TD-51手册及实验指导

TD-51单片机系统

用户手册及实验指导书

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目 录

第1章 系统介绍.............................................................................................................1

1.1 TD-51系统板的构成及特点.................................................................................................1 1.2 SST89E554RC简介................................................................................................................2 1.3 实验项目.................................................................................................................................4 1.4 TD-51系统板的安装.............................................................................................................4 1.5 Keil C51的安装.....................................................................................................................5

1.5.1 系统要求......................................................................................................................5 1.5.2 软件安装......................................................................................................................5 1.6 μVision2集成开发环境.........................................................................................................8 1.7 仿真调试与脱机运行间的切换方法...................................................................................12

1.7.1 脱机运行....................................................................................................................12 1.7.2 与Keil C51开发环境联机调试的方法....................................................................15 1.7.3 从SoftICE返回IAP引导程序的方法........................................................................15

第2章 单片机原理实验...............................................................................................17

2.1 系统认识实验.......................................................................................................................17 2.2 数码转换实验.......................................................................................................................24 2.3 运算程序设计实验...............................................................................................................26 2.4 查表程序设计实验...............................................................................................................30 2.5 数据排序实验.......................................................................................................................32 2.6 位操作实验...........................................................................................................................34

第3章 单片机集成功能模块实验...............................................................................35

3.1 数字量输入输出实验...........................................................................................................35 3.2 中断系统实验.......................................................................................................................36 3.3 定时/计数器实验................................................................................................................39 3.4 看门狗实验...........................................................................................................................43 3.5 低功耗实验...........................................................................................................................46 3.6 PCA实验...............................................................................................................................49 3.7 串口通讯实验.......................................................................................................................54

第4章 单片机系统扩展实验.......................................................................................57

4.1 静态存储器扩展实验...........................................................................................................57 4.2 FLASH存储器扩展实验......................................................................................................59

4.3 A/D转换实验......................................................................................................................63 4.4 D/A转换实验......................................................................................................................65 4.5 键盘扫描及显示设计实验...................................................................................................67 4.6 电子发声设计实验...............................................................................................................71 4.7 点阵LED显示设计实验.......................................................................................................74 4.8 图形LCD显示设计实验（选配）.......................................................................................76

第5章 单片机控制应用实验.......................................................................................83

5.1 步进电机实验.......................................................................................................................83 5.2 直流电机PWM调速实验.....................................................................................................85 5.3 温度闭环控制实验...............................................................................................................87

第1章 系统介绍

随着单片机技术的发展，八位单片机的功能发生了很大的变化。由简单的MCS-51向嵌入式、增强型51内核单片机发展，使用在系统可编程（ISP）技术、在应用可编程技术（IAP）以及内嵌仿真功能的单片机层出不穷。先进技术的发展使得单片机调试、开发的手段发生了天翻地覆的变化。TD-51系统板是西安唐都科教仪器公司为TD系列微机接口教学平台配套推出的扩展件，使用该系统板配合接口教学实验平台可以完成单片机原理及应用的学习。TD-51系统板的出现为广大师生用户提供了一套廉价、实用的单片机实验教学方案。

1.1 TD-51系统板的构成及特点

1.1.1 系统构成

TD-51系统板为开放的最小单片机系统，采用具有在系统可编程和在应用可编程技术的增强型51单片机，单片机内置仿真程序，可以实现调试、仿真功能，配合TD系列微机接口教学实验平台可开展单片机原理及应用的实验教学。

表1-1-1 TD-51系统板的构成

电路名称

74HC573一片 单片机复位电路 RS-232串行接口电路

连接电缆串行通讯电缆1根

系统构成

开放的SST89E554RC单片机一片

单片机电路

1.1.2 系统功能特点

1. 取代硬件仿真器的增强型单片机

系统采用具有在系统可编程（ISP）和在应用可编程（IAP）技术的增强型51单片机，单片机内置仿真程序，完全取代传统的硬件仿真器和编程器。这种先进的单片机将仿真系统和应用系统合二为一，大大降低了应用开发成本，极大地提高了研发效率。把单片机的仿真开发和应用设计提高到一个崭新的技术领域。

2. 先进的集成开发调试环境

使用业界著名的Keil C51集成开发环境作为实验设计、调试的工具。Keil C51提供了强大的调试功能，可单步、断点、全速运行程序，可观察寄存器区、ROM变量区、RAM变量区等的内容。支持汇编语言和C语言的源语言调试。 3. 灵活的组合方式

1

采用开放的系统板结构，可以灵活地配合各型号接口实验平台开展单片机的应用教学。 4. 丰富的实验内容

提供了丰富的原理及接口应用实验。配合接口实验平台可完成数字量输入/输出、中断、定时器/计数器、看门狗、低功耗、PCA、串口通讯、静态存储器、FLASH、A/D、D/A、键盘及数码显示、电子音响、点阵LED、LCD、步进电机、直流电机、温度控制等实验内容。

1.2 SST89E554RC简介

TD-51系统板上提供了一片SST89E554RC，该器件是SST公司推出的8位微控制器FlashFlex51家族中的一员，具有如下特征：

·与8051兼容，嵌入SuperFlash存储器 － 软件完全兼容 － 开发工具兼容 － 引脚全兼容

·工作电压5V，工作时钟0～40MHz ·1Kbyte内部RAM

·两块SuperFlash EEPROM，主块32Kbyte，从块8Kbyte，扇区为128Byte ·有三个高电流驱动端口（每个16mA） ·三个16位的定时器/计数器 ·全双工、增强型UART － 帧错误检测 － 自动地址识别

·八个中断源，四级优先级

·可编程看门狗定时器（WDT） ·可编程计数阵列（PCA） ·双DPTR寄存器

·低EMI模式（可禁止ALE） ·SPI串行接口

·标准每周期12个时钟，器件提供选项可使速度倍增，达到每周期6个时钟 ·低功耗模式

－ 掉电模式，可由外部中断唤醒 － 空闲模式

SST89E554RC的功能框图如图1-2-1所示，外部引脚如图1-2-2所示。 SST89E554RC的特殊功能寄存器如表1-2-1所列。

2

8个中断

(T2)P1.0(T2 EX)P1.1(ECI)P1.2(CEX0)P1.3(CEX1/SS#)P1.4(CEX2/MOSI)P1.5(CDX3/MISO)P1.6(CEX4/SCK)P1.7

RST(RXD)P3.0(TXD)P3.1VCC

P0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA#

ALE/PROG#(INT0#)P3.2PSEN#(INT1#)P3.3

P2.7(A15)(T0)P3.4P2.6(A14)(T1)P3.5P2.5(A13)(WR#)P3.6P2.4(A12)(RD#)P3.7P2.3(A11)XTAL2P2.2(A10)

XTAL1P2.1(A9)GND

P2.0(A8)

图1-2-1 SST89E554RC功能框图 图1-2-2 SST89E554RC外部引脚图

表1-2-1 SST89E554RC特殊功能寄存器存储器映象

8字节

1CCAP0HCCAP1HCCAP2HCCAP3HFFH 1F7H

1CCAP0LCCAP1L

CCAP2L

CCAP3L

EFH

1

E7H 1CCAPM0CCAPM1CCAPM2CCAPM3 DFH 1D7H

1RCAP2L

RCAP2H

TL2 TH2 CFH 1

C7H

1SADENBFH 1B7H 1SADDR

AFH

1AUXR1

A7H

19FH 197H 1

8FH

1WDTD87H

注：1表示该特殊功能寄存器可位寻址。

3

1.3 实验项目

通过TD-51系统板可以开展各种单片机实验，具体包括： 1. 单片机原理实验

（1）系统认识实验 （2）数码转换实验 （3）运算程序设计实验 （4）查表程序设计实验 （5）数据排序实验 （6）位操作实验

2. 单片机集成功能模块实验

（1）数字量输入/输出实验 （2）中断系统实验

（3）定时器/计数器实验 （4）看门狗实验 （5）低功耗实验 （6）PCA实验 （7）串口通讯实验 3. 单片机系统扩展实验

（1）静态存储器扩展实验 （2）FLASH扩展实验 （3）A/D转换实验 （4）D/A转换实验

（5）8255键盘及数码显示实验 （6）电子发声实验 （7）点阵LED实验

（8）LCD图形液晶实验（选配） 4. 单片机控制应用实验

（1）步进电机实验（选配） （2）直流电机实验 （3）温度闭环控制实验

1.4 TD-51系统板的安装

1.4.1 TD-51系统板的连接

在使用TD-51系统板的时候，如图1-4-1所示，首先通过RS-232通讯电缆将TD-51系统板与PC微机连接在一起，然后将电源（VCC）和地（GND）连接到接口实验平台的电源和地上，打开接口实验平台上的电源开关即可开展单片机的实验。

4

接口实验平台

TD-51系统板

图1-4-1 TD-51系统板硬件连接图

1.4.2 TD-51系统板上短路块的使用

在TD-51系统板上提供了3个短路块，一个用于EA的设置，另外两个用于串行接口的设置。将短路块连接到EA＝0表示单片机的EA引脚与GND相连，EA＝1表示单片机的EA引脚与VCC相连（默认情况下，短路块插在EA＝1处）。标号为JS1、JS2的两个短路块用来设置是否将单片机的串行接口与PC微机的串行接口连接，ON表示连接，OFF表示不连接，默认情况短路块插在ON处。

1.5 Keil C51的安装

Keil C51 μVision2集成开发环境是Keil公司开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平

台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到编译、链接、目标代码生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程。

TD-51系统板具有硬件仿真功能，配合Keil μVision2环境可以学习编写、调试单片机程序以及运用单片机进行项目开发的过程、步骤和方法，积累一定的调试方法和技巧。

1.5.1 系统要求

安装Keil C51集成开发软件，必须满足最小的软、硬件要求，以确保程序功能的正常。 （1）Pentium、Pentium-II或兼容处理器的PC；

（2）Windows98、Windows2000或Windows XP操作系统； （3）至少16MB RAM； （4）至少20MB硬盘空间。

1.5.2 软件安装

下面介绍如何安装Keil μVision2集成开发环境。 （1）进入Keil C51软件的Setup目录下，双击SETUP.EXE开始安装，这时会出现如图1-5-1所示的安装初始化界面。

5

图1-5-1 安装初始化

（2）接下来会弹出安装向导对话框，如图1-5-2所示，询问此时是需要安装、修复更新或是卸载Keil C51软件。若是第一次安装该软件，请选择第一项Install …安装软件。

图1-5-2 安装向导界面

（3）单击Next按钮，此时会出现图1-5-3所示的安装询问对话框，提示用户是安装完全版还是评估版。如果购买的是正版Keil C51软件则选择Full Version，否则选择Eval Version选项。

6

图1-5-3 安装询问对话框

（4）选择完毕后，紧接着会弹出几个确认对话框，点击Next按钮，这时会出现如图1-5-4所示的安装路径设置对话框，默认路径是C:\KEIL，可以点击Browse按钮选择合适自己安装的目录。

图1-5-4 安装路径设置对话框

（5）点击Next按钮，如果安装的为评估版的软件，会出现如图1-5-5所示的安装进度指示界面，若安装的是完全版的软件，则下面会弹出用户信息对话框，要求用户输入软件序列号、姓名、公司及E-mail等信息，信息输入完后点击Next按钮，在接下来的几个确认对话框中点击Next确认按钮，即可出现图1-5-5所示的安装进度指示界面。

7

图1-5-5 安装进度指示界面

（6）安装完毕点击Finish按钮，此时就可以在桌面上看到Keil μVision2软件的快捷图标，如图1-5-6所示，双击此图标可以进入Keil C51集成开发环境。

图1-5-6 快捷图标

1.6 μVision2集成开发环境

μVision2支持所有的Keil 80C51的工具软件，包括C51编译器、宏汇编器、链接器/定位器、软硬件调试器和目标文件到HEX格式文件转换器等，μVision2可以自动完成编译、汇编、链接程序等操作。

μVision2具有强大的软件环境、友好的操作界面和简单快捷的操作方法。

双击桌面上的Keil μVision2快捷图标，可以进入如图1-6-1所示的集成开发调试环境，各种调试工具、命令菜单都集成在此开发环境中。菜单栏提供了各种操作菜单，如编辑器操作、工程维护、程序调试、窗体选择以及操作帮助等。工具栏按钮和快捷键可以快速执行μVision2命令。常用的菜单栏及相对应的工具栏按钮与快捷键介绍如表1-6-1～表1-6-6所列。

8

图1-6-1 μVision2集成环境界面 表1-6-1 文件菜单和文件命令（File）

File菜单 New Open Save Save All Device Database Print Setup… Print Print Preview

工具栏

快捷键 Ctrl＋N

描 述

创建一个新的源文件或文本文件

Ctrl＋O 打开已有的文件

关闭当前的文件

Ctrl＋S

Ctrl＋P

保存当前文件

保存所有打开的源文件和文本文件 维护μVision2器件数据库 设置打印机 打印当前文档 打印预览

1～打开最近使用的源文件或文本文件 退出μVision2并提示保存

表1-6-2 编辑菜单和编辑器命令（Edit）

Edit菜单

工具栏

快捷键

描 述

9

Undo Redo Cut Copy Paste

Indent Selected Text Unindent Selected Text Toggle Bookmark Goto Next Bookmark Goto Previous Bookmark Clear All Bookmarks Find

Ctrl＋Z Ctrl＋Shift＋ZCtrl＋X Ctrl＋C Ctrl＋V

Ctrl＋F2 F2 Shift＋F2

Ctrl

＋F F3 Shift＋F3

Find in Files… Goto Matching Brace

Crtl＋]

撤消上一次的操作 恢复上一次撤消的命令 将选中的文字剪切到剪贴板 将选中的文字复制到剪贴板 粘贴剪贴板的文字

将选中的文字向右缩进一个制表符位

将选中的文字向左缩进一个制表符位

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查找匹配的花括号、圆括号、方括号

Crtl＋H

替换特定的文字

表1-6-3 视图菜单（View）

View菜单

Status Bar File Toolbar Build Toolbar Debug Toolbar Project Window Output Window Source Browser Disassembly Window Watch&Call Stack Window Memory Window Code Coverage Window Performance Analyzer Window Symbol Window Serial Window ＃1 Toolbox

Periodic Window Update Workbook Mode 10

工具栏

快捷键

描 述

显示或隐藏状态栏 显示或隐藏文件工具栏 显示或隐藏编译工具栏 显示或隐藏调试工具栏 显示或隐藏工程窗口 显示或隐藏输出窗口 打开源（文件）浏览器窗口 显示或隐藏反汇编窗口 显示或隐藏观察和堆栈窗口 显示或隐藏存储器窗口 显示或隐藏代码覆盖窗口 显示或隐藏性能分析窗口 显示或隐藏符号变量窗口

显示或隐藏串行窗口1 Serial Window ＃显示或隐藏串行窗口2

显示或隐藏工具箱

在运行程序时，周期刷新调试窗口 显示或隐藏工作簿窗口的标签

设置颜色、字体、快捷键和编辑器选项

表1-6-4 工程菜单和工程命令（Project）

Project菜单

New Project…

Import μ

Vision1 Project… Open Project… Close Project… Target Environment Select Device for Target Remove Item Options for Target… Build Target

Rebuild all Target files Translate… Stop Build

工具栏 快捷键

Alt＋F7F7 Ctrl＋F7

描 述

创建一个新的工程 输入一个μVision1工程文件 打开一个已有的工程 关闭当前的工程

定义工具系列、包含文件、库文件的路径

从器件数据库选择一个

CPU 从工程中删除一个组或文件

设置对象、组或文件的工具选项 编译当前的文件

重新编译所有的文件

转换当前的文件

停止当前的编译进程

Targets，Groups，

维护工程的对象、文件组和文件

表1-6-5 调试菜单和调试命令（Debug

）

Debug菜单

Start/Stop Debugging Go Step Step Over

Step out of current function Run to cursor line Stop Running

工具栏

快捷键 Ctrl＋F5 F5 F11 F10 Ctrl＋F11Ctrl＋F10

描 述

启动或停止μVision2调试模式

运行程序，直到遇到下一个有效的断点 跟踪运行程序 单步运行程序 单步出当前函数 执行程序到光标所在行

ESC 停止程序运行 打开断点对话框 Insert/Remove Breakpoint Enable/Disable Breakpoint Disable All Breakpoints Kill All Breakpoints Show Next Statement

Enable/Disable Trace RecordingView Trace Records Memory Map… Performance Analyzer… Inline Assembly… Function Editor…

在当前行设置/清除断点 使能/禁止当前行的断点 禁止程序中的所有断点 清除程序中的所有断点 显示下一条执行的语句/指令

使能跟踪记录，可以显示程序运行轨迹 显示以前执行的指令 打开存储器空间配置对话框 打开性能分析器的设置对话框 对某一行重新汇编，可以修改汇编代码 编辑调试函数和调试配置文件

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表1-6-6 外围器件菜单（Peripherals）

Peripheral菜单

Reset CPU

Interrupt，I/O-Ports，Serial， Timer，SPI

工具栏

快捷键

复位CPU

打开片上外围器件的对话框。对话框的列表和内容由在器件数据库中选择的CPU决定。

描 述

1.7 仿真调试与脱机运行间的切换方法

SST公司独创的IAP技术将单片机内部的程序存储器进行分块，巧妙的将系统程序与用户应用程序分别放置在不同的存储块中，以实现单片机的仿真调试或脱机运行。如果单片机内部

的系统程序为SoftICE，那么可以与Keil C51软件联机进行仿真调试；如果系统程序为启动加载程序，可以代替编程器，下载用户目标代码实现脱机运行。改变系统程序便可以进行仿真调试与脱机运行间的切换。随机光盘提供有SSTEasyIAP11F.exe软件，SoftIce554.hex文件和Convert_to_BSLx554.txt文件以实现切换。

1.7.1 脱机运行

SST公司提供的SSTEasyIAP11F软件，为SST单片机的用户提供了通过IAP技术把用户应用程序下载到单片机的程序存储器或者从单片机的程序存储器读出用户应用程序的方法。当单片机内部的系统程序为启动加载程序时，用户可以通过SSTEasyIAP11F软件，将得到的目标代码（*.HEX）下载到单片机内部的FLASH中，系统复位后，单片机便会全速执行用户程序。目标代码下载的具体步骤如下：

（1） 运行软件SSTEasyIAP11F，出现如图1-7-1所示操作界面。

图1-7-1 SSTEasyIAP11F软件操作界面

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（2） 点击“Detect Chip/RS232”菜单，出现如图1-7-2所示下拉菜单。

图1-7-2 Detect Chip/RS232下拉菜单

（3） 点击“Detect Target MCU for Firmware1.1F and RS232 Config.”选项出现如图1-7-3

所示的芯片选择和存储器模式窗口。芯片类型选择“SST89E554RC”，存储器模式选择“Internal Memory”，选择完后点击“OK”按钮。然后可以看到如图1-7-4所示的RS232配置与目标检测窗口。

图1-7-3 芯片类型与存储器模式选择窗口 图1-7-4 RS232配置与目标检测窗口

（4） 直接点击“Detect MCU”按钮，便会弹出如图1-7-5所示的提示信息，告诉用户在

点击“确定”按钮后按系统的复位键来复位MCU以检测波特率和芯片。

图1-7-5 提示信息窗

（5） 检测成功后，可以看到检测后的信息，如图1-7-6所示。在IAP Function功能框中

选择Download，以下载目标代码。随后会弹出密码校验对话框，直接点击“OK”

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（6）即可。

图1-7-6 检测后显示信息

如图1-7-7所示，将弹出下载对话框，点击按钮“…”来选择要下载的文件，然后

点击“OK”会弹出如图1-7-8所示擦除提示信息窗，在写入新数据前会擦除Flash的原有内容，如图所示。点击“是”来完成下载。下载完成，就可以脱机运行程序了。

图1-7-7 下载对话框

图1-7-8 下载提示窗

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1.7.2 与Keil C51开发环境联机调试的方法

在SST单片机内部固化了SoftICE后，便可以实现51系统板与Keil C51集成开发环境的联机调试。要求SoftICE554.hex文件与SSTEasyIAP11F软件在同一目录下。具体步骤如下：

（1） 同下载目标代码到单片机的步骤1～5，使用SSTEasyIAP11F软件必须先检测MCU。 （2） 点击菜单栏的“SoftICE”，弹出下拉菜单“Download SoftICE”，如图1-7-9所示，

然后点击选项。

图1-7-9 下载SoftICE菜单选项

（3） 同样会弹出密码校验对话框，直接按“OK”，会弹出如图1-7-10所示的提示信息框，

信息提示这将会删除IAP引导程序。

图1-7-10 下载提示信息窗

（4） 选择“是”，开始下载SoftICE，下载完成会出现如图1-7-11所示的完成信息提示。

图1-7-11 下载完成提示

（5） 完成SoftICE下载，便可以开始与Keil C51联机调试了。

1.7.3 从SoftICE返回IAP引导程序的方法

当用户需要将目标代码*.Hex文件下载到单片机脱机运行而系统程序还是SoftICE时，就需要通过Convert_to_BSLx554.txt文件将系统程序从SoftICE切换回IAP引导加载程序。

具体操作步骤如下：

（1） 启动Keil C51，进入联机调试状态。

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（2） 得到Convert_to_BSLx554.txt文件的路径，在输出窗口的Command页的命令行内输

（3）（4）入“Include C:\Keil\Convert_to_BSLx554.txt”命令后回车。如图1-7-12所示。

图1-7-12 从SoftICE返回IAP引导程序命令输入窗

耐心等待（这需要较长的时间），当出现如图1-7-13所示信息时表示已成功的从

SoftICE返回IAP引导程序了。

图1-7-13 从SoftICE成功返回IAP引导程序

可以运行SSTEasyIAP11F软件，检测MCU，以确保IAP引导程序写入成功。然后

便可以下载目标代码了。

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第2章 单片机原理实验

通过本章的实验，旨在使学生掌握Keil C51的操作方法，学习80C51的指令系统及汇编语言的程序设计方法。

2.1 系统认识实验

2.1.1 实验目的

1. 学习Keil C51集成开发环境的操作； 2. 熟悉TD-51系统板的结构及使用。

2.1.2 实验内容

编写实验程序，将00H～0FH共16个数写入单片机内部RAM的30H～3FH空间。 通过本实验，学生需要掌握Keil C51软件的基本操作，便于后面的学习。

2.1.3 实验步骤

1. 创建Keil C51应用程序

在Keil C51集成开发环境下使用工程的方法来管理文件，所有的源文件、头文件甚至说明性文档都可以放在工程项目文件里统一管理。

下面创建一个新的工程文件Asm1.Uv2，以此详细介绍如何创建一个Keil C51应用程序。 （1）运行Keil C51软件，进入Keil C51集成开发环境。

（2）选择工具栏的Project选项，如图2-1-1所示，弹出下拉菜单，选择NewProject命令，建立一个新的μVision2工程。这时会弹出如图2-1-2所示的工程文件保存对话框，选择工程目录并输入文件名Asm1后，单击保存。

图2-1-1 工程下拉菜单

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5h41.html