單片機(jī)應(yīng)用概述與開發(fā)步驟

1、1會(huì)計(jì)學(xué)單片機(jī)應(yīng)用概述與開發(fā)步驟單片機(jī)應(yīng)用概述與開發(fā)步驟2答：因?yàn)閱纹瑱C(jī)應(yīng)用廣泛。答：因?yàn)閱纹瑱C(jī)應(yīng)用廣泛。3456782. 單片機(jī)的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況單片機(jī)的發(fā)展過程及產(chǎn)品近況 3. 單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)的特點(diǎn)4. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)簡介單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)簡介小結(jié)小結(jié)91011要是計(jì)算機(jī)能放進(jìn)我的口袋里多好??！計(jì)算機(jī)能比現(xiàn)在的運(yùn)算速度快10000倍嗎？121314151617184.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制步驟和方法4.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件環(huán)境4.4Keil C51高級(jí)語言集成開發(fā)環(huán)境4.5基于Proteus的單片機(jī)系統(tǒng)仿真4.3Proteus開發(fā)環(huán)境194.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制步驟和方

2、法單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制流程如圖的研制流程如圖所示所示:20確立功能特性指標(biāo)確立功能特性指標(biāo)單片機(jī)的選型單片機(jī)的選型軟件的編寫和支持工具軟件的編寫和支持工具(1) 總體設(shè)計(jì) 需考慮其功能需考慮其功能是否全部滿足是否全部滿足規(guī) 定 的 要 求規(guī) 定 的 要 求 最好使用現(xiàn)有的開發(fā)工具最好使用現(xiàn)有的開發(fā)工具或增加少量的輔助器材或增加少量的輔助器材就 可 達(dá) 到 目 的 。就 可 達(dá) 到 目 的 。21（2 ） 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 根據(jù)總體設(shè)計(jì)中確立的功能特性要求，確定單片機(jī)的型號(hào)、所需外圍擴(kuò)展芯片、存儲(chǔ)器、I/O電路、驅(qū)動(dòng)電路，可能還有A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路以及其它模擬電路，設(shè)計(jì)出應(yīng)用系

3、統(tǒng)的電路原理圖設(shè)計(jì)出應(yīng)用系統(tǒng)的電路原理圖。222324（3） 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng) 系統(tǒng)資源分配系統(tǒng)資源分配 程序結(jié)構(gòu)程序結(jié)構(gòu) 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 程序流程程序流程 編制程序編制程序2526聯(lián)調(diào)聯(lián)調(diào)27PCB282930編程器驅(qū)動(dòng)軟件單片機(jī)或單獨(dú)存儲(chǔ)器并行編程器31目標(biāo)系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)線開發(fā)軟件32 4.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件環(huán)境單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件環(huán)境一個(gè)典型的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境組成如圖所示。一個(gè)典型的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境組成如圖所示。 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境組成33硬件仿真器目標(biāo)系統(tǒng)開發(fā)軟件34目標(biāo)系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)線開發(fā)軟件35編程器驅(qū)動(dòng)軟件單片機(jī)或單獨(dú)存儲(chǔ)器并行編程器36ISP軟件下載線目標(biāo)系統(tǒng)

4、37(1) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具選擇原則單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具選擇原則全地址空間的仿真。全地址空間的仿真。不占用任何用戶目標(biāo)系統(tǒng)的資源。不占用任何用戶目標(biāo)系統(tǒng)的資源。必須實(shí)現(xiàn)硬斷點(diǎn)，并且具有靈活的斷點(diǎn)管理功能。必須實(shí)現(xiàn)硬斷點(diǎn)，并且具有靈活的斷點(diǎn)管理功能。硬件實(shí)現(xiàn)單步執(zhí)行功能。硬件實(shí)現(xiàn)單步執(zhí)行功能?？筛櫽脩舫绦驁?zhí)行?？筛櫽脩舫绦驁?zhí)行?？捎^察用戶程序執(zhí)行過程中的變量和表達(dá)式?？捎^察用戶程序執(zhí)行過程中的變量和表達(dá)式?？芍兄褂脩舫绦虻倪\(yùn)行或用戶程序復(fù)位?？芍兄褂脩舫绦虻倪\(yùn)行或用戶程序復(fù)位。系統(tǒng)硬件電路的診斷與檢查。系統(tǒng)硬件電路的診斷與檢查。支持匯編和高級(jí)語言源程序級(jí)調(diào)試。支持匯編和高級(jí)語言源程序

5、級(jí)調(diào)試。38(2) 使用JTAG界面單片機(jī)仿真開發(fā)環(huán)境39在線編程目前有兩種實(shí)現(xiàn)方法：在系統(tǒng)編程（ISP）在應(yīng)用編程（IAP）。(3) 單片機(jī)的在線編程單片機(jī)的在線編程404.3 基于Proteus的單片機(jī)系統(tǒng)仿真 英國英國Labcenter Electronics公司推出的公司推出的Proteus套件，可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子套件，可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如LED/LCD、鍵盤、鍵盤、RS232 終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。目前在單片機(jī)的教

6、學(xué)過程中，已越來越受到重互仿真。目前在單片機(jī)的教學(xué)過程中，已越來越受到重視，并被提倡應(yīng)用于單片機(jī)數(shù)字實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建之中。視，并被提倡應(yīng)用于單片機(jī)數(shù)字實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建之中。Proteus支持的微處理芯片（支持的微處理芯片（Microprocessors Ics）包括包括8051系列、系列、AVR系列、系列、PIC系列、系列、HC11系列、系列、ARM7/LPC2000系列以及系列以及Z80等。等。 41 示例程序中定義一個(gè)加法計(jì)數(shù)器字節(jié)型變量示例程序中定義一個(gè)加法計(jì)數(shù)器字節(jié)型變量ucTimer，每次加，每次加1后送到后送到P2口顯示，并使用打印口顯示，并使用打印printf函數(shù)輸出相應(yīng)指示信息，整個(gè)程

7、序只包含一個(gè)函數(shù)輸出相應(yīng)指示信息，整個(gè)程序只包含一個(gè)源文件源文件McuTimer.c，這個(gè)小型的應(yīng)用程序幫助讀者，這個(gè)小型的應(yīng)用程序幫助讀者確定確定Keil Vision3可以編譯、鏈接和調(diào)試一個(gè)應(yīng)用程可以編譯、鏈接和調(diào)試一個(gè)應(yīng)用程序。序。 下面通過創(chuàng)建項(xiàng)目實(shí)例介紹一個(gè)簡單的軟件開發(fā)流程下面通過創(chuàng)建項(xiàng)目實(shí)例介紹一個(gè)簡單的軟件開發(fā)流程42(1) Proteus 7 Professional界面介紹安裝完 Proteus后，運(yùn)行ISIS 7 Professional，會(huì)出現(xiàn)如圖的窗口界面。43窗口內(nèi)各部分的功能用中文作了標(biāo)注。ISIS大部分操作與windows的操作類似。1. 原理圖編輯窗口（原理

8、圖編輯窗口（The Editing Window）顧名思義，它是用來繪制原理圖的。藍(lán)色方框內(nèi)為可編輯區(qū)，元件要放到它里面。與其它Windows應(yīng)用軟件不同，這個(gè)窗口是沒有滾動(dòng)條的，可以用左上角的用左上角的預(yù)覽窗口來改變?cè)韴D的可視范圍，用鼠標(biāo)滾輪縮放預(yù)覽窗口來改變?cè)韴D的可視范圍，用鼠標(biāo)滾輪縮放視圖視圖。442. 預(yù)覽窗口（預(yù)覽窗口（The Overview Window)它可以顯示兩個(gè)內(nèi)容。一個(gè)是：在元件列表中選擇一個(gè)元件時(shí)，它會(huì)顯示該元件的預(yù)覽圖；另一個(gè)是：當(dāng)鼠標(biāo)焦點(diǎn)落在原理圖編輯窗口時(shí)（即放置元件到原理圖編輯窗口后或在原理圖編輯窗口中點(diǎn)擊鼠標(biāo)后），它會(huì)顯示整張?jiān)韴D的縮略圖，并會(huì)顯示一個(gè)

9、綠色的方框，綠色方框里面的內(nèi)容就是當(dāng)前原理圖窗口中顯示的內(nèi)容，因此你可用鼠標(biāo)在它上面點(diǎn)擊來改變綠色方框的位置，從而改變?cè)韴D的可視范圍。453. 模型選擇元件欄（模型選擇元件欄（Mode Selector Toolbar)4. 元件列表區(qū)（元件列表區(qū)（The Object Selector)5. 方向工具欄（方向工具欄（Orientation Toolbar) 6. 仿真工具欄仿真工具欄3、4、5、6操作命令類似于操作命令類似于windows操作，詳細(xì)見操作，詳細(xì)見主教材主教材(64-65頁頁)。46(2) 繪制電路原理圖繪制電路原理圖1. 將所需元器件加入到對(duì)象選擇器窗口將所需元器件加入到對(duì)

10、象選擇器窗口47(2). 放置元器件至圖形編輯窗口放置元器件至圖形編輯窗口48(3). 放置總線至圖形編輯窗口放置總線至圖形編輯窗口49(4). 添加電源和接地引腳添加電源和接地引腳50(5). 元器件之間的連線元器件之間的連線Wiring Up Components on the Schematic51(6). 給導(dǎo)線或總線加標(biāo)簽給導(dǎo)線或總線加標(biāo)簽52(7). 添加電壓探針添加電壓探針53(8). 添加文字標(biāo)注添加文字標(biāo)注54(9). 添加虛擬儀器添加虛擬儀器55(10). 選擇選擇AT89C52屬性并加載程序文件屬性并加載程序文件56從“文件”下拉菜單選擇“保存”項(xiàng)，出現(xiàn)如圖對(duì)話框，提示輸

11、入文件名，圖中設(shè)文件名為80C51VSM.DSN，點(diǎn)“保存”按鈕。 57單擊仿真運(yùn)行開始按鈕，進(jìn)入調(diào)試運(yùn)行窗口 58虛擬終端窗口 594.4 Keil C51高級(jí)語言集成開發(fā)環(huán)境Vision3 IDEKeil C51軟件是目前軟件是目前最流行開發(fā)最流行開發(fā)80C51系列單片機(jī)的系列單片機(jī)的軟件工具。軟件工具。Keil C51提供了包括提供了包括C編譯器、宏匯編、編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（Vision3 IDE）將這些部份組合在一起。）將這

12、些部份組合在一起。60 集成開發(fā)環(huán)境 C51 編譯器和A51匯編器 LIB51庫管理器 BL51鏈接器/定位器 Vision3 軟件調(diào)試器 Vision3 IDE硬件調(diào)試器 RTX51 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(1)Vision3 IDE主要特性如下：61(2) Vision3 IDE集成開發(fā)環(huán)境Vision3 IDE界面62(3) Vision3 IDE的使用的使用Vision3 IDE包括一個(gè)項(xiàng)目管理器，它可以使 8x51 應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得簡單。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)應(yīng)用，需要按下列步驟進(jìn)行操作：啟動(dòng)啟動(dòng)Vision3 IDE，新建一個(gè)項(xiàng)目文件并從器件庫中選擇一個(gè)CPU器件。新建新建一個(gè)源文件并把它加入到項(xiàng)目中

13、。增加并設(shè)置增加并設(shè)置選擇的器件的啟動(dòng)代碼。針對(duì)針對(duì)目標(biāo)硬件設(shè)置工具選項(xiàng)。 編譯編譯項(xiàng)目并生成可以編程ROM的HEX文件。 63 示例程序中定義一個(gè)加法計(jì)數(shù)器字節(jié)型變量示例程序中定義一個(gè)加法計(jì)數(shù)器字節(jié)型變量ucTimer，每次加，每次加1后送到后送到P2口顯示，并使用打印口顯示，并使用打印printf函數(shù)輸出相應(yīng)指示信息，整個(gè)程序只包含一個(gè)函數(shù)輸出相應(yīng)指示信息，整個(gè)程序只包含一個(gè)源文件源文件McuTimer.c，這個(gè)小型的應(yīng)用程序幫助讀者，這個(gè)小型的應(yīng)用程序幫助讀者確定確定Keil Vision3可以編譯、鏈接和調(diào)試一個(gè)應(yīng)用程可以編譯、鏈接和調(diào)試一個(gè)應(yīng)用程序。序。 下面通過創(chuàng)建項(xiàng)目實(shí)例介紹一個(gè)

14、簡單的軟件開發(fā)流程下面通過創(chuàng)建項(xiàng)目實(shí)例介紹一個(gè)簡單的軟件開發(fā)流程64設(shè)項(xiàng)目名MyProject，采用標(biāo)準(zhǔn)的AT89C52芯片，程序使用的硬件資源是硬件資源是AT89C52片內(nèi)片內(nèi)的并行I/O口P2和串行口，不需要一個(gè)實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)，因?yàn)閂ision3 IDE可以模擬程序所需要的硬件并行I/O口和串行口。65（1）選擇【Project】/【New Project】選項(xiàng)，如圖（a） 所示。（2）在彈出的“Create New Project”對(duì)話框中選擇要保存項(xiàng)目文件的路徑，比如保存到McuPort目錄里，在“文件名”文本框中輸入項(xiàng)目名為MyProject，如圖（b）所示，然后單擊“保存”按鈕。

15、圖3.6（a） Project 菜單 （b） Create New Project 對(duì)話框 66這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，要求選擇單片機(jī)的型號(hào)。以常用的 AT89C52為例來說明，先選擇ATMEL公司，再選擇AT89C52 之后， 67然后單擊“確定”按鈕,彈出將8051初始化代碼拷貝到項(xiàng)目中的詢問窗口，如圖3.8所示。單擊“Y”按鈕。 68新建項(xiàng)目后Vision3 界面圖 69新建一個(gè)源程序文件。建立一個(gè)匯編或 C 文件，如果已經(jīng)有源程序文件，可以忽略這一步。選擇【File】/【New】選項(xiàng)，在彈出的程序文本框中輸入一個(gè)簡單的程序，如圖3.12所示，具體內(nèi)容見主教材第60頁。 70（6）選擇【F

16、ile】/【Save As】選項(xiàng)，或者單擊工具欄按鈕，保存文件。71（7）然后要將McuTimer.c文件加入到項(xiàng)目中，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)左邊項(xiàng)目窗口中“Source Group 1”在彈出的菜單中選擇“Add Files to GroupSource Group 1”，選擇剛才的建立的文件 McuTimer.c。72（8）這時(shí)在Source Group 1里就有 McuTimer.c 文件和事先建立項(xiàng)目時(shí)已經(jīng)加入的文件STARTUP.A51 73（9）至（10）是編譯環(huán)境設(shè)置，具體內(nèi)容詳見主教材55-59頁。74（11）編譯連接程序，選擇【Project】/【Rebuild all target f

17、iles】選項(xiàng)，如圖所示。 75如果沒有錯(cuò)誤，則編譯連接成功，開發(fā)環(huán)境右下角信息框會(huì)顯示編譯連接成功的信息，如圖所示。 76（12）編譯完畢之后，選擇【Debug】/【Start/Stop Debug Session】選項(xiàng)，即就進(jìn)入Debug調(diào)試環(huán)境，如圖所示。 77（13）裝載代碼之后，開發(fā)環(huán)境Output Window(在左下角)顯示如圖所示的裝載成功信息。 78（14）示例程序中定義一個(gè)加法計(jì)數(shù)器字節(jié)型變量ucTimer，每次加1后送到P2口顯示，并使用打印printf函數(shù)輸出相應(yīng)指示信息，整個(gè)程序只包含一個(gè)源文件McuTimer.c。 選擇【View】/【Serial Window #

18、1】選項(xiàng)，如圖所示。源文件McuTimer.c見主教材60頁。79選擇【Peripherals】/【I/O-Ports】/【Port 2】選項(xiàng)，如圖所示。 80按“F5”鍵啟動(dòng)程序，在串口窗口Serial #1可看到printf的輸出信息和P2端口數(shù)據(jù)的變化情況，如圖所示。串口窗口默認(rèn)字符顯示模式“Ascii Mode”，在窗口中點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵，在彈出的窗口單擊右鍵可修改顯示模式為“Hex Mode”。81(3) Proteus VSM與與Vision3的聯(lián)調(diào)的聯(lián)調(diào)Proteus VSM支持第三方集成開發(fā)環(huán)境IDE，目前支持的第三方80C51IDE有：IAR Embedded Workbench、

19、Keil Vision3 IDE。本文以Keil Vision3 IDE為例介紹Proteus VSM與Vision3 IDE的聯(lián)調(diào)。 82對(duì)于proteus 6.9或更高的版本,在安裝盤里有vdmagdi插件或到LABCENTER公司下載該插件，安裝該插件后即可實(shí)現(xiàn)與Keil Vision3 IDE的聯(lián)調(diào)。下面的敘述是假定我們已經(jīng)分別安裝了如下軟件：（1）Proteus 7 Professional（2）Keil Vision3 IDE（3）vdmagdi.exe83(1). Proteus VSM的設(shè)置選中“use romote debuger monitor”， 84(2). Visio

20、n3 IDE設(shè)置設(shè)置設(shè)置option for target /Debug選項(xiàng)85設(shè)置option for ta rget /Output選項(xiàng)864.5 Proteus VSM與與Vision3的聯(lián)調(diào)的聯(lián)調(diào)在Vision3環(huán)境下，首先按“F7”產(chǎn)生該項(xiàng)目的HEX文件，然后進(jìn)入Vision3 調(diào)試模式，為了在Proteus VSM環(huán)境下能觀察到程序連續(xù)運(yùn)行情況，取消目前項(xiàng)目中所有斷點(diǎn)。按“F5”按鈕進(jìn)入全速運(yùn)行?？梢钥吹酵耆恢碌倪\(yùn)行畫面。此時(shí)Proteus VSM的運(yùn)行完全依賴于外部調(diào)試器Vision3。 87我們利用圖接在U1AT89C52單片機(jī)P1.0和P1.3的元件單刀雙擲開關(guān)“SW-SPDT”和P1.6的元件按鈕“BUTTON”說明如何仿真AT89C52片外的外圍部件。 88要求在圖中，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)“SW-SPDT”接到P1.0，單片機(jī)P2口輸出作加法計(jì)數(shù)，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)“SW-SPDT”接到P1.3，單片機(jī)P2口輸出作減法計(jì)數(shù)。當(dāng)按鈕“BUTTON”按下時(shí)超過1秒，單片機(jī)P2口的計(jì)數(shù)輸出清“0”。為此我們修改項(xiàng)目MyProject中的文件McuTimer.c，修改后的源程序見主教材。89在Vision3 IDE環(huán)境下重新編譯該項(xiàng)目。按“F5”按鈕