第2章 单片机课程设计的工具
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程序下载到单片机的过程，称为单片机编程(也称为烧写)。 需要用专门的下载软件将编译器生成的目标文件(hex文件)烧 写至单片机里。 以前程序下载到单片机中需用专门的烧写器，使用方法是： 先将单独的一片单片机插到烧写器插座中，将调试通过的程序 下载到单片机中，再将单片机插回到用户系统的单片机插座。 整个过程操作比较麻烦，而且专用烧写器价格较贵。
(a) 铜板
(b) 锡板
图2-6 万用板
16
2.2 硬件工具
J1
2.2.2 万用板
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
K8
K9
K10
K11
K12
K13
K14
K15
K16
(a) 矩阵键盘电路原理图
(b) 矩阵键盘万用板正面
(c) 矩阵键盘万用板反面
图2-7 矩阵键盘原理图及其万用板焊接电路 17
2.2 硬件工具
对于单片机课程设计，若用Proteus软件先进行仿真，验证 硬件和软件设计方案，调试程序，待仿真的结果符合设计要求 的结果，再进行硬件实物制作，采用这样的流程可以起到事半 功倍的效果，而且用仿真软件可以让学生充分观察运行现象， 加深对知识点的理解和掌握。
6
2.1 软件工具
2.1.3 在系统编程软件ISP
图2-13 USB接口形状
23
2.2 硬件工具
2.2.5 电源
图2-14 USB供电电路
图2-15 公-公USB延长线
图2-16 6脚自锁开关 24
2.2 硬件工具
2.2.6 焊接工具
图2-17 常用电工工具
图2-18 恒温电烙铁
25
9
2.1 软件工具
2.1.3 在系统编程软件ISP
图2-1 STC公司的ISP下载界面
10
2.1 软件工具
2.1.4 其他相关软件
除了会编写与调试程序外，单片机应用系统最终都要做出硬 件产品才能发挥作用。
要做硬件先要设计电路原理图，电路原理图调试通过后，再做 成印刷电路板(Printed Circuit Board ，PCB)，因此对单片机系 统设计来说，电路原理图和PCB图的设计是两个非常基本的技能， 单片机系统设计有一半以上的功夫会落在系统的电路设计和电路 板的制作上。
2
2.1 软件工具
2.1.1 Keil 软件
与通用微机不同，单片机本身没有自主开发能力，必须借 助于开发工具编制、调试、下载程序或对器件编程。
80C51单片机最常用的开发环境是Keil C51-μVision IDE
(Integration Develop Entironment 简称IDE)。
Keil C51提供了包括C语言编译器、宏汇编、连接器、库管
(a) 印刷电路板
(b) 焊接好的作品
图2-9模拟多台设备自动循环控制系统
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2.2 硬件工具
2.2.4 下载工具
程序下载采用带有CH340芯片或PL2303芯片的USB转串口转换器 完成。
USB转串口转换器全称为USB to Serial Port Module，它可以实现 将USB接口虚拟成一个串口，解决笔记本电脑无串口的苦恼。
2.2.2 万用板
万用板的焊接技巧 (1) 初步确定电源、地线的布局 (2) 善于利用元器件的引脚 (3) 善于设置跳线 (4) 善于利用元器件自身的结构 (5) 善于利用排针 (6) 充分利用双面板 (7) 充分利用板上的空间
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2.2 硬件工具
2.2.3 印刷电路板
面包板和万用板一般只在电路设计、调试时使用，在成熟的电子 产品中，电路的载体都是印刷电路板(PCB)，它是针对电路唯一设计 出来的实现元器件焊装及电气连接的电路板。印刷电路板是功能电 路的最终表现形式，是电路设计的终极目标。
理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过
一个集成开发环境μVision IDE将这些部分组合在一起，可以完
成程序编辑、编译、链接功能，并可以与单片机联调或运行程
序，单片机应用系统开发的程序都可以在μVision中开发，目前
最新的版本是μVision5。
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2.1 软件工具
2.1.1 Keil 软件
11
2.1 软件工具
2.1.4 其他相关软件
可以帮助设计电路图、印刷电路板图的软件有很多，常用的有 Altium Design，AutoCAD，PowerPCB等。这些软件并不难， 只要我们知道设计原理，它们不过是工具而已。课程设计环节不 展开讲这些软件的使用方法，需要学习的同学可以参考专门介绍 电路设计的参考书。
在学习过程中，只要有一台电脑，再运行用Proteus软件搭 建的单片机应用系统仿真模型就可以十分逼真地模拟出实验现 象。
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2.1 软件工具
2.1.2 Proteus 仿真软件
在实际开发单片机应用系统的过程中，硬件投入比较大，在 具体的工程实践中，如果因为方案有误而要重新进行相应的开 发设计，就会浪费较多的时间和经费。若用Proteus软件先进 行仿真，等方案成熟后再做硬件，可以节省大量的时间与资金 。
一件产品设计成功后，设计说明书的撰写也非常重要，俗话说
“文若其人”，一份好的设计说明书能较好地反映出学生的知识、
能力和素质水平，设计说明书的撰写除了要求学生在文字结构方
面用心揣摩、仔细斟酌外，还要用到Micro公司的Office软件、
Visio软件等。
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2.Hale Waihona Puke Baidu 硬件工具
2.2.1 面包板
面包板是电路实验中一种常用的具有多孔插座的插件板，使 用者可以在上面通过插接导线、电子元件来搭建不同的电路，从 而实现相应的功能。因为面包板无需焊接，只需要简单的插接， 所以它广泛应用于电子制作与单片机的入门学习中。
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2.2 硬件工具
2.2.5 电源
(2) 电源适配器 比较省事的方法是到电子市场或网上直接购买一个额定电 流不小于500mA、额定电压5VDC的电源适配器，如图2-12 所示。
图2-12 电源适配器
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2.2 硬件工具
2.2.5 电源
(3) USB接口供电 单片机开发板的供电也可采用电脑的USB供电，USB接口电压就是 5V的，和单片机的供电系统相适配。USB供电最大能提供500mA 的直流电，能满足单片机应用系统大多数元器件的供电要求。
关于Keil C51软件、2.1.2小节Proteus软件和2.1.3小节ISP软件 的详细介绍和使用方法，请见下列参考文献第2章。
张兰红，邹华，刘纯利. 单片机原理及应用(第2版)[M].北京： 机械工业出版社，2017.
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2.1 软件工具
2.1.2 Proteus 仿真软件
英国Labcenter Electronics公司推出的Proteus软件，可以对 基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真，用户 甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态 外设模型来对设计进行交互仿真。
第2章 单片机课程设计的工具
2.1 软件工具 2.2 硬件工具
1
边学边实践是快速掌握单片机的途径，想成为单片机系统设 计师的同学一定要想方设法让自己有机会进行实践训练.
实践可以用Proteus软件或购买别人开发的单片机学习板，但 最好的方式是自己动手做一个单片机应用系统，哪怕是最简单 的流水灯系统。用软件仿真软件和在学习板上完成实验，可以 帮助我们理解知识点，但真正动手实践时还会遇到一系列问题， 只有将实践中的问题解决了，才真正具有单片机系统设计的能 力。
图2-2 面包板最小单元外观图
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2.2 硬件工具
2.2.1 面包板
图2-3 面包板窄条部分外观和结构图
图2-4 中间部分宽条外观及结构图
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2.2 硬件工具
2.2.1 面包板
用面包板搭建电路时，中间宽条用于连接电路，由于凹槽上 下是不连通的，所以集成块一般跨插在凹槽上。上面的窄条取 一行做电源，下面的窄条取一行做接地，使用时注意窄条的中 间部分不通。插接芯片及电路的图片如图2-5所示。
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2.1 软件工具
2.1.3 在系统编程软件ISP
随着单片机技术的发展，出现了在系统编程(In System Programming，简称ISP)技术。
ISP是指用户通过PC机的软件，把已编译好的目标代码hex文 件通过串行口直接写入用户系统的单片机，不需要将单片机从 电路板上取下到专门的烧录器上烧录。
图2-5 插接芯片及电路的图片
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2.2 硬件工具
2.2.2 万用板
万用电路板(简称万用板)是一种按照标准IC间距(2.54mm)布 满焊盘、可按自己的意愿插装元器件及连线的印刷电路板，简 称万用板，又称“洞洞板”、“多孔板”，如图2-6所示。相比 专业的PCB制版，万用板具有使用门槛低、成本低廉、使用方 便、扩展灵活的优点，如在大学生电子设计竞赛中，作品通常 需要在几天时间内争分夺秒地完成，大多使用万用板。
不论单片机片内的存储器是空白的还是被编程过的，都可以 用ISP方式擦除或再编程。在系统编程是Flash存储器的固有特 性，内含Flash存储器的单片机，都可以采用这种方式编程。
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2.1 软件工具
2.1.3 在系统编程软件ISP
STC_ISP软件由STC公司研发，可以向STC89C51、STC89C52 等系列单片机内烧写程序，目前最高版本是STC_ISP_V6.85， 下载界面如图2-1所示，可以设置波特率，串口等参数，同时 STC_ISP软件还可以作为串口调试工具，作为串口收发数据的 调试软件。
从上到下，引脚分别为： 3.3V TXD RXD GND +5V
图2-10 USB转串口转换器
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2.2 硬件工具
2.2.5 电源
要使80C51单片机工作，必须提供直流5V电源供电，电源可以采 用以下三种方案之一。
(1) 自制直流稳压电源
(b) 焊接好的作品 图2-11 STC8952单片机系统直流稳压电源
(a) 铜板
(b) 锡板
图2-6 万用板
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2.2 硬件工具
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2.2.2 万用板
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K13
K14
K15
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(a) 矩阵键盘电路原理图
(b) 矩阵键盘万用板正面
(c) 矩阵键盘万用板反面
图2-7 矩阵键盘原理图及其万用板焊接电路 17
2.2 硬件工具
对于单片机课程设计，若用Proteus软件先进行仿真，验证 硬件和软件设计方案，调试程序，待仿真的结果符合设计要求 的结果，再进行硬件实物制作，采用这样的流程可以起到事半 功倍的效果，而且用仿真软件可以让学生充分观察运行现象， 加深对知识点的理解和掌握。
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2.1 软件工具
2.1.3 在系统编程软件ISP
图2-13 USB接口形状
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2.2 硬件工具
2.2.5 电源
图2-14 USB供电电路
图2-15 公-公USB延长线
图2-16 6脚自锁开关 24
2.2 硬件工具
2.2.6 焊接工具
图2-17 常用电工工具
图2-18 恒温电烙铁
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2.1 软件工具
2.1.3 在系统编程软件ISP
图2-1 STC公司的ISP下载界面
10
2.1 软件工具
2.1.4 其他相关软件
除了会编写与调试程序外，单片机应用系统最终都要做出硬 件产品才能发挥作用。
要做硬件先要设计电路原理图，电路原理图调试通过后，再做 成印刷电路板(Printed Circuit Board ，PCB)，因此对单片机系 统设计来说，电路原理图和PCB图的设计是两个非常基本的技能， 单片机系统设计有一半以上的功夫会落在系统的电路设计和电路 板的制作上。
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2.1 软件工具
2.1.1 Keil 软件
与通用微机不同，单片机本身没有自主开发能力，必须借 助于开发工具编制、调试、下载程序或对器件编程。
80C51单片机最常用的开发环境是Keil C51-μVision IDE
(Integration Develop Entironment 简称IDE)。
Keil C51提供了包括C语言编译器、宏汇编、连接器、库管
(a) 印刷电路板
(b) 焊接好的作品
图2-9模拟多台设备自动循环控制系统
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2.2 硬件工具
2.2.4 下载工具
程序下载采用带有CH340芯片或PL2303芯片的USB转串口转换器 完成。
USB转串口转换器全称为USB to Serial Port Module，它可以实现 将USB接口虚拟成一个串口，解决笔记本电脑无串口的苦恼。
2.2.2 万用板
万用板的焊接技巧 (1) 初步确定电源、地线的布局 (2) 善于利用元器件的引脚 (3) 善于设置跳线 (4) 善于利用元器件自身的结构 (5) 善于利用排针 (6) 充分利用双面板 (7) 充分利用板上的空间
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2.2 硬件工具
2.2.3 印刷电路板
面包板和万用板一般只在电路设计、调试时使用，在成熟的电子 产品中，电路的载体都是印刷电路板(PCB)，它是针对电路唯一设计 出来的实现元器件焊装及电气连接的电路板。印刷电路板是功能电 路的最终表现形式，是电路设计的终极目标。
理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过
一个集成开发环境μVision IDE将这些部分组合在一起，可以完
成程序编辑、编译、链接功能，并可以与单片机联调或运行程
序，单片机应用系统开发的程序都可以在μVision中开发，目前
最新的版本是μVision5。
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2.1 软件工具
2.1.1 Keil 软件
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2.1 软件工具
2.1.4 其他相关软件
可以帮助设计电路图、印刷电路板图的软件有很多，常用的有 Altium Design，AutoCAD，PowerPCB等。这些软件并不难， 只要我们知道设计原理，它们不过是工具而已。课程设计环节不 展开讲这些软件的使用方法，需要学习的同学可以参考专门介绍 电路设计的参考书。
在学习过程中，只要有一台电脑，再运行用Proteus软件搭 建的单片机应用系统仿真模型就可以十分逼真地模拟出实验现 象。
5
2.1 软件工具
2.1.2 Proteus 仿真软件
在实际开发单片机应用系统的过程中，硬件投入比较大，在 具体的工程实践中，如果因为方案有误而要重新进行相应的开 发设计，就会浪费较多的时间和经费。若用Proteus软件先进 行仿真，等方案成熟后再做硬件，可以节省大量的时间与资金 。
一件产品设计成功后，设计说明书的撰写也非常重要，俗话说
“文若其人”，一份好的设计说明书能较好地反映出学生的知识、
能力和素质水平，设计说明书的撰写除了要求学生在文字结构方
面用心揣摩、仔细斟酌外，还要用到Micro公司的Office软件、
Visio软件等。
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2.Hale Waihona Puke Baidu 硬件工具
2.2.1 面包板
面包板是电路实验中一种常用的具有多孔插座的插件板，使 用者可以在上面通过插接导线、电子元件来搭建不同的电路，从 而实现相应的功能。因为面包板无需焊接，只需要简单的插接， 所以它广泛应用于电子制作与单片机的入门学习中。
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2.2 硬件工具
2.2.5 电源
(2) 电源适配器 比较省事的方法是到电子市场或网上直接购买一个额定电 流不小于500mA、额定电压5VDC的电源适配器，如图2-12 所示。
图2-12 电源适配器
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2.2 硬件工具
2.2.5 电源
(3) USB接口供电 单片机开发板的供电也可采用电脑的USB供电，USB接口电压就是 5V的，和单片机的供电系统相适配。USB供电最大能提供500mA 的直流电，能满足单片机应用系统大多数元器件的供电要求。
关于Keil C51软件、2.1.2小节Proteus软件和2.1.3小节ISP软件 的详细介绍和使用方法，请见下列参考文献第2章。
张兰红，邹华，刘纯利. 单片机原理及应用(第2版)[M].北京： 机械工业出版社，2017.
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2.1 软件工具
2.1.2 Proteus 仿真软件
英国Labcenter Electronics公司推出的Proteus软件，可以对 基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真，用户 甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态 外设模型来对设计进行交互仿真。
第2章 单片机课程设计的工具
2.1 软件工具 2.2 硬件工具
1
边学边实践是快速掌握单片机的途径，想成为单片机系统设 计师的同学一定要想方设法让自己有机会进行实践训练.
实践可以用Proteus软件或购买别人开发的单片机学习板，但 最好的方式是自己动手做一个单片机应用系统，哪怕是最简单 的流水灯系统。用软件仿真软件和在学习板上完成实验，可以 帮助我们理解知识点，但真正动手实践时还会遇到一系列问题， 只有将实践中的问题解决了，才真正具有单片机系统设计的能 力。
图2-2 面包板最小单元外观图
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2.2 硬件工具
2.2.1 面包板
图2-3 面包板窄条部分外观和结构图
图2-4 中间部分宽条外观及结构图
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2.2 硬件工具
2.2.1 面包板
用面包板搭建电路时，中间宽条用于连接电路，由于凹槽上 下是不连通的，所以集成块一般跨插在凹槽上。上面的窄条取 一行做电源，下面的窄条取一行做接地，使用时注意窄条的中 间部分不通。插接芯片及电路的图片如图2-5所示。
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2.1 软件工具
2.1.3 在系统编程软件ISP
随着单片机技术的发展，出现了在系统编程(In System Programming，简称ISP)技术。
ISP是指用户通过PC机的软件，把已编译好的目标代码hex文 件通过串行口直接写入用户系统的单片机，不需要将单片机从 电路板上取下到专门的烧录器上烧录。
图2-5 插接芯片及电路的图片
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2.2 硬件工具
2.2.2 万用板
万用电路板(简称万用板)是一种按照标准IC间距(2.54mm)布 满焊盘、可按自己的意愿插装元器件及连线的印刷电路板，简 称万用板，又称“洞洞板”、“多孔板”，如图2-6所示。相比 专业的PCB制版，万用板具有使用门槛低、成本低廉、使用方 便、扩展灵活的优点，如在大学生电子设计竞赛中，作品通常 需要在几天时间内争分夺秒地完成，大多使用万用板。
不论单片机片内的存储器是空白的还是被编程过的，都可以 用ISP方式擦除或再编程。在系统编程是Flash存储器的固有特 性，内含Flash存储器的单片机，都可以采用这种方式编程。
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2.1 软件工具
2.1.3 在系统编程软件ISP
STC_ISP软件由STC公司研发，可以向STC89C51、STC89C52 等系列单片机内烧写程序，目前最高版本是STC_ISP_V6.85， 下载界面如图2-1所示，可以设置波特率，串口等参数，同时 STC_ISP软件还可以作为串口调试工具，作为串口收发数据的 调试软件。
从上到下，引脚分别为： 3.3V TXD RXD GND +5V
图2-10 USB转串口转换器
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2.2 硬件工具
2.2.5 电源
要使80C51单片机工作，必须提供直流5V电源供电，电源可以采 用以下三种方案之一。
(1) 自制直流稳压电源
(b) 焊接好的作品 图2-11 STC8952单片机系统直流稳压电源