单片机经过几十年的发展，目前已经广泛应用于生产生活的各个领域。全国高等院校的计算机科学与技术专业和电子信息工程等专业，已经普遍开设了单片机相关的课程。《单片机技术》，《单片机原理与接口技术应用》等课程作为工科专业的必修专业基础课，对教学提出了较高的要求，尤其是实践教学环节。单片机技术的教学必须要有一定课时的高质量的实验课程来配合理论课的教学，只有这样才能使学生更好的掌握单片机的开发，提高动手实践的能力，培养创新精神。但是目前市场上的单片机实验系统普遍价格昂贵，并不能很好的满足单片机的教学。在这样的情况下，构建一个低成本，源代码开放，有完整电路原理图的单片机教学实验系统是非常有必要的。对于提高单片机的教学效果，培养单片机的开发人才具有很大的现实意义。
论文主要完成了以下工作：
1.分析了目前单片机教学中存在的问题，和目前市场上存在的单片机教学实验系统的现状。提出了构建一种低成本，源代码开放，适合学校单片机教学的51 单片机教学实验系统。
2.为了解决单片机教学中存在的问题，对单片机教学进行改革，提高单片机的教学效果，使学生能够更好的掌握单片机的开发技术，结合单片机教学大纲的要求，利用宏晶科技公司生产的 STC89C52 单片机为核心，设计完成单片机教学实验系统的硬件开发工作，并且调试成功。提供了所有的硬件电路原理图，以供给单片机教学使用。
3.结合单片机教学实验系统的硬件和教学需要，开发了一系列的基础类的实验，即基础接口设计实验。同时为了满足创新性教学和太高学生综合设计能力等的需要，开发了一些综合性的实验项目，例如，数字电子钟实验，简易计算器实验，温控系统实验等供教学以及单片机课程设计和毕业设计的使用。所开发的实验项目均提供汇编源代码和 C 源代码，供学生参考。
4.开发了基于 SST89E564RD 的硬件仿真器。以使学生能够在课堂上学会单片机的硬件仿真调试，真正的掌握单片机的开发技术。

目前本课题已经完成了 51 单片机的教学实验系统的所有的硬件和软件的开发调试工作，经过小规模的试用，证明符合本课题设计的预期，效果良好。

关键词：STC89C52；单片机；实验系统；调试与仿真

THE DESIGN AND DEVELOPMENT OF TEACHING EXPERIMENT SYSTEM BASED ON 51 MCU
Abstract

After several decades of development, now MCU is widely used in all areas of life and production. National institutions and universities of higher learning and technical expertise in computer science and electronic information engineering and other professionals, have widely opened MCU-related courses. “Single-chip technology”, “MCU principles and interface technology” and other professional engineering curriculum as a compulsory basic course, the teaching is making higher requirements, especially in practice teaching. MCU technology teaching demands a certain class time of high-quality courses to test the theory with the experiment in teaching. Only in this way the students can better grasp the MCU development, improve the hands –on ability and the creating consciousness. However, the current MCU experimental system from market is generally expensive, and can not meet the relevant teaching well. In such circumstances, It is very necessary to build a MCU experimental teaching system of low-cost and open source code with a complete circuit diagram. It also has great practical significance for improving the teaching effectiveness and the training of concerned human resources.
This thesis has completed the following tasks:
1.The analysis of current problems in MCU teaching and the status of existed MCU experimental teaching system and the proposal to build a system of low-cost, open source code, suitable for teaching as “51 MCU experiment teaching system”.
2.In order to solve the problems in MCU teaching, make some reforms, improve the teaching effectiveness, enable the students to better grasp the development of chip technology, and to combine with the MCU curriculum

requirements, by using STC89C52 produced by HongJing Technology as a core, we designed and completed the development of the system’s hardware, and finally successfully debugged. All the hardware circuit diagrams are provided to match the relevant teaching.
3.To meet the demand for MCU hardware and teaching, a series of basic experiments are developed as basic interface design experiment. Meanwhile, in order to meet the innovative teaching and the needs of comprehensive design capabilities for higher level students, a number of comprehensive pilot projects are developed such as digital electronic clock experiment, simple calculator experiment and temperature control system experiment for the use of teaching , curriculum design and graduation design. All the developed experimental projects are provided source code and C source code for students reference.
4.The hardware emluator is developed out based on SST89E564RD to enable the students to learn the hardware simulation debugging of MCU in class and totally grasp the concerned developing technology. Currently, the project has completed the hardware and software development and debugging work of “51 MCU System”. Through a small-scale trial it proved to be complied with the anticipation of this topic and achieved good effects.

Keywords: STC89C52;MCU;Experimental system;Debugging and simulation

目 录

1绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.2研究现状 3
1.3本文的主要工作 4
2单片机实验系统总体设计 5
2.1实验系统的单片机选型 5
2.1.1选型原则. 5
2.1.2STC 系列单片机性能简介 6
2.2系统功能 7
2.2.1单片机实验系统硬件总体逻辑结构. 7
2.2.2FLASH 存储技术和 ISP 在系统编程功能 7
2.2.3单片机实验教学功能. 10
3系统硬件设计 12
3.1STC89 单片机最小系统. 12
3.2发光二极管电路. 13
3.3键盘电路. 14
3.4LED 数码管显示电路. 14
3.5模数转换电路. 15
3.6数模转换电路. 15
3.7 RS232 串行接口. 16
3.9I2C 接口电路. 17
3.10温度传感器接口电路 18
4系统实验项目设计 19
4.1本实验系统对单片机实验教学的改进. 19
4.2单片机 C 语言开发基础 20
4.2.1利用 C 语言开发单片机的优点. 20
4.2.2单片机 C 语言 C51 中的基本数据类型和基础语句. 21
4.2.3单片机 C 语言 C51 的基本结构. 22
4.3实验系统基本实验程序设计 23
4.4实验系统综合实验程序设计. 28
4.4.1数字电子钟实验 28
4.4.2温控系统实验. 30
5系统的开发环境及硬件仿真调试 33
5.1单片机系统开发环境. 33
5.1.1单片机集成开发环境 KEIL μVision2 33
5.1.2KEIL C51 μVision2 软件的使用 36
5.2硬件仿真调试设计 43
5.2.1单片机 SST89E564RD 作仿真器的工作原理 44
5.2.2仿真监控程序 SoftICE 的烧录. 44
6总结与展望 48
参考文献 49

1绪论

1.1研究背景和意义
单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以其性价比高，体积小，功能强，开发较为容易等优点，迅速占领市场，广泛应用于日常生活的各个领域。在我国，单片机系统已被广泛的应用于工业自动化控制，消费类电子，智能仪器仪表，通信系统和军事领域[1]。因此，对于计算机科学技术，电子信息工程，通信工程和自动化控制等专业的高等院校学生来说，学习并掌握单片机开发技术具有非常重要的意义。
目前，世界上很多著名的半导体制造商几乎都有自己的单片机产品，例如TI，Atmel，NEC，Freescale 等等。这些不同厂商的单片机产品在功能和结构上都有不同点，指令系统也不完全兼容，应用的领域也是各有侧重。在所有的单片机产品中，以 Intel 公司在 1981 年推出的 8051 单片机应用最为广泛。目前很多新型的单片机也是属于 8051 系列，它们只是在 8051 单片机的基础上增强了部分功能[2]。在国内，8051 单片机更是占有统治地位，已经广泛应用于各个领域。国内的各个高等校开设的单片机课程一般也是以 8051 单片机做为授课内容。
在全国高等院校计算机科学与技术专业和电子信息类专业中，已普遍开设了单片机相关的课程。《单片机技术》，《单片机原理与接口技术应用》等课程作为工科专业的必修专业基础课，对教学提出了较高的要求，尤其是实践教学环节。单片机技术的教学必须要有一定课时和高质量的实验课程来配合理论课的教学， 只有这样才能使学生更好的掌握单片机的开发，提高动手实践的能力，培养创新精神。
但是目前，我国高等院校在单片机的教学过程中还是普遍存在着一些问题的，这也制约和限制了对单片机开发人才的培养速度。在教学工程中存在的问题主要集中在以下这几个方面：
（1）单片机课程以理论讲解为主。整个学期的大部分时间都是老师在讲授单片机理论知识，学生虽然也能听懂，但是往往是一知半解，学完以后对单片机的概念还是很模糊，要求学生独立开发程序就更是不可能完成的任务。

（2）目前国内的单片机教材绝大部分都是以 80C51 单片机为例，编程语言还是采用 80C51 的汇编指令集，学生学习汇编语言还是有一定难度的，而且目前在实际的开发工作中大部分都是采用 c 语言来开发程序，所以学生在学校学习完单片机的课程以后，就业以后还是不能独立进行开发工作，还需要再进行专门培训。这样看来学校的单片机教学和实际的开发工作存在脱节。
（3）单片机教学对实践教学环节重视程度不够。现在很多学校也都有单片机技术实验室，也开设了单片机的实验课程，但是效果并不理想，问题出在哪里呢？主要是目前各个高校的单片机实验室普遍购买的设备是单片机的实验箱。在上单片机实验课的时候，学生往往都是按照实验指导书的要求，拿到源代码直接编译链接运行程序，然后看看硬件的演示效果，一般厂家提供的源代码都是汇编格式的，学生也没学过单片机 c 语言编程，所以自己也不会去编程实践[3]。在硬件接口电路方面，实验箱一般不提供整体的电路原理图，只是有分模块的电路， 然后学生按照实验指导书的图样连线即可，根本就没有掌握接口电路原理，就更不用说自己学会设计电路了。
（4）学校实验室资源有限。因为单片机实验系统的价格还是比较昂贵的， 所以目前高校的单片机实验室配置资源很有限，不能满足学生自主学习的要求。以我们学校为例，计算机科学与技术，电子信息工程，通信工程三个专业的学生共用一个单片机实验室。而实验室一共只有 30 套实验箱[4]。最多能满足日常的教学工作，而且开设的实验教学课时也很有限。在这种情况下，学生想进一步提高自己的实践能力要求使用实验室的设备，我们也没有时间和能力给学生提供这样的机会。
在目前这样的情况下，构建一个低成本，源代码开放，并且具有完整电路原理图的单片机教学实验系统是非常有必要的。首先这套系统可以严格的控制生产成本，使实验室的设备投资大幅下降，可以引进更多的实验设备，满足每个学生做实验时可以人手一套；其次也可以根据学校和学生的实际情况更灵活的安排单片机教学的内容，使理论和实践的结合更加紧密；最终达到培养学生的自主学习能力和创新精神的目的，对单片机开发方面人才的培养和单片机教学的革新具有重大意义。
为此，我针对学校实验室的现状，设计开发了一款新型的低成本的单片机实

验开发系统。该系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分根据学生的实际情况和生产成本的要求开发了相应的接口电路，同时也将单片机全部管脚资源引出，利于学生自己开发扩展。软件部分设计了适合学生实践的源代码，包括汇编语言和c 语言程序，重点是提供了 C 语言的程序，使学生能够更好的学习单片机 c 语言编程。该实验系统不仅能满足单片机教学的应用，也能满足学生的课程设计，毕业设计以及全国大学生电子设计竞赛等课外实践活动的需要，有利于培养学生的自主学习能力和创新精神。
1.2研究现状

目前单片机实验系统市场已经非常成熟，有很多公司都提供相应的产品。不过大部分产品都是以实验箱的形式，虽然接口丰富，但是价格比较昂贵，基本上都在 2000 元以上，所以实验室不能大批量引进供学生学习，也无法提供额外的时间给学生自己动手实践，仅能满足正常的教学环节。在这样的情形下，学生普遍反映教学时间短，没有足够时间真正去理解硬件原理和编程思路，导致教学效果不理想。
例如我们实验室引进的江苏启东计算机公司生产的 DVCC-51 系列单片机教学实验系统，就是一套功能很强大，接口丰富的实验系统。但是这套系统的实验指导书在硬件部分并没有提供完整的电路原理图，导致学生在做实验的时候并不清楚硬件电路是如何设计的，只是机械的接受。软件