单片机实验板的安装与调试

单片机实验板的安装与调试
安装制作单片机实验板是通过实践学习单片机技术的一种途经，对于掌握单片机电路组成原理和应用技术具有很好的效果，可以初步形成设计单片机应用电路的能力。

实验板的安装与调试用到了集成开发软件Keil uVision2，在该软件使用C语言编辑单片机应用程序，可以初步培养软件编程的能力，为单片机技术开发应用奠定基础。

一、单片机的基本知识
1.1单片机的基本结构
单片机是将中央处理器（CPU）、片内数据存储器（RAM）、片内程序存储器（ROM）、定时器/计数器、并行输出输入接口P0-P3等主要计算机部件集成到一块集成电路芯片上，具有了微型计算机的功能。

实验板采用Atmel公司的AT89S52芯片（STC公司的STC89C52芯片），该单片机芯片主要由1个8位中央处理器（CPU）、片内数据存储器（RAM）、片内程序存储器（ROM或EPROM）、2个定时器/计数器、4个并行输出输入接口P0-P3、6个中断源的中断控制系统、1个全双工串行口UART以及片内振荡器与时钟发生电路等部分，见图1所示。

图1 单片机组成原理图
1．中央处理器（CPU）
CPU是单片机的核心，由运算器和控制器组成。

运算器包括算术逻辑单元ALU、累加器A、寄存器B、状态字寄存器PSW、暂存器和位处理器等，功能主要实现算术和逻辑运算。

控制器包括程序计数器PC、堆栈指针SP、数据指针DPTR、指令寄存器、指令译码器、定时电路及控制电路等。

控制器功能是使单片机各部件按一定时间节拍协调工作。

2．存储器
存储器包括程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。

程序存储器用于存放程序和常数，可提供8KB寻址空间（外存可扩展64KB）。

AT89S52与STC89C52芯片采用的是快速可擦除FlashROM程序存储器。

数据存储器用于存放读写数据和运算结果，可提供256B寻址空间（外存可扩展64KB）。

3．定时器/计数器
AT89S52型单片机内部有3个16位的定时器/计数器，以实现定时和计数功能，并
以定时或计数的结果对系统进行控制。

4．并行输入输出口
AT89S52型单片机有4个8位并行输入输出口，即P0、P1、P2、P3口，它们都是双向端口。

在系统扩展时，必须靠P0、P2送出数据和地址，P3口产生必要的控制信号，如读出和写入信号。

5．串行口
MCS-51系列单片机有一个全双工的串行口，主要用来实现单片机和其他设备的串行数据传送。

6．中断控制系统
AT89S52型单片机有5个中断源，两个中断优先级。

图2 引脚图
1.2单片机芯片管脚及功能（见图2）
单片机实验板选用AT89S52芯片,其管脚功能如下:
1. P1(P1.0-P1.7)是8位双向输入输出口,内部有上拉电阻，管脚号1-8。

P1.0引脚的第二功能是T2定时器的外部输入，P1.1引脚是T2的外部控制端。

P1.5、P1.6、P1.7引脚是单片机与编程计算机进行下载编程的信号端，MOSI是主机输出/从机输入端，MISO是主机输入/从机输出端，SCK是串行时钟信号端。

2. RESET单片机复位信号端，接高电平时单片机置为初始状态，程序从0000H 开始执行，管脚号9。

3. P3(P3.0-P3.7) 是8位双向输入输出口,内部有上拉电阻,管脚号10-17。

P3有两种功能，做一般功能时用法与P1相同；做特殊功能时
P3.0作为RXD串行端口接收端
P3.1作为TXD串行端口传送端
INT外部中断0的输入引脚
P3.20
P3.3 1
INT外部中断0的输入引脚
P3.4 T0定时器0的输入引
P3.5 T1定时器1的输入引脚
P3.6 WR CPU欲将数据送入外部RAM时，此脚为低电平。

P3.7 RD CPU欲从外部读取数据时，此脚为低电平。

4．XTAL1和XTAL2两个引脚是产生CPU所需的时钟（CLOCK）的输入脚，由石英振荡器提供，管脚号18、19。

5．V SS系统接地（GND）引脚，管脚号20。

6．P2（P2.0-P2.7）是8位双向输入输出口,内部有上拉电阻。

P2有两种功能，做一般功能时用法与P1相同；特殊功能做外部存储器扩充，高位地址（A8-A15），管脚号21-28。

7．PSEN使用外部存储器ROM程序时输出低电位信号，让外部ROM启动将数据送入总线。

管脚号29。

8．ALE/PROG使用外部存储器ROM使,用于锁定地位地址的信号；在烧录ROM/EPROM时做为接收低电平的烧录信号。

管脚号30。

9．EA/V PP该引脚接低电平时，具有外部读取启用功能，即CPU读取外部程序器（ROM）；该引脚接高电时，CPU执行4KROM的程序，程序超过4K，CPU自动CPU 执行外部ROM程序；执行程序烧录，此脚输入烧录电压。

管脚号31。

10．P0（P0-P7）P1(P1.0-P1.7)是8位双向输入输出口,内部无上拉电阻。

做一般输入输出接口，与P1相同，可连接8个LS型TTL负载，外接上拉电阻；执行外部扩充存储器时，可做为数据总线（D0-D7）或地址（A0-A7）总线。

管脚号32-39。

11．V CC芯片电源电压+5V的输入脚。

管脚号40。

C3
20P
C220P
S1
S W -P B
R110K
C1
10u
Y112M
RST
VCC
RST VCC
C5100u
C7100u
VCC
C6104
VCC
R3100
1
12
233
4
4
55
K1
RELAY-SPDT
D104007
MK1
FENGMINGQI R2
1K
S2SW-PB S3
SW-PB
C4104
12JP2CON2
/INT0/INT1
/INT0/INT1
VCC L0L1L2L3L4L5L6L7
123456789JP4470
L0L1L2L3L4L5L6L7
S0S1
S2
S3
S4S5S6S7S0S1S2S3S4S5S6S7
VCC R54.7K R64.7K Q1
Q2
Q1Q211223344556677889910101111121213131414151516161717181819192020
21
21
2222232324242525262627272828292930303131323233333434353536363737383839394040U1
AT89S52
12345
109876
SJ1SW DIP-5
11223344556
612127
7111188101099DS1SIWEISHMAGUAN
D1D2D3Q3Q4
a b
c d
e f g R74.7K R84.7K
Q3
Q4
GND1
GND2
GND3
GND4
GND4GND3GND2GND1123456789JP5CON3
CAP 1+
1
RR-IN2
8
CAP-6CAP 2-5
CAP 1-3CAP +2CAP 2+4
RT-OUT27R-OUT2
9
T-IN210T-IN111R-OUT112RR-IN113RT-OUT114GND
15
VCC
16
U3MAX232C11
1uf
C10
1uf
C9
1uf
C81uf MOSI-MISO-
SCK-R4100
VCC
RX
RX Q5
8550
Q6
8550
BI/RBO 4RBI 5LT 3A 7B 1C 2D 6
a 13
b 12
c 11
d 10
e 9
f 15g
14
U474LS47
D0D1D2D3
VCC
D0a b c d e f g VCC
Q18050
Q28050
Q38050
Q48050
C12103P VCC
C13103P
D41
23jiekou CON3
123456789
10
JP HEADER 5X2
RXD TXD MOSI MISO SCK
SCK
MISO MOSI 123
4
56KAI
KAUGUAN
1
62738495
STCJ
DB9
STCC1104
STCC2
104
STCC4104
STCC3104VCC RXD TXD RXD-TXD-TXD-RXD-MOSI-MISO-SCK-
D0LED D1LED D2LED D3LED D4LED D5
LED D6LED
D7
LED D8
LED IN
1
G N D
2
OUT
3
D9
稳压三极管
123J?CON3
GND
15
CAP-6CAP2+4
CAP+2CAP2-5CAP1-3CAP1+
1
RT-OUT114RT-OUT27T-IN111T-IN210
RR-IN113RR-IN28
R-OUT112R-OUT29
VCC
16
STC232MAX232
图3 单片机电路原理图
1.3单片机实验板组成结构（见图3）
单片机实验板包括单片机最小系统，包括AT89S52芯片，复位电路，晶振电路；MAX232通讯模块；数码管显示模块；LED 显示模块；继电器模块；蜂鸣器模块组成。

通过一系列实验，实现单片机I/O 控制、中断控制、数码管显示、数据通信、继电器控制、实现各个模块的功能，原理图见图3.
通讯模块：此模块直接由单片机的串行口P3.0（RXD ）、P3.1（TXD ）通过电平转换芯片MAX232并连接到232接插件CON1和CON2。

数码管显示模块：此模块有4位一体共阴数码管一个，P1口输出，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3数据经过74LS47译码驱动显示，例如要是右边第一个数码管显示为0，单片机的P0口输出ed 就可以使其显示了。

指示灯模块：此模块有8位发光二极管，发光二极管是低电平点亮，故要使8位发光二极管右边一位点亮，单片机的P0口输出数据FE ，P0.0低电平,然后顺序使P0.1~P0.7为低电平,可以点亮各个发光二极管。

继电器模块：本模块采用了5V 继电器HHC66A ，由单片机的P2.6控制三极管Q5，单片机的P2.6脚低电平时，Q5导通，输出结果到CON3，常开触点闭合，常闭触点断开。

蜂鸣器模快：由单片机的P2.5控制三极管Q6，单片机的P2.脚低电平时，Q6导通，蜂鸣器导通啸叫。

拨码开关模快：拨码开关将十进制数转换成二进制数，送到单片机的P2.0~P2.7口，数据经单片机P1口，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3数据经过74LS47译码驱动显示出拨码开关将十进制数。

二、电路板的安装调试 2.1焊接
1．检查印刷电路裸板电源正负端、各相邻焊点是否短路。

2．检测元器件质量，电容、接插件是否短路，按键通断状态是否正确。

3．集成电路一定焊接插座，确定好插座空间安装位置。

4．焊接时特别要注意锡不能太多，否则易发生焊点短路。

5．电烙铁焊接时间不要过长，以免烫坏焊点。

图4 单片机实验板元件安装位置图
2.2测试
单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。

1.排除逻辑故障这类故障由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。

主
要包括错线、开路、短路。

排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。

应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并重点检查系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否存在相互之间短路或与其它信号线短路。

必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。

2.排除元器件失效造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；
另一个是由于安装错误，造成器件烧坏。

可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。

在保证安装无误后，用替换方法排除错误。

3.排除电源故障
在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。

加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查V CC与GND之间电位，若在5V～5．8V 之间属正常。

2.3安装与调试过程中发现的问题及解决办法
在安装过程中出现的一些问题举例：
1. 在实验板焊接完成后，接上电源下载跑马灯的实验程序后，有个发光二极管一
直不亮。

2. 复位键不能用。

3. 下载键盘显示程序后，按下小键盘不起作用。

针对实习中出现的各种问题进行分析，复位不能用是电阻焊错了，小键盘不能用是没有将isp jump下面两个排针短接，发光二极管不能用是排阻焊错了。

将以电阻重新焊接，排针短接后，系统板各个模块功能正常。

由上得出在动手焊接前要认真仔细地分析电路原理图，熟悉系统板各个模块的工作原理；在焊接时先用万用表将各元件测量一下，做到心中有数，安装时先安装低矮和耐热元件（如电阻），然后再装大一点的元件（如插槽、数码管），最后装怕热的元件（如三极管）。

焊接电解电容与发光二极管要注意正负极不要接反。

2.3联机调试
联机仿真必须借助仿真开发装置、示波器、万用表等工具。

这些工具是单片机开发的最基本工具。

51系列单片机的信号线大体分为读、写信号线、片选信号线、时钟信号线、外部程序存贮器读选通信号（PSEN）、地址锁存信号（ALE）、复位信号等几大类。

这些信号大多属于脉冲信号，对于脉冲信号借助示波器（这里指通用示波器）用常规方法很难观测到，必须采取一定措施才能观测到。

对于电平类信号，观测起来就比较容易。

例如对复位信号观测就可以直接利用示波器，当按下复位键时，可以看到复位引脚将变为高电平；一旦松开，电平将变低。

对于脉冲触发类的信号我们要用软件来配合，并要把程序编为死循环，再利用示波器观察；对于电平类触发信号，可以直接用示波器观察。

三、程序的编制与在线编程
单片机的编程语言主要用汇编语言和C51语言，汇编语言需要掌握单片机结构知识，运算效率高，占用内存少，但汇编语言可移植性差，不同的CPU有各自的汇编语言。

C51语言的编译器能自动完成变量的存储单元的分配，对常用的接口芯片编制通用的驱动函数，对常用的功能模快、算法等编制相应的函数，可以进行信号处理算法和程序的移植。

本项目用C51语言编写应用程序，以适应各种不同型号的单片机编程。

单片机使用汇编语言或C51语言编制源程序，需要应用编辑软件生成·ASM、
或
·Ｃ文件、应用编译软件生成
·
OBJ文件、应用链接软件生成
·
HEX文件、经过软件
仿真、通过编程器将可执行的文件下载到单片机内。

Keil uVision2是将编辑软件、编译软件、链接软件、调试模拟器集成一体的单片机集成开发软件。

3.1集成开发软件的使用
源程序可以在脱机模拟状态下调试运行，也可以连上仿真器与实验仪在线仿真调试运行。

这里主要介绍后一种方法。

在线编辑、编译、仿真调试运行的操作方法是：首先在计算机中打开Keil uVision2编程软件，单击菜单中的“P工程”键、N新建工程命令、在新建工程窗口内建立新工程名称，如ccc.UV2，单击保存键。

在选择设备窗口选择CPU的类型。

实验我们选Atmel公司的AT89S52芯片。

然后单击“确定”，项目就建成了。

但这是一个空项目，我们要在这个项目中添加源程序。

可以单击File菜单中的“命令”命令按钮新建一个文件，然后在其中输入源程序（数码管显示的程序）并保存，保存的文件名要以“.asm”（当程序是汇编语言程序编写时）和“.c”（当程序是C语言程序编写时）扩展名作为结尾。

保存完了后，程序窗口如下所示：
在项目窗口的“Souce Group1”上按右键，将会显示下面的窗口：
单击“Add File to Group ‘Source Group 1’”命令，选择刚才保存的文件，就将刚才的源程序添加进了该项目。

然后单击“project”菜单中的“Rebuild All target Files”命令，可以将源程序编译，有错误的话在下面的信息窗口中会有提示，根据提示进行修改。

如果程序编译通过的话，单击“工程”菜单中的“D调试”命令即可开始软件调试。

如果要做硬件调试，还应做以下设置：在项目窗口的“Target1”上按右键，将会弹出一个菜单。

用鼠标单击菜单上的“options for target‘target 1’”命令，将显示下面的窗口：
我们选择“debug”属性页，将上面的由“use simulator”（使用软件仿真）改为“use monitor-51 driver”（使用M-51仿真器）。

然后用鼠标单击“setting”（设置）将port（端口）设置为串口线和单片机实验板相连的端口，将“baudrate”（波特率）设置为“38400”，然后在“debug”属性页上将“load application at sta……”和“go till main”前面的选择框选上，单击“确定”，如果连线没有问题就可以进入硬件调试状态了。

我们可以使用“debug”菜单下的“go”（运行）、“step”（单步）、“step over”（大单步）和“run to cursor line”（运行到光标处）等命令调试程序了。

3.2编辑源程序
在单片机开发软件中使用C51语言编写LED数码管显示1-9999程序，下载到单片机实验板中运行该源程序，观察单片机实验板运行状态。

#include <reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar code ma[10]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09};
void delay10ms(unsigned char time);
#define D4 ~0x7f; //0有效0111 1111
#define D3 ~0xbf;
#define D2 ~0xdf;
#define D1 ~0xef;
main()
{
while(1)
{
uint i;
for(i=0;i<10;i++)
{
P1=ma[i];
P3=0xff;
delay10ms(100);
}
}
}
void delay10ms(unsigned char time)
{
uchar i;
unsigned int j;
for (i=0;i<time;i++)
{
for(j=0;j<0x390;j++)
{;}
}
3.3程序的下载
1．单片机的在线编程（ISP）
AT89S52与STC89C52芯片，内部具有在系统可擦除FLASH存储器，在单片机运行过程中用内部程序改写FLASH存储器的内容，修改某些运行参数。

单片机通过串行端口与外部主机(如PC机)通信，从主机接收命令和数据，用于擦除和再编程代码。

AT89S52不需要编程器就可进行单片机的实验和开发，单片机芯片可以直接焊接在电路板上，调试AT89S52芯片及程序。

AT89S52的ISP功能是在RESET引脚处于高电平时，利用P1.5(MOSI)，P1.6(MISO)，AT89S52P1.7(SCK)三引脚的数据设置或传送达到程序下载的目的，P1.5(MOSI)引脚作为串行指令的输入端口，P1.6(MISO)引脚作为串行数据的输出端口，P1.7(SCK)引脚作为串行移位脉冲的输入端口。

2．ISP应用
将通讯电缆串口插头插入电脑串口，此时编程器上LED点亮，表明电源接通。

启动在线ISP编程器2.0程序后，会自动检测硬件及连接，状态框中显示“就绪”字样，表示编程器连接和设置均正常。

否则请检查硬件连接和端口设置。

把AT89S52单片机芯片正确地放到编程器的相应插座上，这时注意，芯片的缺口要朝向插座的把手方向。

芯片放好后，就可以对芯片进行读写操作了，读写操作按下面的步骤进行：
(1)先选择器件（AT89S52）
(2)用“擦除器件”擦除芯片
(3)用“打开文件”选择打开要编写的.HEX和.BIN文件
(4)用“写器件”编程
(5)用“校验数据”检查编程的正确与否
这样程序就被烧录到单片机芯片中了。

四、单片机实验板调试要求
本项目要求从PC机源程序库中下载有关应用源程序到单片机中，单片机实验板各部分电路运行正常，源程序执行无错误。

调试源程序内容包括：
1．数码管显示动态数字
2．LED发光动态管运行
3．中断控制
4．继电器输出
5．拨码开关输入
6．蜂鸣器输出
单片机安装与调试
实验讲义
机电实习中心
高宁。