1 绪论
1.1系统概述
1.1.1设计性质、目的、任务
《单片机系统设计》是在学习《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《单片机原理及应用》等相关理论课程之后，所设置的重要的综合性实践教学环节，课程的任务是通过选题的设计、安装和调试，巩固已学的理论知识，综合应用所学知识，进行电子系统的设计，从而培养工程实践能力、创新能力，培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过查阅资料、选定方案、设计电路、安装调试、写报告等过程，得到一次科学研究工作的启蒙训练，也为以后利用单片机开发电子产品奠定坚实的基础。
1.2系统设计方案
本次实验要求设计秒计时器，课程设计分设计、制作和调试三个部分。设计选题以单片机为核心，基本内容应包括单片机最小系统、键盘和LED显示电路，以及设计系统涉及的其他电路。
系统硬件电路由标准电路构成。标准电路包括单片机最小系统、8个LED数码管电路和键盘电路以及继电器电路，这部分电路已制成电路板，可根据设计需要进行配置选用。
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1.2.1系统设计原理框图
继电器 单片机 数码管显示 矩阵键盘 复位
1．2.2仿真软件介绍
1．2.3Proteus 简介
Proteus 软件是来自英国 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具软件，Proteus 软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它 EDA 工具一样的原理布图、 PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的， 针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级 的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟 仪器如
示波器、逻辑分析仪等，您不需要别的，Proteus 为您建立了完备的电子设计开 发环境！尤其重要的是 Proteus Lite 可以完全免费，也可以花微不足道的费用注册达 到更好的效果;功能最强的 Proteus 专业版也非常便宜，人人用得起，对高校还有更多 优惠。
Proteus 组合了高级原理布图、混合模式 SPICE 仿真,PCB 设计以及自动布线来实 现一个完整的电子设计系统。此系统受益于 15 年来的持续开发,被《电子世界》在其对 PCB 设计系统的比较文章中评为最好产品—“The Route to PCB CAD”。Proteus 产品系 列也包含了我们革命性的 VSM 技术,用户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。
其功能模块:—个易用而又功能强大的 ISIS 原理布图工具；PROSPICE 混合模型
SPICE 仿真; ARES PCB 设计。
PROSPICE 仿真器的一个扩展 PROTEUS VSM:便于包括所有相关的器件的基于微处理 器设计的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LEDs 甚至 LCD 显示 CPU 模型。
1.2.4 KEIL C51 编译器简介
8051 开发工具
KEIL C51 标准 C 编译器为 8051 微控制器的软件开发提供了 C 语言环境,同时保留了 汇编代码高效,快速的特点。C51 编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近 CPU 本身， 及其它的衍生产品。C51 已被完全集成到 uVision2 的集成开发环境中，这个集成开发环 境包含：编译器，汇编 器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE 可为 它们提供单一而灵活的开发环境。
uVision2 集成开发环境
项目管理
工程(project)是由源文件、开发工具选项以及编程说明三部分组成的。 一个单一的 uVision2 工程能够产生一个或多个目标程序。产生目标程序的源文件 构成“组”。开发工具选项可以对应目标，组或单个文件。
uVision2 包含一个器件数据库(device database)，可以自动设置汇编器、编译器、 连接定位器及调试器选项，来满足用户充分利用特定微控制器的要求。此数据库包含： 片上存储器和外围设备的信息，扩展数据指针(extra data pointer)或者加速器(math accelerator)的特性。
uVision2 可以为片外存储器产生必要的连接选项：确定起始地址和规模。 集成功能
uVision2 的强大功能有助于用户按期完工。
A.集成源极浏览器利用符号数据库使用户可以快速浏览源文件。用详细的符号信息 来优化用户变数存储器。
B.文件寻找功能：在特定文件中执行全局文件搜索。 C.工具菜单：允许在 V2 集成开发环境下启动用户功能。 D.可配置 SVCS 接口：提供对版本控制系统的入口。 E.PC－LINT 接口：对应用程序代码进行深层语法分析。 F.Infineon 的 EasyCase 接口：集成块集代码产生。
G.Infineon 的 DAVE 功能：协助用户的 CPU 和外部程序。DAVE 工程可被直接输入
uVision2。
第三部分编辑器和调试器
源代码编辑器
uVision2 编辑器包含了所有用户熟悉的特性。彩色语法显像和文件辩识都对 C 源代
码进行和优化。可以在编辑器内调试程序，它能提供一种自然的调试环境，使你更快速 地检查和修改程序。
2.2.3.2 断点
uVision2 允许用户在编辑时设置程序断点（甚至在源代码未经编译和汇编之前）。 用户启动 V2 调试器之后，断点即被激活。断点可设置为条件表达式，变量或存储器访 问，断点被触发后，调试器命令或调试功能即可执行。
在属性框(attributes column)中可以快速浏览断点设置情况和源程序行的位置。 代码覆盖率信息可以让你区分程序中已执行和未执行的部分。 调试函数语言 uVision2 中，你可以编写或使用类似 C 的数语言进行调试。
徐海学院2008级单片机系统设计报告 第1页
A.内部函数：如 printf, memset, rand 及其它功能的函数。
B.信号函数：模拟产生 CPU 的模拟信号和脉冲信号(simulate analog and digital inputs to CPU)。
C.用户函数：扩展指令范围，合并重复动作。 变量和存储器
用户可以在编辑器中选中变呈来观察其取值。双层窗口显示，可进行以下调整：
A.当前函数的局部变量
B.用户在两个不同 watch 窗口页面上的自定义变量 C.堆栈调用(call stack)页面上的调用记录（树）(call tree) D.不同格式的四个存储区
C51 编译器
KEIL C51 编译器在遵循 ANSI 标准的同时，为 8051 微控制器系列特别设计。语言上 的扩展能让用户使用应用中的所有资源。 存储器和特殊功能寄存器的存取
C51 编译器可以实现对 8051 系列所有资源的操作。SFR 的存取由 sfr 和 sbit 两个 关键字来提供。变量可旋转到任一个地址空间。用关键字－at－还能把变量放入固定的 存储器存储模式（大，中，小）决定了变量的存储类型。
连接定位器支持的代码区可达 32 个，这就允许用户在原有 64K ROM 的 8015 基础上 扩展程序。在 V2 的编译器和许多高性能仿真器中，可以支持应用程序的调试。 中断功能
C51 允许用户使用 C 语言编写中断服务程序，快速进、出代码和寄存器区的转换功 能使 C 语言中断功能更加高效。
可再入功能是用关键字来定义的。多任务，中断或非中断的代码要求必须具备可再 入功能。
灵活的指针 C51 提供了灵活高效的指针。
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通用指针用 3 个字节来存储存储器类型及目标地址，可以在 8051 的任意存储区内 存取任何变量。
特殊指针在声明的同时已指定了存储器类型，指向某一特定的存储区域。由于地址 的存储只需 1－2 字节，因此，指针存取非常迅速。
2 硬件电路设计
系统硬件电路由标准电路和自制电路两部分组成。标准电路包括单片机最小系统、8个LED数码管电路和键盘电路，这部分电路已制成电路板，可根据设计需要进行配置选用。自制电路需自行设计焊接，包含标准电路不具备的其他电路。
2.1单片机电路
2.1.1单片机电路板
单片机电路板电路框图如图2；PROTEL绘制的原理图见附录2；PROTEL绘制的电路排版图见附录1。
复位电路 晶振电路 CPU 电路 数码管显示电路 LED显示电路 按键电路 2.1.2单片机最小系统 电路框图