第二章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制與開發(fā)環(huán)境

1、單片機(jī)原理(yunl)與應(yīng)用主講教師(jiosh):張東陽(yáng)沈陽(yáng)理工大學(xué)裝備工程學(xué)院Email： Tel四十七頁(yè)第二章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)(xtng)的研制與開發(fā)環(huán)境 2.1 本專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握(zhngw)開發(fā)工具 2.2 如何用單片機(jī)點(diǎn)亮一盞燈？ 2.3 KeilC的使用方法 2.4 Proteus的使用方法共四十七頁(yè)大學(xué)(dxu)兩年你學(xué)到了什么？什么(shn me)也沒學(xué)到？為什么(shn me)？是否掌握了科學(xué)方法合理的學(xué)習(xí)方法？是否加強(qiáng)了對(duì)自己能力的鍛煉和培養(yǎng)？是否掌握了應(yīng)該掌握的設(shè)計(jì)工具？共四十七頁(yè)大學(xué)四年我們應(yīng)該學(xué)習(xí)(xux)什么？知識(shí)的學(xué)習(xí)：閱覽大量的人文科

2、學(xué)、自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)書籍；能力的培養(yǎng)：表達(dá)能力、溝通能力、合作(hzu)能力、自主學(xué)習(xí)能力、綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力及其它各方面能力；思想認(rèn)識(shí)的升華：。共四十七頁(yè)大學(xué)四年我們應(yīng)該掌握(zhngw)哪些開發(fā)工具？綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)(piyng)： 需要掌握足夠的開發(fā)工具共四十七頁(yè)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(jch)：C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 開發(fā)工具：Turbo C、VB 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：產(chǎn)品設(shè)計(jì) 開發(fā)工具： UG、CATIA、PRO/E 系統(tǒng)控制基礎(chǔ)：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 開發(fā)工具： MATLAB、Simulink FPGA設(shè)計(jì)基礎(chǔ)： VHDL語(yǔ)言 開發(fā)工具： QUARTUS II、ISE 電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)：各種

3、電子產(chǎn)品 開發(fā)工具： Proteus 、Keil C虛擬儀器設(shè)計(jì)：各種控制系統(tǒng) 開發(fā)工具： Labview 2.1 本專業(yè)(zhuny)學(xué)生大學(xué)四年應(yīng)該掌握的開發(fā)工具？共四十七頁(yè)掌握(zhngw)了這些開發(fā)工具，你就擁有了吃飯的飯碗掌握(zhngw)了這些開發(fā)工具，你就具備了生存的技能!共四十七頁(yè)2.2 如何(rh)用單片機(jī)點(diǎn)亮一盞燈？ 共四十七頁(yè)什么是單片機(jī)應(yīng)用(yngyng)系統(tǒng)的研制與開發(fā)環(huán)境？ 單片機(jī)應(yīng)用(yngyng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)：Protues（系統(tǒng)仿真平臺(tái)）軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：Keil C （軟件開發(fā)平臺(tái)）軟件開發(fā)平臺(tái) + 系統(tǒng)仿真平臺(tái) =

4、 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制與開發(fā)環(huán)境共四十七頁(yè)如何(rh)用單片機(jī)點(diǎn)亮一盞燈？ 最簡(jiǎn)單(jindn)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)： 最小的單片機(jī)系統(tǒng) + 一盞燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括： 硬件電路設(shè)計(jì) + 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) + 仿真調(diào)試共四十七頁(yè) 用單片機(jī)點(diǎn)亮一盞(y zhn)_硬件電路設(shè)計(jì)圖2-1 shiyan1硬件(yn jin)電路原理圖所用元件:單片機(jī):AT89C51晶振:CRYSTAL 12MHz電阻:RES(100,10K)瓷片電容CAP 30pf電解電容CAP-ELEC按鈕BUTTON發(fā)光二極管LED-BIBY共四十七頁(yè) 用單片機(jī)點(diǎn)亮一盞燈_軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)(shj)程序名：Test1.ASM ORG 0030H

5、MOV A,#0FFH MOV P1,A CLR P1.0 END共四十七頁(yè) 硬件(yn jin) + 軟件 = 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)!共四十七頁(yè) Keil C是德國(guó)Keil公司開發(fā)的單片機(jī)編譯器，是目前最好的51單片機(jī)開發(fā)工具之一，可以用來(lái)編譯C源代碼和匯編源程序、連接和重定位(dngwi)目標(biāo)文件和庫(kù)文件、創(chuàng)建HEX文件、調(diào)試目標(biāo)程序等，是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境。2.3 Keil C的使用(shyng)方法共四十七頁(yè)Keil C中的源程序設(shè)計(jì)(shj)與編譯 在Keil C集成開發(fā)環(huán)境下使用工程的方法來(lái)管理文件(wnjin)，而不是單一文件(wnjin)的模式，所有的文件(wnjin)包括

6、源程序(如C程序、匯編程序)、頭文件等都可以放在工程項(xiàng)目文件里統(tǒng)一管理。共四十七頁(yè)具體如何建立(jinl)應(yīng)用程序并進(jìn)行仿真調(diào)試，實(shí)例說(shuō)明如下:（1）建立一個(gè)項(xiàng)目雙擊桌面快捷圖標(biāo)即可進(jìn)入如圖2-2所示的集成開發(fā)環(huán)境編輯操作界面，主要包括三個(gè)窗口(chungku)：工程項(xiàng)目窗口(chungku)、編輯窗口(chungku)和輸出窗口(chungku)。 圖2-2 編輯操作界面共四十七頁(yè)單擊 Project 菜單，在彈出的下拉菜單中選中“New Project”選項(xiàng)，新建一個(gè)(y )項(xiàng)目，如圖2-3所示。 圖2-3 Project界面(jimin)然后選擇要保存的路徑:本課程所有設(shè)計(jì)可設(shè)一個(gè)總目錄

7、，如:dpj,下面按設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)置目錄,dpjtestkeil，輸入工程文件的名字:比如保存到dpjtestkeil目錄里，工程文件的名字shiyan1 ，如圖2-4所示，然后單擊“保存”按鈕。 圖2-4 Project保存設(shè)置界面共四十七頁(yè)（2）選擇單片機(jī)型號(hào) 這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)(y )對(duì)話框，要求選擇單片機(jī)的型號(hào)。這里可以根據(jù)所使用的單片機(jī)來(lái)選擇，Keil幾乎支持所有51核的單片機(jī)，這里以Atmel的89C51來(lái)說(shuō)明，如圖2-5所示。首先選擇Atmel公司，然后單擊左邊的“+”號(hào)之后選擇AT89C51，右邊欄是對(duì)這個(gè)單片機(jī)的基本說(shuō)明，然后單擊“確定”圖2-5 選擇公司(n s)和器件共四十七頁(yè)在

8、隨后彈出的對(duì)話框單擊“否”,完成以上(yshng)步驟后，屏幕如圖2-6所示。圖2-6 初始化編輯(binj)界面共四十七頁(yè)（3）選項(xiàng)設(shè)置將鼠標(biāo)指針(zhzhn)指向“Target 1”并單擊右鍵，再?gòu)膹棾龅挠益I菜單中單擊“Options for Target”選項(xiàng)，如圖2-7所示。圖2-7 選擇(xunz)“Options for Target”選項(xiàng)從彈出的“Options”對(duì)話框中選擇“Output”標(biāo)簽欄，并按如圖2-8所示設(shè)置其中各項(xiàng)。圖2-8 “Output”標(biāo)簽欄共四十七頁(yè)建立一個(gè)新的ASM匯編語(yǔ)言(hu bin y yn)程序并編譯（1）在菜單欄中，單擊“File”菜單，再單擊“

9、New”選項(xiàng)，或直接單擊工具欄的快捷圖標(biāo)來(lái)建立了一個(gè)新的編輯窗口。此時(shí)光標(biāo)在編輯窗口里閃爍，這時(shí)可以輸入用戶的應(yīng)用程序了。 建議首先保存該空白文件,單擊菜單上的“File”, 在下拉菜單中選中“Save As”選項(xiàng)，在彈出對(duì)話框的“文件名”欄右側(cè)編輯框中，輸入欲使用的文件名，同時(shí)，必須(bx)輸入正確的擴(kuò)展名，如“Test1.asm”，然后單擊“保存”按鈕，如圖2-9所示。 圖2-9 保存源程序共四十七頁(yè)注意：如果用語(yǔ)言編寫程序，則擴(kuò)展名為“.c”；如果用匯編語(yǔ)言編寫程序，則擴(kuò)展名為“.asm”，且必須添加擴(kuò)展文件名。（2）回到編輯界面后,單擊“Target 1”前面的“”號(hào)，然后(rnhu)

10、在“Source Group 1”上單擊右鍵，彈出如圖2-10所示的快捷菜單,然后單擊“Add File to Group Source Group 1”圖2-10 彈出右鍵菜單(ci dn)共四十七頁(yè)打開如圖2-11所示對(duì)話框，在“文件類型”處默認(rèn)為“C Source file(*.c)”，因?yàn)榍懊?qin mian)我們保存的是匯編語(yǔ)言的文件，故需要選擇“AsmSourcefile(*.s*;*.src;*.a*)”，這樣在上面就可以看到剛才保存的匯編語(yǔ)言文“Test1.asm”，雙擊該文件則自動(dòng)添加至項(xiàng)目，單擊“Close”關(guān)閉對(duì)話框。 單擊“Source Group 1”文件夾前面的“

11、+”號(hào)，就看到了剛才添加的“Test1.asm”文件，如圖2-12所示。圖2-11 彈出右鍵菜單(ci dn)圖2-12 添加文件后工程欄的變化共四十七頁(yè)（3）然后就可以在右側(cè)的編輯區(qū)輸入源程序了。在輸入指令時(shí)，可以看到事先保存待編輯文件的好處：Keil會(huì)自動(dòng)識(shí)別關(guān)鍵字，并以不同的顏色(yns)提示用戶加以注意，這樣會(huì)使用戶少犯錯(cuò)誤，有利于提高編程效率。程序輸入完畢后別忘了再次保存，如圖2-13所示。圖2-13 程序(chngx)輸入完畢后狀態(tài)共四十七頁(yè)(4) 程序文件編輯完畢(wnb)后，單擊“Project”菜單，選中“Built target”選項(xiàng)(或者使用快捷鍵 F7)，或者單擊工具欄

12、的快捷圖標(biāo)來(lái)進(jìn)行編譯，如圖2-14所示。 圖2-14 編譯(biny)菜單共四十七頁(yè)(5) 如果有錯(cuò)誤，則在最后的輸出窗口中會(huì)出現(xiàn)所有錯(cuò)誤所在的位置和錯(cuò)誤的原因，并有“Target not created”的提示(tsh)。雙擊該處的錯(cuò)誤提示(tsh)，在編輯區(qū)對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤指令處左面出現(xiàn)藍(lán)色箭頭提示(tsh)，然后對(duì)當(dāng)前的錯(cuò)誤指令進(jìn)行修改，如圖2-15所示。圖2-15 錯(cuò)誤(cuw)提示共四十七頁(yè)(6) 將所有提示過(guò)的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，然后再次重復(fù)(4)的操作進(jìn)行編譯，直至出現(xiàn)“shiyan1”- 0 Error(s),0 Warning(s),說(shuō)明編譯完全通過(guò)，如圖2-16所示。至此(zhc)，ke

13、il軟件就生成了.hex！圖2-16 編譯(biny)通過(guò)提示共四十七頁(yè) Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真(fn zhn)功能，還能仿真(fn zhn)單片機(jī)及外圍器件。它也是目前最好的仿真(fn zhn)單片機(jī)及外圍器件的工具之一。 2.4 Proteus使用(shyng)方法共四十七頁(yè)進(jìn)入(jnr)Proteus ISIS雙擊桌面上的ISIS 7 Professional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開始”“程序”“Proteus 7 Professional” “ISIS 7 Professiona

14、l”，出現(xiàn)如圖2-17所示屏幕，表明進(jìn)入Proteus ISIS集成(j chn)環(huán)境。圖2-17 啟動(dòng)時(shí)的屏幕 共四十七頁(yè)工作界面Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖2-18所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單(ci dn)、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。圖2-18 proteus工作(gngzu)界面共四十七頁(yè)原理圖設(shè)計(jì)下面我們將以圖2-1為例，介紹(jisho)Proteus ISIS原理圖的繪制方法。圖2-1 shiyan1硬件(yn jin)電路設(shè)計(jì)圖共四十七頁(yè) （

15、1） 新建設(shè)計(jì)(shj)文件單擊菜單“File” - “New Design”，彈出如圖2-19所示的圖紙模板(mbn)選擇窗口。選中“DEFAULT”,再單擊“OK”,則新建了一個(gè)DEFAULT模板。執(zhí)行菜單命令 “File” - “Save Design” 。在彈出的對(duì)話框中，選擇保存目錄dpjtest proteus，并保存文件名為“shiyan1.DSN”。如圖2-20所示。 圖2-19 模板選擇圖2-20 文件保存顯示共四十七頁(yè)（2） 設(shè)定圖之大小執(zhí)行菜單命令“System”-“Set Sheet Size”，在彈出的“Sheet Size Configura”對(duì)話框中選擇(xunz

16、)”A4“選項(xiàng)，單擊”ok“按鈕完成圖紙的設(shè)置。(3) 添加(tin ji)元器件本例中使用的元器件如表2-1所示。表2-1 本例中使用的元件 單片機(jī)AT89C51瓷片電容CAP 30pf晶振CRYSTAL 12MHz電阻RES按鈕BUTTON發(fā)光二極管LED-BIBY（BLUE）電解電容CAP-ELEC共四十七頁(yè)在器件(qjin)選擇按鈕 中單擊“P”按鈕，或執(zhí)行菜單命令“Library”“Pick Device/Symbol”彈出如圖2-21所示的對(duì)話框。在關(guān)鍵字中輸入(shr)元件名稱，如AT89C51,則出現(xiàn)與關(guān)鍵字匹配的元件列表，如圖2-22所示，選中并雙擊AT89C51所在后，單擊

17、“OK”按鈕或按Enter鍵，便將器件AT89C51加入到ISIS對(duì)象選擇器中。按照以上方法將元件添加到isis對(duì)象選擇器中。圖2-21 pick devices對(duì)話框圖2-22 輸入元件名稱共四十七頁(yè)(4)放置(fngzh)及編輯對(duì)象將元件添加到ISIS對(duì)象選擇器，在對(duì)象選擇器中，單擊要放置的元件，藍(lán)色條出現(xiàn)在該元件名上，再在原理圖編輯窗口中單擊就放置了一個(gè)元件。也可以在按住鼠標(biāo)左鍵的同時(shí)，移動(dòng)(ydng)鼠標(biāo)，在合適位置釋放左鍵，將元件放置在預(yù)定位置。這時(shí)鼠標(biāo)右鍵單擊元器件，即可編輯元器件，可以移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、刪除，就可將各元件放置在合適位置上，如圖2-23所示。 圖2-23將各期間擺放在合適

18、位置共四十七頁(yè)(5) 放置(fngzh)電源、地 單擊工具箱中的“元件終端”圖標(biāo) ，在對(duì)象選擇器中單擊“POWER”,再在原理圖編輯(binj)窗口的合適位置單擊鼠標(biāo)就將“電源”放置在原理圖中，同樣操作,也可將“地”放置在原理圖中。(6) 布線 在ISIS中系統(tǒng)默認(rèn)自動(dòng)布線有效，因此可直接畫線。 1）在兩個(gè)對(duì)象之間連線將光標(biāo)靠近一個(gè)對(duì)象的引腳，該處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)光點(diǎn)，左鍵單擊，拖動(dòng)鼠標(biāo)，放在另一個(gè)對(duì)象的引腳末端，此時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)光點(diǎn)，再單擊就可以完成一個(gè)連線了。 默認(rèn)情況下，連線都是與網(wǎng)格線垂直或者平行的，在拖動(dòng)鼠標(biāo)過(guò)程中，按住Ctrl鍵就可以手動(dòng)畫一條任意角度的連線。共四十七頁(yè)2）移動(dòng)畫線、更改

19、線型 單擊鼠標(biāo)左鍵選中連線，將指針(zhzhn)靠近該畫線，當(dāng)出現(xiàn)雙箭頭時(shí)就可以按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)改變線的位置。也可以框選多根線拖動(dòng)。3）總線及支線(zhxin)的畫法 單擊工具箱中的“總線模式”圖標(biāo) ，此時(shí)在原理圖編輯區(qū)就可以畫出總線了，然后將元器件相應(yīng)管腳與總線連線就可以了。共四十七頁(yè) 此時(shí)通過(guò)總線(zn xin)連接的管腳實(shí)際上并沒有連接在一起，必須要對(duì)各管腳進(jìn)行標(biāo)注，單擊工具箱中的圖標(biāo) ，再在各個(gè)分支線上單擊，出現(xiàn)如圖2-24所示的對(duì)話框，鍵入線路標(biāo)號(hào)，然后在另一個(gè)要與之對(duì)應(yīng)連接分支線上標(biāo)志相同的線路標(biāo)號(hào)，此時(shí)兩個(gè)管腳才實(shí)際連接在一起。 圖2-24 標(biāo)注(bio zh)對(duì)話框共四十七

20、頁(yè)(7)設(shè)置(shzh)、修改元器件 在需要修改的元件上左鍵雙擊鼠標(biāo)，出現(xiàn)(chxin)如圖2-25所示的對(duì)話框，在此對(duì)話框設(shè)置元器件屬性。圖2-25 設(shè)置元件屬性共四十七頁(yè)圖2-1 shiyan1硬件(yn jin)電路設(shè)計(jì)圖共四十七頁(yè)(8) 建立(jinl)網(wǎng)絡(luò)表 網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)設(shè)計(jì)中有電氣連接的電路，執(zhí)行菜單命令“Tools”“Netlist Compiler”，彈出如圖2-26所示的對(duì)話框，在此對(duì)話框中，可以設(shè)置網(wǎng)絡(luò)表的輸出(shch)形式、模式、范圍、深度和格式等，然后單擊“OK”輸出如圖2-27所示的內(nèi)容。圖2-26 網(wǎng)絡(luò)表設(shè)置對(duì)話框圖2-27 輸出網(wǎng)絡(luò)表內(nèi)容共四十七頁(yè)(9) 電器(dinq)檢測(cè) 畫出電路圖并生成網(wǎng)絡(luò)表后，可進(jìn)行(jnxng)電氣檢測(cè)。單擊按鈕 ，彈出如圖2-28所示的電氣檢測(cè)窗口。此窗口中，前面是文本信息，接下來(lái)就是檢測(cè)結(jié)果；若有錯(cuò)，會(huì)有詳細(xì)說(shuō)明、從窗口內(nèi)容可以