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文檔簡介
單片機及接口電路
實驗講義
聶思敏編著
2005-2
目錄
第一章概述.........................................................1
第二章實驗系統組成和結構......................................3
第三章板上仿真器使用方法..........................................12
第四章MCS51系列單片機實驗.......................................18
軟件實驗
1.存儲器塊清零............................................19
2.二進制到BCD碼轉換....................................20
3.二進制到ASCH碼轉換...................................21
4.內存塊移動..............................................22
5.程序跳轉表..............................................23
6.數據排序...............................................24
硬件實驗
1.P1口輸入輸出..........................................25
2.交通燈控制............................................27
3.繼電器控制..............................................29
4.用74LS273擴展I/O□.......................................................................30
5.PWM轉換電壓實驗.......................................31
6.音頻控制................................................32
7.串行數轉換并行數........................................33
8.并行數轉換串行數........................................35
9.計數器實驗..............................................37
10.外部中斷實驗............................................38
11.定時器實驗..............................................40
12.D/A轉換實驗..........................................42
13.A/D轉換實驗..........................................44
14.外部中斷實驗(急救車與交通燈).............................46
15.8255輸入,輸出實驗.......................................48
16.八段數碼管顯示..........................................49
17.鍵盤掃描顯示實驗........................................51
18.電子時鐘................................................53
19.單片機串行口通訊實驗....................................55
20.直流電機控制實驗........................................57
21.電子琴...................................................59
22.步進電機控制實驗.........................................61
23.空調溫度控制實驗.........................................63
24.計算器實驗...............................................66
第五章附錄A匯編程序清單.......................................68
第六章附錄BC語言程序清單....................................112
第一章概述
Lab2000仿真實驗系統由板上仿真器、實驗儀、仿真軟件、開關電源構成。
1.1系統實驗板
實驗板提供以下實驗
/1\
\(/)數模變換電路
/2\
\(/)模數變換電路
/3\
\(7邏輯電平輸入開關
/4\
\(/)邏輯電平顯示電路
/5\
\(/)單脈沖電路
/6\
\(/)
7邏輯筆電路
/\
\(/)
81MHz及500KHzHH脈沖信號源
(/)\
\9/PWM轉換電壓電路
(/
\1模擬量電壓(電位器)電路
/f
\(v串口通信實驗電路
(11)揚聲器驅動電路
(12)繼電器控制電路
(13)邏輯門電路
(14)六位8段碼LED數字顯示器
(15)4x6鍵盤
(16)存貯器
(17)通用集成電路插座(DIP40/28/24/20/18/16/14)
(18)地址,數據及控制電路總線接出插座
(19)步進電機實驗
(20)打印機驅動實驗
(21)傳感器實驗
(22)直流電機實驗
1.2仿真器系統構成
本仿真實驗系統具有三種使用方法:
(1)無微機,僅用實驗儀的板上仿真器進行仿真和實驗。
(2)有微機,用微機上的DOS軟件驅動板上仿真器進行仿真和實驗。
(3)無實驗儀、無仿真器,僅在微機上采用軟件模擬方式進行仿真。
1.3實驗系統自帶鍵盤和顯示器,自帶系統監控程序。如果沒有微機也照樣進行各種學習
和實驗。
1.4配備有DOS的PC機系統軟件,在有微機的情況下,通過外接仿真器實現64K全空間的
硬件斷點和仿真。
第二章實驗系統組成和結構
實驗系統可實現MCS51單片機原理與接口,并在硬件上預留了自主開發實驗的空間。該
實驗系統對基本實驗僅需少量連線就可進行,同時也提供了一些需較多連線的擴展性實驗
以進一步鍛煉動手能力。止匕外,它還提供了強大的軟硬件調試手段。
§2.1實驗系統的硬件組成
2.1LED6位數字顯示器
2.24x6鍵盤電路
實驗儀已經將LED顯示電路和鍵盤電路集成到一個集成電路中。LED顯示和鍵盤的等效
電路如圖1。其中的UI,U2,U3,U4并不實際是74LS系列電路,它們都被集成在CPLD現
場可編程器件內,U5是74164移位寄存器,可以實現串行數到并行數的轉換,U6是有反向
功能的驅動電路MC1413,向U3的地址(FE04H)分別發高電平和低電平,也就是向U5(74164
移位寄存器)發時鐘信號,向U4的地址(FE06H)所發的數據,被送到U5(74164移位寄
存器)的數據口,這個數據被時鐘信號送入U5(74164移位寄存器),轉換成并形數據,做
為LED的段碼。向U1地址(FE02H)寫的數據經U6(MC1413)反相驅動后,做為LED的
位碼,用于選擇的LED位,每次點亮一位,循環顯示6位LED顯示器,向U1地址寫的數
據也可以做為鍵盤列掃描碼,從U2地址(FEOOH)讀回的數據是鍵盤行數據,U1輸出的列
掃描碼經U2讀入后,用來判斷是否有鍵被按下,以及按下的是什么鍵。如果沒有鍵按下,
由于上拉電阻的作用,經U2讀回的值為高,如果有鍵按下,U1輸出的低電平經過按鍵被
接到U2的端口上,這樣從U2讀回的數據就會有低位,根據U1輸出的列信號和U2讀回的
行信號,就可以判斷哪個鍵被按下。
LED的段碼是要經過移位輸出的,移位的時鐘信號地址為0FE04H,數據信號地址為
0FE06H,LED的位碼及鍵盤掃描碼輸出地址為0FE02H,讀回鍵碼的地址為OFEOOH。
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U274LS245F一
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41----------
(Addr:OFEOOH)
2A7B7
gA6H6
2A5B5
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3A3B3
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A0B0if
c
OUTBITc
(Addr:0FE02H)LJ
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nD7Q7叵
14D6Q6iT
13D5Q5
JD4Q4
JD3Q3
JD2Q2
3D1Q1
DATABUS
UI74LS273
圖1:鍵盤及LED顯示電路
2.3LED電平顯示電路
實驗儀上裝有8只發光二極管及相應驅動電路。見圖2,LO-L7為相應發光二極管驅動信
號輸入端,該輸入端為高電壓電平“1”時發光二極管點亮。我們可以通過P1口對其直接
進行控制,點亮或者熄滅發光二極管。
2.4邏輯電平開關電路
實驗儀上有8只開關KO—K7,并有與之相對應的KO—K7引線孔為邏輯電平輸出端。開關向
上撥相應插孔輸出高電平“1”,向下撥相應插孔輸出低電平“0”。見圖3
圖3:邏輯電平開關電路
2.5單脈沖電路
單脈沖電路由按鍵(PULSE)和去抖動電路組成,每按一次(PULSE)鍵產生一個單脈沖。
其中去抖動電路已被集成到U8芯片中去,單脈沖的輸出信號插孔在總線區內,圖為
'丁[和“分別為正脈沖和負脈沖。
2.6脈沖發生電路
有兩路脈沖信號輸出端,1MHz脈沖發生電路已被集成到U8電路中去,500KHz是由1MHz
經U18二分頻后得到。兩個輸出插座分別輸出1MHz和500KHz脈沖信號。
分頻電路如下:
圖4:脈沖分頻電路
2.7繼電器輸出電路
當控制端電平置高,公共觸點與常開端吸合。我們可以將常開端接入一發光二極管,
公共端接+5V電平,通過對控制端進行控制,觀察發光二極管的狀態。見圖5。
圖5:繼電器控制電路
2.8A/D轉換電路
實驗儀上有一個0?5V的可調電位器,將可變電壓輸出端接入A/D轉換電路的輸入端,
通過CPU軟件處理,讀進A/D轉換值,再將轉換值送數碼管顯示。我們可以調節電位器,
使之輸出不同電壓值,通過數碼管的顯示,檢驗A/D轉換正確與否。
B62
R88
IN-026—eINO
5
4B6l
~28IN-127INI
R86——e
IN-5
aD721Ms-2-A1
2D
RD620二27B7?公_vcc
23EOC
ADS192WEOC
AD418二425a。
25ADD-AU30:a
M38C,ADD-B24ai
fKI
圖6:A/D轉換電路
2.9D/A轉換電路
實驗儀上提供了D/A轉換電路如下圖所示。我們可以通過軟件編程控制D/A轉換芯片
DAC0832,輸出相應電流值,經過采樣電路取出模擬量電壓值,用電壓表測量電壓輸出端子,
讀出電壓值。
J.lout1
J01
lout2
U13
C0832
Rfb
:-I
JZ3iURI
5
圖7:D/A轉換電路
2.10PWM轉換電路
圖8:PWM轉換電路
2.11音頻放大電路
圖9:音頻放大濾波電路
2.12可調模擬量輸入電路
電位器電路用于產生可變的模擬量。
JTVCC
*-0
工GND
圖10:電位器
2.13邏輯測量(邏輯筆)電路
本實驗儀上有邏輯測量電路,如圖11。可用于測量各種電平,其中紅燈亮表示高電平,
綠燈亮表示低電平。如果兩燈同時閃動,表示有脈沖信號;兩燈都不亮時,表示浮空(高
阻態)。
R12
100k
i---',
7LM339a
R8?
6.2k
圖11:邏輯筆電路
2.14存儲器電路
本實驗儀上有一片32K存儲器61256?在無系統機的情況下,從0000H?7EFFH可供用
戶使用。7E00H?7FFFH為監控用。在有系統機的情況下,配合外接仿真器,此RAM的全部
空間給用戶。地址是0000H?7FFFH。
2.15邏輯門電路
本實驗儀提供系列門電路:非門,或門,與門,D觸發器。其中有些已被集成在U8芯
片中。
2.16仿真插座
在有系統機工作時,將E2000或G6W上的34芯仿真電纜插入實驗上該插座內。
2.17實驗電路插座
本實驗儀具有1個40芯通用電路插座和2個20芯通用電路插座,每個插座的全部引
腳都被引出到相應的插孔,40芯通用插座可兼容24和28芯寬間距插座,20芯通用插座
可兼容14芯和16芯插座。利用這些插座,可對雙列直插式的各種微機芯片進行實驗。
2.18總線插孔
本實驗儀上有三排總線插座,用于引出各種總線信號,其中D0?D7為8根數據總線,
A0?A15為16根地址總線,CSO?CS3為4根地址選通線,對應的選通地址如下:均為低電
平有效。
CSO08000H?09FFFH
CS1OAOOOH?OBFFFH
CS2OCOOOH-OCFFFH
CS3ODOOOH?ODFFFH
另外ALE,RD,WD,BHE為控制總線。
第三排總線插孔的定義為上下兩檔,如果仿8051,定義看上一行,如果仿80cl96,則看下
面一行。
2.19串口通信程序實驗插孔
本實驗儀在使用外接仿真器或使用板上仿真器時,可以用這兩個插孔進行RS232通信
程序實驗,通過實驗儀的通信電纜可以實現實驗儀數據和系統機數據互傳。
2.20串口通信選擇
選擇USER調試用戶串口通信程序,將用戶的TXD/RXD信號接到相應插孔上,
就可以將串口信號接到PC機上。
選擇EMU用WAVE仿真環境驅動實驗儀時,要將跳線設置在EMU端,這樣就可以將
編譯好的程序代碼下傳到實驗上。也可以用WAVE仿真的控制指令控制實
驗儀的運行。
2.21CPU選擇
在實驗儀的右上角有兩個跳線器,其中跳線器JP2用于CPU種類的選擇
選擇18051本實驗儀對8051單片機進行仿真。
選擇080cl96本實驗儀對80cl96單片機進行仿真。
本實驗儀上有兩個CPU插座,一個為8031,一個為80cl96KC。仿真哪一種CPU,就插哪一
種CPU芯片,兩種CPU芯片不能同時插。所插CPU的種類應和跳線器的選擇相同。
2.22仿真方式選擇
跳線器JP1用于仿真方式的選擇。
選擇1LocalCtrl不用系統機仿真,仿真儀上的鍵盤和LED顯示器既可作為
監控系統用,也可以作為用戶資源.軟件斷點。
選擇0EXT_CTRL用系統機和仿真器進行仿真,斷點空間為64K,鍵盤和LED
顯示器都作為用戶資源。硬件斷點.
第三章板上仿真器使用方法
在無系統機的情況下,可以用實驗儀上的鍵盤和LED顯示器作為監控來進行仿真。開
啟電源,在LED上出現CPU的型號,如8051?
采用這種工作方式時,仿真儀上的鍵盤和LED顯示器既可作為監控系統用,也可以作為
用戶資源.當仿真儀未運行時,鍵盤和LED屬于系統監控,用戶用以輸入程序,單步等,
一旦運行時,顯示器都作為用戶資源。無系統機時,應先用匯編語言寫好程序,用人工方
法或者利用PC機把匯編語言翻成機器碼,再用實驗儀上的鍵盤將機器碼輸入,然后用
Trace鍵,Here鍵,Step鍵進行調試,用Exec鍵使程序運行。
3.1.1在無系統機的情況下,仿真的空間分配如下:
OOOOOh,——O7EFFH,用戶程序使用的RAM,ROM
07F00H——O7FFFH,仿真系統使用的RAM
08000H——ODFFFH,用戶I/O擴展空間
OEOOOH——OFFFFH,監控及I/O端口
3.1.2鍵盤使用說明
日日日日日日
Q???
①②③?SS
實驗儀共有6位LED發光數碼管,左邊4位為地址位,右邊2位為數據位。當地址位
4位數均有數值時,表示地址是程序存儲器的地址或數據存儲器的地址。當地址數碼管只
有2位時(右邊2位發光,左邊2位暗),表示內部寄存器地址。當地址數碼管只有3位時
(最左面1位暗,第2位顯示“0”,第3和4位是數字),表示是內部特殊寄存器(SFR)
的地址。最右邊的兩位是數據位,它表示的是左邊顯示的地址單元中的數據。
面板上共有24個小鍵盤,為了介紹和使用時查找方便,約定用方括號表示按鍵,例如,
[RST]表示面板上的“RST”鍵。
3.1.3[RST]鍵[整機復位鍵]
整機復位鍵,復位后數碼管的地址位顯示“8051”字樣,表示復位操作完成。復位后程序
存儲器和外部數據存儲器中的內容不變,程序指針回到0000處。CPU內部寄存器復位后為
單片機復位操作規定的值,即有的寄存器的數據不變,有的寄存器中的數據被復位。
3.L4[0..F]鍵[數字輸入鍵]
數字鍵,用于輸入16進制數。仿真器中的數據和地址均是用16進制表示。
3.1.5[MON]鍵[監控鍵]
表示某些操作已結束,某些操作的所有步驟完成后,按M0N鍵表示操作結束。
3.1.6[Trace]鍵[跟蹤執行鍵]
在調試程序時先按[M0N]鍵,最左側一只LED數碼管出現“P”字符,這時[Trace]檔起
作用,每按一次[Trace]便執行一條用戶編寫的單片機指令,如果遇到“CALL”這類調用
命令時,跟蹤到調用內部。執行一條指令,可逐條檢查用戶程序的執行情況。
3.1.7[Step]鍵[單步執行鍵]
用戶調試程序時每按一次[Step]鍵,執行一條命令。但是,當執行到調用語句時,按一
次[Step]鍵將執行調用所含的所有語句,[Step]與[Trace]不同的是,[Trace]遇
到調用語句將進入調用語句內部仍然一步一步地執行。
3.1.8[Last]鍵[地址減1鍵]
它有2個作用:
1.觸發顯示寄存器和存儲器中的數據
2.地址減1
觸發顯示寄存器和存儲器中的數據
剛在地址位上輸入了寄存器或和存儲器中的地址時,數據顯示數碼管是暗的未發光,
此時,第一次按[Last]鍵,數據顯示數碼管開始顯示數據。
地址減1操作
當在仿真器上輸入地址后,在第二次以及之后的各次按鍵時,每按一次[Last]鍵,
地址值自動減1,地址值所對應的數據同時更換。
3.1.9[Next]鍵[地址加1鍵]
它有2個作用:
1.觸發顯示寄存器和存儲器中的數據
2.地址加1
觸發顯示寄存器和存儲器中的數據
剛在地址位上輸入了寄存器或和存儲器中的地址時,數據顯示數碼管是暗的未發光,
此時,第一次按[Next]鍵后,數據顯示數碼管開始顯示數據。
地址加1操作
當在仿真器上輸入地址后,在第二次以及之后的各次按鍵時,每按一次[Next]鍵,
地址值自動加1,地址值所對應的數據同時更換。
3.1.10[Here]鍵[斷點運行鍵]
設置中斷程序運行的地址,使程序執行到中斷地址處停止執行,在中斷地址處等待新
的操作命令(如RUN、STEP、TRACE等)。設置中斷點時有兩種情況:
1.程序從0000地址處執行的中斷點
①.按[RST]復位,再[M0N]鍵,數碼管顯示“P”。
②.輸入4位地址。
③.按[Here]
按Here后,程序自動執行到中斷點,此時顯示中斷點的地址和A寄存器中的內容。按Here
鍵一是確定中斷地址,同時啟動了程序,并使程序執行到中斷點停下來等待用戶的命令。
2.先使程序執行到某處,再設置中斷點
①.先用單步(Step)、跟蹤(Trace),中斷等運行方式使程序執行的某處停止。
②.按“MON”鍵,使仿真器地址數碼管顯示“P”。
③.輸入中斷的地址值
④.按“Here”鍵
⑤.程序自動從設置前的停止處執行到所設的中斷地址處。
3.1.11[Exec]鍵[全速執行鍵]
用仿真器調試程序時,設置好執行的初始地址后,按[Exec]可自動執行程序。
3.2脫機仿真
下面根據仿真時的各類需要,逐一介紹有關的操作方法。
3.2.1將匯編源程序轉換為機器碼
在仿真工作之前,應把匯編源程序轉換為機器碼。可用人工查手冊的方法逐條翻譯成機器
碼,在翻譯成機器碼的同時還要為各條機器碼安排地址。也可用計算機自動匯編并生成列
表文件,列表文件是指同時含有源程序、機器碼和機器碼地址的文件。用計算機生成機器
碼可避免人工翻譯造成的人為錯誤,匯編的效率也遠高于人工翻譯。
3.2.2輸入程序的機器碼
3.2.2.1由計算機輸入程序機器碼
為了節省輸入機器碼的時間,可先由計算機向仿真器輸入機器碼,然后再脫離計算機獨自
仿真。用計算機輸入程序時先用:MCS51/S1命令啟動軟件,調入用戶的匯編源文件,選
擇仿真模式,執行匯編命令,匯編結束后機器碼自動裝入仿真器中。然后,關斷計算機和
仿真器的電源,拔出RS232接口插頭。
3.2.2.2人工輸入程序機器碼
如果沒有計算機時,則用人工方法輸入。人工輸入的方法是:
(1).按[RST]鍵,整機復位。
⑵.按[MON]鍵,使地址數碼管出現“P”字符。
⑶.輸入4位地址碼,此時地址位上顯示的是輸入的地址數,數據位上的數碼管不亮。
⑷.先按[Next]或[Last]鍵,數據位上的數碼管閃爍,此時,再輸入2位數據。
⑸.程序輸入完畢,可依次按[RST]、[MON]、4位地址數、[Next]鍵,檢查輸入的機
器碼,不斷地按[Next]或[Last]鍵,可依次逐個檢查各個地址中的數據,數據形
式是16進制。
3.2.4執行程序
3.2.4.1跟蹤執行程序
當需要由用戶通過鍵盤控制,逐條執行程序,以便檢查單片機內部和外部電路時,可采用
跟蹤執行的方式。跟蹤執行時如果遇到調用指令,仿真器將使程序的指針進入被調用的程
序段內部。跟蹤執行鍵:Trace],以跟蹤方式執行程序的操作方法是:
⑴.按[RST]鍵整機復位。
(2).按[MON]鍵使地址數碼管出現字符“P”。
⑶.輸入程序執行的起始地址,此時,4位地址數碼管顯示地址值,數據數碼管暗。
(4).按[Trace]鍵,數據數碼管亮,此后每按一次[Trace]鍵,執行一條指令。
3.2.4.2單步執行程序
單步執行程序的作用與跟蹤執行相仿,區別是單步執行遇到調用時,將自動連續地執行調
用內部的所有指令,然后停在調用執行后的第一條指令上,可繼續單步執行。單步執行鍵
[Step]的詳細說明見第5.1.5條,以單步方式執行程序的操作方法是:
⑴.按[RST]鍵整機復位。
⑵.按[MON]鍵使地址數碼管出現字符“P”。
⑶.輸入程序執行的起始地址,此時,4位地址數碼管顯示地址值,數據數碼管暗。
(4).按[Step]鍵,數據數碼管亮,此后每按一次[Step]鍵,執行一條指令。
3.2.4.3全速執行程序
當需從用戶指定的程序地址處開始全速運行整個程序,或全速運行到斷點處時,可采用全
速執行方式。
全速執行的操作方法是:
(1).按[RST]鍵,整機復位。
⑵.按[MON]鍵使地址數碼管出現字符“P”。
⑶.輸入程序執行的起始地址,此時,4位地址數碼管顯示地址值,數據數碼管暗。
(4).如果需要設置斷點,可按上面介紹的[Here]命令。
⑸.按[Exec]鍵,全速執行。程序運行時地址數碼管數據數碼管均暗。
(6).按[RST]中斷運行。
3.2.4.4檢查執行結果
當運用上述的各種執行方式運行程序時,需要及時地了解程序執行的結果,而運行結果很
大程度上是由單片機內部各個部分的當前值來反映的。仿真器提供了查看單片機(由仿真
器模仿)內部各個部分情況的功能,檢查執行結果的主要任務就是查看單片機內部的情況。
檢查單片機內部各個寄存器、累加器、接口電路的方法在下面講述。
檢查和修改單片機內部寄存器數據
在調試過程中,如果需要查看當前狀態下內部寄存器的情況,可按下列步驟進行:
⑴.查出單片機內部寄存器地址碼。如R1地址為OlHo
⑵.根據內部寄存器地址碼輸入2位地址碼,此時地址數碼管的右2位顯示地址數,左2
位暗。
⑶.按[Next]或[Last]鍵,使數碼位出現內部寄存器中的數值。
(4).如果要查看相鄰地址的寄存器的內容,可繼續按[Next]或[Last]鍵。
⑸.如果要修改內部寄存器中的內容,可按數字鍵[0]…[F]。
檢查和修改單片機內部專用寄存器(SFR)數據
在調試過程中,如果需要查看當前狀態下單片機內部專用寄存器(SFR)的情況,可按下列
步驟進行:
⑴.查出單片機內部專用寄存器(SFR)地址碼。如ACC地址為E0H?
⑵.仿真器規定專用寄存器地址要用3位數表示,專用寄存器的地址是2位,需先輸入一
個先導“0”,再輸入2位專用寄存器地址碼。地址輸入后,此時地址數碼管的右3位顯示
地址數,最左1位暗。
⑶.按[Next]或[Last]鍵,使數碼位出現專用寄存器中的數值。
(4).如果要查看相鄰地址的專用寄存器的內容,可繼續按[Next]或[Last]鍵。
⑸.如果要修改專用寄存器中的內容,可按數字鍵[0]…[F]o
注意:在查看專用寄存器時,不可按[RST]鍵,因為按此鍵后各個專用寄存器中的內容將
被復位。
檢查和修改單片機程序存儲器和外部數據存儲器
(1).按[MON]鍵,地址數碼管出現“P”字樣。
⑵.輸入4位地址,此時4位地址數碼管亮,2位數據數碼管暗。
⑶.按[Next]或[Last]鍵,2位數據數碼管亮,顯示的即為4位地址單元中的機器碼值,
如要修改則可按司]…[F]鍵。
(4).再按[Next]或[Last]鍵可查看相鄰的地址中的機器碼值。
第四章MCS51系列單片機實驗
§4.1系統的安裝和啟動
1、仿真開發系統集成調試軟件的安裝和使用見WAVE仿真開發系統使用手冊。
2、用戶根據實驗要求,進行MCS51單片機實驗時,應在U2插座上插入8031或8032
芯片(如果68腳的U1插座上裝有80C196芯片應將其撥下)。CN2上的扁平電纜可不用拔
下。
3、將串口通信選擇設在EMU位置,JP1設在1位置選擇仿真8051。
4、將配套的串行通訊電纜的一端與實驗臺的RS2329芯D形插座相連,另一端與
PC相的串行口相連。
5、將實驗臺的電源線與220V電源相連。(實驗結束后應拔下)
6、打開實驗臺電源開關,紅色電源指示燈亮。仿真開發器初始化成功后,RS232插
口旁的綠色指示燈亮。指示燈閃爍表示仿真系統正與PC機通訊或正在執行用戶程序。
7、打開計算機電源,執行WAVE集成調試軟件。
注意:
(1)無論是集成電路的插拔、通訊電纜的連接、跳線
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