1、 长沙理工大学创新实验室1C8051F020实验指导书电气与信息工程学院电工电子实验中心（2007 年 7 月 5 日）长沙理工大学创新实验室2目录目录- 2前言 -3第一章 训练训练板组成与结构-41.1 训练设备的组成 -41.2 Silicon Labs C8051F 单片机开发工具简-41.2.1 开发工具概述-41.2.2 开发工具主要技术指标-51.2.3 IDE 软件运行环境 -51.2.4 开发工具与 PC 机硬 件连接-51.3 C8051F020 CPU 板简介-51.3.1 C8051F020 CPU 板概述 - 51.3.2 C8051F020 片上系统单片机片内资源
2、-51.4.1 训练资源介绍： -61.4 训练板组成与结构 -61.4.2 训练板原理图： -61.4.3 训练板上 IO 口分布图：-7第 二章 C8051F020 基本训练 -10训练一： 读写片内 4KXRAM -10训练二 IO 口输入输出训练 -10训练三 I/O 口演奏电子音乐 - 11训练四 定时器 T3 训练 - 17训练五 比较器训练 -19训练六 中断 INT6 与中断 INT7 训练 - 21训练七 PCA0 测量方波的周期 -22训练八 PCA1 输出 8 位 PWM- 27训练九 12 位 ADC0 训练 -29训练十 UART0 方式 0 实现同步串行移位通信-3
3、2训练十一 DAC0 输出方波锯齿波正弦波 -34第 三章 C8051F 扩展训练 -37训练十二 RS-232 异步串行通信 -37训练十三 RS-RS-485 异步串行通信 -40 训练十四 SPI 总线- SST25VF16 存储芯片读写 -43实验十五 SMBUS 总线-AT24C02 训练-50训练十六 ZLG7290 键盘显示 -56长沙理工大学创新实验室3训练十七 LCD 显示 -63训练十八 实时时钟 PCF8563 -69训练十九 PS2 键盘 -76训练二十 红外遥控-82前言MCS-51 单片机及其衍生产品在我国乃至世界范围获得了非常广泛的应用，尤其是在我国，大部分大专院
4、校都采用 MCS-51 单片机作为教学机型，大部分单片机系统工程师都熟悉 MCS-51 单片机。随着一些高集成度、高性能的 8 位和 16 位 RISC 单片机的推出，基于标准 8051 内核的单片机正面临着退出市场的境地。因此一些半导体公司开始对传统 8051 内核进行大的改造，主要是提高速度和增加片内模拟和数字外设，以期大幅提高单片机的整体性能。Silicon Labs 集成产品公司推出的 C8051F 单片机的出现令业界人士耳目一新，使广大单片机系统设计人员看到了 51 单片机新的曙光。MCS-51 单片机引入教学已达 10 年之久，大家一直期盼着有更先进的单片机引入教学，C8051F
5、已成为事实上 51 的升级换代产品，那么必然会成为经典单片机教学的方向，做设备可为大专院校教学训练课提供多项训练，使得学生和单片机的初学者建立单片机系统概念，并可完成基础应用的培训，使学生掌握 C8051F 的基本应用。本训练设备充分利用了 C8051F 的片内资源，可做为研究生教学选修课。也可起到为本科生提供了解当前测控领域前沿技术的引导作用。长沙理工大学创新实验室4第一章：训练设备简介1.1 训练设备的组成训练箱由 C8051F020 CPU 板和系统训练板二部分组成，应用该设备可进行片上系统单片机较典型应用的训练，请参见以下介绍。1.2 Silicon Labs C8051F 单片机开发
6、工具简介1.2.1 开发工具概述Silicon Labs 的开发工具实质上就是计算机 IDE 调试环境软件及计算机核心板电源串口跑马灯模块 液晶模块61LV256PCF8563AT24C0225VF16数码管模块ZLG7290IO 口4X5 键盘扬声器PS2长沙理工大学创新实验室5USB 到 C8051F 单片机 JTAG 口的协议转换器(UEC5)的组合(此部分电路已经集成到系统训练板上)。SiliconLabs C8051F 系列所有的单片机片内均设计有调试电路，该调试电路通过边界扫描方式获取单片机片内信息，通过 4 线的JTAG 接口与开发工具连接以便于进行对单片机在片编程调试。训练板中
7、的C8051F020 CPU 板上的单片机为 C8051F 系列中的 F020。适配器(UEC5)一端与计算机相连，另一端与 C8051F 单片机 JTAG 口相连，应用 SiliconLabs 提供的 IDE 调试环境或 Keil 的 uVision2 调试环境就可以进行非侵入式、全速的在系统编程(ISP)和调试。Silicon Labs 开发工具支持观察和修改存储器和寄存器支持断点、观察点、堆栈指示器、单步、运行和停止命令。调试时不需要额外的目标 RAM、程序存储器、定时器或通信通道，并且所有的模拟和数字外设都正常工作。1.2.2 开发工具主要技术指标 支持的目标系统：所有 C8051Fx
8、xx 系列单片机。 系统时钟：最大可达 25Mhz。 通过 USB 接口与 PC 机连接。 支持汇编语言和 C51 源代码级调试。 第三方工具支持（Keil C） 。1.2.3 IDE 软件运行环境 要求 PC 机能够运行开发工具软件并能与串行适配器通信。对 PC 机有如 下系统要求： Windows 95/98/Me/NT/2000/XP 操作系统 32Mb RAM 40Mb 自由硬盘空间 空闲的 USB 口 1.2.4 开发工具与 PC 机硬件连接 将 USB 串行电缆的一端与训练箱的 USB 连接； 连接 USB 串行电缆的另一端到 PC； 给目标系统上电； 插入 CD 并运行“SETU
9、P.EXE” ，将 IDE 软件安装到您的 PC 机； 在 PC 机的开始菜单的 “程序”项中选择 Silicon Labs IDE 点击 Silicon Labs 图标，运行 IDE 软件。1.3 C8051F020 CPU 板简介1.3.1 C8051F020 CPU 板概述C8051F020 CPU 板是为了便于安装而设计的;C8051F020 CPU 板是将C8051F020 的所有引脚(100 个引脚)引到五个单排针 ;该五组单排针可与不同用户设计的应用系统连接,如在该训练系统上将和系统训练板连接。1.3.2 C8051F020 片上系统单片机片内资源、模拟外设长沙理工大学创新实验室
10、6(1) 逐次逼近型 8 路 12 位 ADC0 转换速率最大 100ksps 可编程增益放大器PGA温度传感器(2) 8 路 8 位 ADC1 输入与 P1 口复用转换速率 500ksps 可编程增益放大器PGA(3) 两个 12 位 DAC(4) 两个模拟电压比较器(5) 电压基准内部提供 2.43V 外部基准可输入(6) 精确的 VDD 监视器、高速 8051 微控制器内核流水线式指令结构速度可达 25MIPS22 个矢量中断源、存储器片内 4352 字节数据 RAM64KB Flash 程序存储器可作非易失性存储外部可扩展的 64KB 数据存储器接口、数字外设 8 个 8 位的端口 I
11、/OI2C、SPI、2 个增强型 UART 串口可编程的16 位计数器/定时器阵列(PCA)5 个通用 16 位计数器 /定时器专用的看门狗WDT 更详细资料可参见 Silicon Labs C8051F02x datasheet1.4 训练板组成与结构1.4.1 训练资源介绍：本训练板由电源.串口通信.跑马灯. 红外通信.126X64 的液晶显示.PS/2 键盘.实时时钟.外部存储器扩展.ZLG7290 键盘显示.IIC 总线.SPI 总线.蜂鸣器.AD.DA.以及外部 IO 扩展口等 15 个基本模块组成.训练所用的芯片资料见随本指导书资料.1.4.2 训练板原理图：长沙理工大学创新实验室
12、71.4.3 训练板上 IO 口分布图：长沙理工大学创新实验室8第 二章 C8051F020 基本训练训练一： 读写片内 4KXRAM1 训练目的：（1）学习使用 Silicon Labs 集成开发环境 IDE，包括 IED 安装，菜单功能及 单步调试程序的方法（2）学会配置与片内 XRAM 相关的寄存器，编程读写片内 4K XRAM；（3）学习使用数字交叉开关配置可编程 IO 口的方法。2 训练设备C8051F 开发平台一台，USB 电缆一条 ，在线调试 PC 机一台。3 训练内容（1）学习使用 Silicon Labs 集成开发环境 IDE，包括 IED 安装，菜单功能及单步调试程序的方法
13、（2）熟悉与片上 XRAM 数据存储器配置有关的寄存器：EMIOCF，EMIOTC，EMIOCN；（3）熟悉交叉开关配置（XBR2=0x40 ） ；（4）看懂程序实例；（5）练习查看外部存储器窗口；4 训练步骤长沙理工大学创新实验室9（1）程序对片上数据存储器（4KB）操作，程序运行时先丛片内外部 4KB XRAM 的首地址（0000H）开始依次写入 256 个数据，然后再从片内数据存储器的首地址读出并与写入的 256 个数据比较看是否一致，不一致蜂鸣器响一声。（2）打开 IDE 的 EXTERNAL RAM 窗口，观测片内数据是否正确。5 参考程序：/参考程序 B:/WXRAMB.C 程序对
14、片内数据存储器(4K RAM)实现读/写操作，先在地址/0000-00FFH 写入数据，再读出进行比较是否正确 ,若不正确蜂鸣器响一声#include / SFR declarations#include sbit BUZ = P35 ; / P35 位管理蜂鸣器unsigned char xdata *point;void PORT_Init (void);void sleep_ms(unsigned char count) /延时unsigned char ii,jj;for(ii=0;iicount;ii+)for(jj=0;jj250;jj+)_nop_();void main (vo
15、id) /主程序unsigned char WrData,RdData;unsigned int k;WDTCN = 0xde; /*无效看门狗*/WDTCN = 0xad;PORT_Init(); /*初始化端口*/WrData=0x0; /*写入数据从 0 开始*/point=0x0000; /*地址指针从 0000 开始*/for(k=0;k0x100;k+) /*写 16 个数据*/*point=WrData; /*写数据到片内数据存储器 (4K RAM)*/point+;WrData+;WrData=0x0;point=0x0000;for(k=0;k0x10;k+) /*读出比较*
16、/RdData=*point; /*读数据*/长沙理工大学创新实验室10if(RdData!=WrData) /*是否出错*/BUZ = 0; /*蜂鸣器响*/sleep_ms(250);BUZ = 1; /*蜂鸣器灭*/_nop_();WrData+;point+;_nop_();_nop_();void PORT_Init (void)XBR2 = 0x40; /*使能交叉开关和弱上拉*/EMI0CF |= 0x20; /*只用片内数据存储器，ALE 高/ 低脉宽占 1 个 SYSCLK 周期*/EMI0TC |= 0x6c;/*地址建立/保持时间占 0 个 SYSCLK 周期/WR 和/RD 占 12 个SYSCLK 周期*/P3MDOUT |= 0x20; /*使能 P3.5 推挽输出*/训练二 IO 口输入输出训练1 训练目的学会 C8051F 系列单片机 I/O 口的基本输入输出功能2 训练设备C8051F 开发平台一台，USB 电缆一条 ，在线调试 PC 机一台。3 训练内容（1）学习使用 Silicon Labs 集成开发环境 IDE（2）练习使用并行输入输出口（3）练习查看 I/O 端口窗口4 训练步骤（1）本程序以 P5 口为例子 运行发光二极管观测 LED 依次循环点亮（2）把发光二极管的短路帽接上运行参考程序5 参考程序
