单片机原理及其应用 课程设计指导书（2012级本一执行）南通大学电气工程学院自动化系2014年12月目录第一章集成开发环境简介1.1 Keil C51简介 (1)1.2 uVision5 集成开发环境 (1)第二章设计内容2.1 键盘和数码管显示设计 (12)2.2串行口收发设计 (13)2.3 数字电压表设计 (14)2.4 实时时钟设计 (15)2.5 音乐播放器设计 (16)附录 1 字模生成软件简要说明 (18)更多参考资料：网盘“2012级单片机学习”—〉“20周本一课程设计”文件夹下资料。
其中：1、谱曲学习--课程设计优必要条件：用于2.5 音乐播放器设计；2、硬件验证用文件夹资料，用于硬件验证，主要有：（1）串口调试助手UartAssist3.6；（2）STC单片机ISP下载工具STC-ISP-V4.83；（3）CH340 USB-232驱动；第一章 集成开发环境简介1.1 Keil C51简介Keil C51软件是原德国Keil 公司（现已并入ARM 公司）开发的功能完善的C51开发软件，近年来在国内得到了迅速普及。
Keil 包括以下几个部分：uVision5 IDE 、C51编译器、A51汇编器、LIB 库管理器、BL51连接器/定位器、uVision 硬件调试器、RTX51实时多任务操作系统。
用户可以向ARM 公司或国内代理商购买正版软件或索取Demo 版本，也可以直接到 网站下载评估版本（2K 代码限制）。
1.2 uVision5 集成开发环境uVision5集成开发环境如图1-1所示，有编辑、项目、输出等窗口和File 、Edit 、View 、Project 、Debug 、Periherals 、Tools 、SVCS 、Windows 、Help 等下拉菜单。
图1-1 uVision5 集成开发环境项目名称栏 工具菜单栏 快捷图标 存储器观察输出信息窗程序编辑区 工程项目窗口1.2.1 创建、保存工程文件在uVision5环境下，使用工程来管理各个文件。
为了开始新的工程，选择“Project->New uVision Projiect ”选项，出现如图1-2所示界面。
然后选择此新工程要保存的路径，键入项目名称并保存，后缀“.uvproj ”系统会自动添加，如图1-3所示。
注意项目名称最好不要超过8个字符、与软件编程时变量的命名习惯一致（尽量不要采用中文、不要以数字开头，以免出现不可预料错误）。
图1-3 保存新工程图1-2 创建新工程1.2.2 MCU选择接着系统出现“Select Device for Target”界面，要求选择目标硬件系统的MCU，如图1-4所示。
选择要开发的目标硬件系统的MCU，点击“确定”即可。
教材所使用单片机，选择Atlmel的AT89S51。
1.2.3 添加源文件如图1-5所示，在“Target 1/Source Group 1”上点击右键，选择“/Add Existing Files to Group ‘Source Group 1’”后，出现如图1-6所示界面，选择添加所要的源程序。
图1-4 MCU选择图1-5 添加源文件源程序包括“*.C”、“*.ASM”、“*.LIB”、“*.A51”等，在“文件类型”中选择对应类型文件，再选择相应源程序文件即可，如图1-6所示。
图1-6 选择待添加的源文件1.2.4 目标硬件系统配置源程序添加完毕后，进行“Option for Target”的设定。
在菜单栏中，选择“Project/Option for Target…”，出现如图1-7所示界面。
图1-7 目标硬件系统配置1如果要调试AT89S51之类的双DPTR机型，在Target选项卡中，选中Use multiple DPTR registers 选项；如果仅使用片内程序存储器，勾选Use On-chip Rom(0x0-0xfff) 选项；如果是用C51编程，可以点击Memory Model、Code Rom Size的下拉框箭头进行选择；如果要用嵌入式实时操作系统，如RTX51，可点击Operating system下拉框箭头进行选择。
点击Output选项卡，选中Crest Hex File 选项，如图1-8所示，在编译时系统将会自动生成目标代码文件*.HEX；此文件通常用在：（1）用Proteus软件仿真时，作为源程序加载到仿真单片机中；（2）通过“编程器”，将此文件烧写到单片机程序存储器中（如AT89S51）；（3）通过ISP下载软件，将此文件写入到单片机程序存储器中（如STC89C52）。
图1-8 目标硬件系统配置21.2.5 Debug选项配置点击 Debug选项卡，如图1-9所示，可以选择各种仿真模式等。
图1-9 debug配置uVision5的仿真模式分为Use Simulator（软件仿真）和Use（硬件仿真）2种。
其中Use Simulator选项是将uVision5调试器设置成软件模拟仿真模式，在此模式下不需要实际的目标硬件就可以模拟8051单片机的很多功能。
Use Simulator中的“Load Application at Startup”是装入程序的复选框，“Run till main()”是表示从应用程序的主函数开始执行的复选框。
除非有特殊情况，一般都同时使用这两复选框。
Use选项有高级的GDI驱动（ICES仿真器）和各种仿真器硬件驱动。
运用此功能可以把Keil C51 嵌入到自己的系统中去，从而实现在目标硬件上调试程序。
选择“Load Application at Startup”，在启动时直接装载程序，选择“Run till main()”，在用C51开发时，装载后直接运行到main函数。
1、Proteus虚拟硬件仿真：选择Proteus VSM Monitor-51 Driver硬件驱动即可。
2、仿真器实际硬件仿真：一般选择Keil Monitor-51 Driver硬件驱动。
图1-10 硬件仿真驱动选择硬件仿真模式下还需配置波特率等，点击“Settings”选项，如图1-11所示。
图1-11 串口等配置选择“Serial Interrupt”，在前面打勾，否则装载过程中，仿真器会发出“嘀”一声长声报警，仿真结果将可能不正确。
选择正确的串口号（真232串口一般是COM1，USB转成的232口可通过设备管理器查询），波特率一般取38400；缓存选择建议只选Cache Code。
1.2.6 程序编译、连接与下载使用“Project ”下拉菜单中的编译命令，“Build Target ”（）只编译和连接在项目窗口中的修改过的程序；“Rebuild all Target File ”（）编译和连接项目里所有的源程序文件。
编译等无误后，使用菜单栏中的“Debug ”下“/start/stop Debug Session ”或使用快捷方式()进入硬件调试系统，如图1-12所示。
“Debug ”下“Step ”或用快捷方式()进行单步（进子程序）调试；“Debug ”下“Step Over ”或用快捷方式()进行单步（不进子程序）调试；“Debug ”下“Run to Cursor Line ”或用快捷方式()进行运行到当前光标处调试；“Debug ”下“Run ”或用快捷方式()进行全速运行，直到下一个有效断点；“Debug ”下“Start/Stop Debug Session ”进入、退出硬件调试系统环境； “Debug ”下“Reset CPU ”复位CPU ，程序回到入口地址0000H ，等待操作。
图1-12 硬件调试系统界面第二章设计内容2.1 键盘和数码管显示设计按键和显示（通常称为人机接口）是单片机系统的最基础部分，单片机学习板上配备了4*4矩阵键盘和4位共阳数码管（只能采用动态显示），具体电路见学习板原理图。
一、预备知识有关LED数码管、矩阵键盘的具体编程原理见单片机课程教材。
二、设计目的掌握LED数码管、矩阵键盘的使用，熟悉单片机人机接口设计，提高实际应用能力。
三、设计内容1、设计键盘、LED数码管显示电路原理图；2、设计程序流程图；3、编程调试，按下某键，在4位数码管上显示按下键的键号（位置信息）。
四、Proteus仿真实现本部分设计内容先用Proteus仿真实现。
五、硬件验证本部分内容要求能在学习板上进行硬件验证，将*.hex文件下载到学习板上的STC89C52单片机中，上电实际运行。
2.2 串行口收发设计串行口是单片机系统与外部设备通信的常用手段，单片机学习板上配备了一个RS-232串行接口（DB9形式），具体电路见学习板原理图。
一、预备知识有关SCI串行口、TTL-232电平转换知识见单片机课程教材。
二、设计目的掌握SCI串行口、TTL-232电平转换的使用，熟悉单片机SCI串行通信接口设计，提高实际应用能力。
三、设计内容在“2.1 键盘和LED数码管显示设计”基础上，增加如下内容：1、SCI串行口、TTL-232电平转换部分电路原理图；2、相应程序流程图；3、编程调试，在2.1基础上，实现串口接收、发送功能，具体如下：（1）按下某键，通过串口送出按下键的键号（重复4字节）并在虚拟终端上显示；（2）在虚拟终端上输入4位要显示的数值，串行口接收后，在数码管上显示，数值输入数据格式为‘s’、‘0~9’、‘0~9’、‘0~9’、‘0~9’、‘e’。
四、Proteus仿真实现本部分设计内容先用Proteus仿真实现。
五、硬件验证本部分内容要求能在学习板上进行硬件验证，将*.hex文件下载到学习板上的STC89C52单片机中，上电实际运行，同时在PC机上运行“串口调试助手”软件，上下协调，观察程序运行结果。
2.3 数字电压表设计用I2C接口A/D转换器得到电位器电压值并显示在LED数码管上，实现数字电压表功能。
一、预备知识当前串行A/D转换器的使用越来越广泛，本设计利用I2C接口PCF8591串行A/D 转换器转换电位器输入模拟电压，有关PCF8591的详细使用说明见使用手册。
二、设计目的熟悉A/D转换原理，掌握I2C通信、串行A/D、LED数码管显示电路的工作原理及编程方法，提高实际应用能力。
三、设计内容（基本部分）1、设计A/D转换、LED数码管显示电路原理图；2、设计程序流程图；3、编程调试，利用PCF8591串行A/D转换器转换电位器输入模拟电压，并在LED 数码管上显示电压值（精确到2位小数），实现数字电压表功能。
四、设计内容（扩展部分）在基本部分基础上，利用PCF8591的D/A通道实现一个固定频率的方波（频率范围10~50Hz），并在虚拟示波器上输出。