亮移位情况。
4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。
七、思考
1.改变延时常数，使发光二极管闪亮时间改变。
2.修改程序，使发光二极管闪亮移位方向改变。
实验三P1口转向灯实验
一、实验目的
进一步了解P1口的使用，学习C语言的编程方法与调试技巧。
二、实验内容
P1.0接高电平、P1.1接低电平时，右转向灯闪亮；P1.0接低电平、P1.1接高电平时左转向灯闪亮；否则转向灯关闭。
三、程序流程
四、实验电路
五、实验步骤
1.实验连线
P1.1、P1.0分别连接K1、K0，P1.7~P1.4分别连接L11、L8、L5、L2。
2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。
3.观察运行结果
在全速运行状态下，拨动K1、K0，观察转弯灯正确闪亮。
4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。
实验四P3.3口输入，P 1口输出
一、实验目的
1.掌握P1口、P3口的简单使用方法。
2.学习延时程序的编写和使用。
二、实验内容
1.P3口做输入口，外接一脉冲，每输入一个脉冲，P1口按十六进制加一。
2.P1口做输出口，编写程序，使P1口接的8 个发光二极管L1—L8按16进制加一方式
点亮发光二极管。
三、实验说明
P3口是准双向口，它作为输出口时与一般的双向口使用方法相同，由准双向口结构可知：当P3口作为输入口时，必须先对它置高电平，使内部MOS管截止，因内部上拉电阻是20KΩ—40KΩ，故不会对外部输入产生影响。若不先对它置高，且原来是低电平，则MOS管导通，读入的数据是不正确的。
四、程序流程
五、实验电路
六、实验步骤
1.实验连线
P3.3连接K0，P1.7~P1.0分别连接L7~L0。
2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。
3.观察运行结果
在全速运行状态下，观察发光二极管闪亮移位情况。
4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。
实验五工业顺序控制
一、实验目的
掌握工业顺序控制程序的简单编程，熟悉中断的概念和编程方法。
二、预备知识
在工业控制中，像冲压、注塑、轻纺、制瓶等生产过程，都是一些断续生产过程，按某种程序有规律地完成预定的动作，对这类断续生产过程的控制称顺序控制，例注塑机工艺过程大致按“合模→注射→延时→开模→产伸→产退”顺序动作，用单片机最易实现。
三、实验内容
MCS-51单片机的P1.6~P1.0控制注塑机的七道工序，现模拟控制七只发光二极管的点亮，高电平有效，设定每道工序时间转换为延时，P3.4为开工启动开关，高电平启动。P3.3为外故障输入模拟开关，P3.3为0时不断报警。P1.7为报警声音输出，设定6道工序只有一位输出，第七道工序三位有输出。
四、实验说明
实验中用外部中断０，编中断服务程序的关键是：
1.保护进入中断时的状态，并在退出中断之前恢复进入的状态。
2.必须在中断程序中设定是否允许中断重入，即设置EX0位。
一般中断程序进入时应保护PSW、ACC以及中断程序使用但非其专用的寄存器，本实验中未涉及。
五、程序流程
六、实验电路
七、实验步骤
1.实验连线
1)P3.4、P3.3分别连接K0、K1，P1.6~P1.0分别连接L6—L0，P1.7连SIN（音频输
入端）。
2)K0、K1开关拨在低/高电平位置（钮子开关拨向下方）。
3)按下音频驱动单元自锁式按钮开关（处开位置）。
2.实验程序的编写、装载与运行
编写程序，编译、连接并装载到实验台，用全速方式运行程序。
3.观察运行结果
1)用全速方式开始运行程序，此时应在等待开工状态。
2)K0拨至低电平位置，各道工序应正常运行。
3)K1拨至低电平位置，应有声音报警（人为设置故障）。
4)K1拨至高电平位置，即排除故障，程序应从报警的那道工序继续执行。
4.终止运行
按“暂停图标”，使系统无条件退出该程序的运行返回待令状态。
八、思考
修改程序，使每道工序中有多位输出。