项目二认识单片机开发系统

项目二认识单片机开发系统一个单片机应用系统从提出任务到正式投入运行的过程，称为单片机的开发过程。开发过程所用的设备与软件称为单片机开发系统或开发工具。本项目以信号灯控制系统为基础，介绍单片机应用系统设计必需的开发工具，采用开发工具进行单片机应用系统设计的开发过程，以及单片机应用系统的基本调试方法。★知识目标1.掌握单片机开发系统及功能。2.掌握单片机开发系统的使用。★技能目标学会单片机开发系统调试程序的方法。子项目一用KeilC5l调试LED控制程序基本知识一、单片机开发系统及功能单片机开发系统是单片机应用系统设计的必需工具，包括计算机、单片机在线仿真器、工具软件、编程器等。单片机开发系统的功能包括在线仿真、调试、软件辅助设计、目标程序固化等。1、在线仿真功能在线仿真器（InCircuitEmulator,简称ICE）是由一系列硬件构成的设备，它能仿真用户系统中的单片机，并能模拟用户系统的ROM、RAM和I/O端口，因此，处于在线仿真状态时，用户系统的运行环境和脱机运行的环境完全“逼真”。2、调试功能开发系统对用户系统软、硬件调试功能的强弱，将直接关系到开发的效率。性能优良的单片机开发系统应具备下列调试功能。（1）运行控制功能开发系统应能使用户有效地控制目标程序的运行，以便检查程序运行的结果，对存在的硬件故障和软件错误进行定位。单步运行：CPU从任意程序地址开始执行一条语句后停止运行。断点运行：允许用户任意设置断点条件，启动CPU从规定地址运行后，当遇到断点条件符合后停止运行。全速运行：CPU从指定地址开始连续全速运行目标程序。跟踪运行：类似单步运行过程，但可以跟踪函数内部运行状态。（2）目标系统状态的读出修改功能当CPU停止执行目标系统程序后，允许用户方便地读出或修改目标系统资源的状态，以便检查程序运行的结果，设置断点条件及设置程序的初始参数。3、辅助设计功能软件辅助设计功能的强弱也是衡量单片机开发系统性能高低的重要标志。单片机应用系统软件开发效率在很大程度上取决于开发系统的辅助设计功能。（1）程序设计语言单片机程序设计语言包括机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是单片机唯一能识别的语言，程序的设计、输入、修改和调试都很麻烦，只能用来开发一些非常简单的单片机应用系统。汇编语言具有使用灵活、实时性好的特点，是单片机应用系统设计常用的程序设计语言。但是采用汇编语言编写程序，要求编程员必须对单片机的指令系统非常熟悉，并具有一定的程序设计经验，才能编制出功能复杂的应用程序，且汇编语言程序的可读性和可移植性都较差。高级语言的通用性好，程序设计人员只要掌握开发系统所提供的高级语言使用发法，就可以直接编写程序。MCS-51系列单片机的编译型高级语言有：PL/M51\C51\MBASIC-51等。高级语言对不熟悉单片机指令系统的用户比较适用，且具有较好的可移植性，是目前单片机编程语言的主流，本书采用C51编程语言。（2）程序编译几乎所有的单片机开发系统都能与PC连接，允许用户使用PC的编辑程序编写汇编语言或高级语言，生成汇编语言或高级语言的源文件；然后利用开发系统提供的交叉汇编或编译系统，将源程序编译成可在目标机上直接运行的目标程序；再通过PC的串口或并口直接传输到开发机的RAM中。一些单片机的开发系统还提供反汇编功能，并可提供用户宏调用的子程序库，以减少用户软件研制的工作量。4、程序固化功能当系统调试完毕，确认软件无故障时，应把用户应用系统的程序固化到程序存储器中脱机运行，编程器就是完成这种任务的专用设备，它也是单片机开发系统的重要组成部分。二、KeilC51软件的使用KeilC51软件是目前在流行的开发MCS-51系列单片机的软件。KeilC51提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，并通过一个集成开发环境（μVision）将它们组合在一起。掌握这一软件的使用对于MCS-51系列单片机的开发人员来说是十分必要的。KeilμVision3集成开发环境是KeilSoftwareInc/KeilElektronikGmbH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，可以完成工程建立和管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真和硬件仿真等完整的开发流程，尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。由于KeilC51本身是纯软件，还不能直接进行硬件仿真，必须挂接单片机仿真器的硬件才可以进行仿真。KEILC51软件的使用步骤如下：（1）首先启动KEILC51软件的集成开发环境。单击“开始”按钮，在随即弹出的“开始”菜单里选择“程序”中的KeilμVision3选项，或在桌面上直接双击μVision3图标，以启动该软件，出现如图2-1所示的窗口。图2-1Keilc51启动窗口（2）建立工程文件。通常单片机应用系统软件包含多个源程序文件，Keilc51使用工程（project）这一概念，将这些参数设置和所需的所有文件都加在一个工程中。因此，需要建立一个工程文件，并为这个工程文件选择CPU，确定编译、链接的参数，指定调试的方式。在Keilc51启动窗口中，单击“project”菜单的下拉菜单的“Newproject”菜单，出现“CreateNewProject”对话框，如图2-2所示。在“保存在”下拉列表中选择工程的保存目录，并在“文件名”文本框中输入工程名，不需要扩展名，单击“保存”按钮，出现如图2-3所示的“SelectDeviceforTarget‘Target’”对话框。图2-2建立工程文件在图2-3的Database栏中选择所要使用的CPU型号，Keilc51支持的CPU型号很多，我们选择Atmel公司的芯片，单击“Atmel”前面的“+”号，展开该层，单击其中的“AT89C51”，然后单击“确定”按钮，回到主界面。（3）建立并添加源文件。使用菜单“File”菜单的下拉菜单中的“New”或者单击工具栏的“新建文件”按钮，出现如图2-4所示的文本编辑窗口，在该窗口中输入新编制的源程序并保存该文件。图2-3选择目标CPU将左边“Target1”前面的“+”号展开，在“SourceGroup1”上单击鼠标右键打开快捷菜单，如图2-5所示，再单击“AddFilestoGroup‘SourceGroup1’”选项，出现如图2-6所示的界面。图2-4文本编辑窗口小提示1、在源文件名的后面必须加扩展名“.C”，如“EX1.C”。源文件不一定要使用Keilc51软件编写，也可以使用其他文本编辑器编写好后在复制到Keilc51中。2、源文件名最好和工程名相同，但工程不需加扩展名。在图2-6中，选择“文件类型”下拉列表框中的“CSourcefile(*.c)”，找到前面新建源程序文件后，单击“Add”按钮加到工程中。此时，在左边文件夹“SourceGroup1”前面出现一个“+”号，单击“+”号展开后，出现一个名为“EX1.c”的文件，说明新文件的添加已完成。（4）配置工程属性。鼠标移到左边窗口的“Target1”上，单击鼠标右键打图2-5增加文件到组中图2-6选择文件类型开快捷菜单，在单击“OptionforTarget‘Target’”选项，弹出如图2-7所示的“OptionforTargetTarget1”对话框。在这个对话框中设置芯片的工作频率。首先在Target选项卡的Xtal(MHZ)栏中输入12，指定此芯片的工作频率为12MHZ。在图2-7中单击“Output”选项卡，然后切换到Output选项卡，弹出如图2-8所示的界面。在“CreateHEXFile”选项前面的小圆内打点，确认已选中该项，如此才会产生十六进制文件，单击“确定”按钮关闭对话框即可完成设置，回到主界面。图2-7目标属性对话框及各对话框含义图2-8产生执行文件对话框及各对话框含义（5）编译、连接。单击主界面左上方的按钮即可进行编译与连接，而其过程将记录在下方的输出窗口中，如图2-9、图2-10所示。小提示在图2-7目标属性对话框中各选项的含义如下：（1）Xtal(晶振频率)：默认值是所选目标CPU的最高可用频率，该值与最终产生的目标代码无关，仅用于软件模拟调试时显示程序的执行时间。正确设置该数值可使显示时间与实际所用时间一致，一般将其设置成实际硬件所用晶振频率。如果没有必要了解程序执行的时间，也可以不设置该项。（2）MemoryModel(存储器模式)：用于设置RAM使用模式。有以下三个选择项。Small(小型)：所有变量都定义在单片机的内部RAM中。Compact（紧凑）：可以使用一页（256B）外部扩展RAM。Large（大型）：可以使用全部64KB外部扩展RAM。(3)CodeRomSize（代码存储器模式）：用于设置ROM空间的使用，也有以下三个选择项。Small（小型）：只使用低2KB程序空间。Compact（紧凑）：单个函数的代码量不能超过2KB，整个程序可以使用64KB程序空间。Large（大型）：可用全部64KB程序空间。这些选择必须根据所用硬件来确定。(4)Operating（操作系统）：KeilC51提供了Rtxtiny和Rtxfull两种操作系统，通常不使用任何操作系统，即使用该项的默认值None。(5)Off-chipCodememory（片外代码存储器）：用于确定系统扩展ROM的地址范围，由硬件确定，一般为默认值。(6)Off-chipXdatamemory（片外Xdata存储器）：用于确定系统扩展RAM的地址范围，由硬件确定，一般为默认值。图2-10中的“0Error(s),0Warnning(s)。”表示没有错误，因此就可继续进行调试/仿真。如果编译连接过程中有错误，出现图2-9对话框，一定要查找并改正错误，直到成功完成编译连接才能往下进行。（6）调试、仿真。编译、连接后如果没有错误，就可继续进行调试/仿真。单击按钮打开调试工具栏，屏幕出现确认对话框，如图2-11所示。单击“确定“按钮关闭对话框，即进入调试状态。（7）观察输出结果。单击菜单栏中的Peripherals菜单，在此菜单的下拉菜单中选择相应的选项，比如在任务一中是通过P1口看结果，所以需跟踪P1口。选择Peripherals菜单下的I/O-Ports命令下的Port1选项，如图2-12所示。即可打开P2窗口，如图2-13所示。图2-9编译连接过程中有错误的对话框图2-10成功完成编译连接的对话框图2-11确定对话框图2-12Peripherals菜单图2-13I/O端口设置（8）运行程序。若要运行程序，可单击按钮，P2窗口的内容都将随程序的进行而变化。若想从头开始，则单击按钮停止运行，在单击运行按钮即可。若要关闭此程序，则先单击按钮离开调试状态，再启动Project菜单下的CloseProject命令。最后启动File菜单下的Exit命令，即可关闭KeilC程序。三、STC_ISP_V3.5下载软件的使用下面以STC_ISP_V3.5下载软件为例说明下载程序的方法。连接好下载线和单片机目标板，目标板加上+5V电源。启动STC_ISP_V3.5下载软件，如图2-14所示。具体的实施步骤为：（1）首先根据目标板上单片机的型号选择单片机型号。如图2-14所示。①点击“OpenFle”按钮，打开待下载的HEX文件；如图所示。②②点击“鉴”按钮，检查单片机型号；③③点击“擦除”按钮，将单片机程序存储器中原有内容擦除；④④点击“写入”按钮，将打开的文件下载到单片机程序存储器中。也可以设置好自动选项后，点击“自动”按钮完成程序的擦除和写入。图选择单片机型号图2-14STC_ISP_V3.5下载软件窗口界面（2）点击“OpenFile”按钮，打开待下载的HEX文件；如图2-15所示。①②点击“鉴别”按钮，检查单片机型号；②③点击“擦除”按钮，将单片机程序存储器中原有内容擦除；③④点击“写入”按钮，将打开的文件下载到单片机程序存储器中。