第二章 單片機應用系統(tǒng)的研制與開發(fā)環(huán)境

1、單片機原理與應用主講教師:張東陽沈陽理工大學裝備工程學院Email： Tel二章 單片機應用系統(tǒng)的研制與開發(fā)環(huán)境 2.1 本專業(yè)學生應掌握開發(fā)工具 2.2 如何用單片機點亮一盞燈？ 2.3 KeilC的使用方法 2.4 Proteus的使用方法大學兩年你學到了什么？什么也沒學到？為什么？是否掌握了科學方法合理的學習方法？是否加強了對自己能力的鍛煉和培養(yǎng)？是否掌握了應該掌握的設計工具？大學四年我們應該學習什么？知識的學習：閱覽大量的人文科學、自然科學和社會科學書籍；能力的培養(yǎng)：表達能力、溝通能力、合作能力、自主學習能力、綜合設計能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力及其它各方面能力；思想認

2、識的升華：。大學四年我們應該掌握哪些開發(fā)工具？綜合設計能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)： 需要掌握足夠的開發(fā)工具程序設計基礎：C語言程序設計 開發(fā)工具：Turbo C、VB 機械設計基礎：產品設計 開發(fā)工具： UG、CATIA、PRO/E 系統(tǒng)控制基礎：控制系統(tǒng)設計 開發(fā)工具： MATLAB、Simulink FPGA設計基礎： VHDL語言 開發(fā)工具： QUARTUS II、ISE 電子產品設計：各種電子產品 開發(fā)工具： Proteus 、Keil C虛擬儀器設計：各種控制系統(tǒng) 開發(fā)工具： Labview 2.1 本專業(yè)學生大學四年應該掌握的開發(fā)工具？掌握了這些開發(fā)工具，你就擁有了吃飯的飯碗掌握了這

3、些開發(fā)工具，你就具備了生存的技能!2.2 如何用單片機點亮一盞燈？ 什么是單片機應用系統(tǒng)的研制與開發(fā)環(huán)境？ 單片機應用系統(tǒng)的設計一般分為硬件電路設計和軟件系統(tǒng)設計。硬件電路設計：Protues（系統(tǒng)仿真平臺）軟件系統(tǒng)設計：Keil C （軟件開發(fā)平臺）軟件開發(fā)平臺 + 系統(tǒng)仿真平臺 = 單片機應用系統(tǒng)的研制與開發(fā)環(huán)境如何用單片機點亮一盞燈？ 最簡單的單片機應用系統(tǒng)： 最小的單片機系統(tǒng) + 一盞燈系統(tǒng)設計包括： 硬件電路設計 + 軟件系統(tǒng)設計 + 仿真調試 用單片機點亮一盞_硬件電路設計圖2-1 shiyan1硬件電路原理圖所用元件:單片機:AT89C51晶振:CRYSTAL 12MHz電阻:R

4、ES(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 用單片機點亮一盞燈_軟件系統(tǒng)設計程序名：Test1.ASM ORG 0030H MOV A,#0FFH MOV P1,A CLR P1.0 END 硬件 + 軟件 = 單片機應用系統(tǒng)! Keil C是德國Keil公司開發(fā)的單片機編譯器，是目前最好的51單片機開發(fā)工具之一，可以用來編譯C源代碼和匯編源程序、連接和重定位目標文件和庫文件、創(chuàng)建HEX文件、調試目標程序等，是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境。2.3 Keil C的使用方法Keil C中的源程序設計與編譯 在Keil C集成開發(fā)

5、環(huán)境下使用工程的方法來管理文件，而不是單一文件的模式，所有的文件包括源程序(如C程序、匯編程序)、頭文件等都可以放在工程項目文件里統(tǒng)一管理。具體如何建立應用程序并進行仿真調試，實例說明如下:（1）建立一個項目雙擊桌面快捷圖標即可進入如圖2-2所示的集成開發(fā)環(huán)境編輯操作界面，主要包括三個窗口：工程項目窗口、編輯窗口和輸出窗口。 圖2-2 編輯操作界面單擊 Project 菜單，在彈出的下拉菜單中選中“New Project”選項，新建一個項目，如圖2-3所示。 圖2-3 Project界面然后選擇要保存的路徑:本課程所有設計可設一個總目錄，如:dpj,下面按設計項目設置目錄,dpjtestkei

6、l，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保存設置界面（2）選擇單片機型號 這時會彈出一個對話框，要求選擇單片機的型號。這里可以根據(jù)所使用的單片機來選擇，Keil幾乎支持所有51核的單片機，這里以Atmel的89C51來說明，如圖2-5所示。首先選擇Atmel公司，然后單擊左邊的“+”號之后選擇AT89C51，右邊欄是對這個單片機的基本說明，然后單擊“確定”圖2-5 選擇公司和器件在隨后彈出的對話框單擊“否”,完成以上步驟后，屏幕如圖2-6所示。圖2-6 初始化編輯界面（3）選

7、項設置將鼠標指針指向“Target 1”并單擊右鍵，再從彈出的右鍵菜單中單擊“Options for Target”選項，如圖2-7所示。圖2-7 選擇“Options for Target”選項從彈出的“Options”對話框中選擇“Output”標簽欄，并按如圖2-8所示設置其中各項。圖2-8 “Output”標簽欄建立一個新的ASM匯編語言程序并編譯（1）在菜單欄中，單擊“File”菜單，再單擊“New”選項，或直接單擊工具欄的快捷圖標來建立了一個新的編輯窗口。此時光標在編輯窗口里閃爍，這時可以輸入用戶的應用程序了。 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“

8、Save As”選項，在彈出對話框的“文件名”欄右側編輯框中，輸入欲使用的文件名，同時，必須輸入正確的擴展名，如“Test1.asm”，然后單擊“保存”按鈕，如圖2-9所示。 圖2-9 保存源程序注意：如果用語言編寫程序，則擴展名為“.c”；如果用匯編語言編寫程序，則擴展名為“.asm”，且必須添加擴展文件名。（2）回到編輯界面后,單擊“Target 1”前面的“”號，然后在“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 彈出右鍵菜單打開如圖2-11所示對話框，在“文件類型”處默

9、認為“C Source file(*.c)”，因為前面我們保存的是匯編語言的文件，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言文“Test1.asm”，雙擊該文件則自動添加至項目，單擊“Close”關閉對話框。 單擊“Source Group 1”文件夾前面的“+”號，就看到了剛才添加的“Test1.asm”文件，如圖2-12所示。圖2-11 彈出右鍵菜單圖2-12 添加文件后工程欄的變化（3）然后就可以在右側的編輯區(qū)輸入源程序了。在輸入指令時，可以看到事先保存待編輯文件的好處：Keil會自動識別關鍵字，并以不同的顏色提示用

10、戶加以注意，這樣會使用戶少犯錯誤，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 程序輸入完畢后狀態(tài)(4) 程序文件編輯完畢后，單擊“Project”菜單，選中“Built target”選項(或者使用快捷鍵 F7)，或者單擊工具欄的快捷圖標來進行編譯，如圖2-14所示。 圖2-14 編譯菜單(5) 如果有錯誤，則在最后的輸出窗口中會出現(xiàn)所有錯誤所在的位置和錯誤的原因，并有“Target not created”的提示。雙擊該處的錯誤提示，在編輯區(qū)對應錯誤指令處左面出現(xiàn)藍色箭頭提示，然后對當前的錯誤指令進行修改，如圖2-15所示。圖2-15 錯誤提示(6) 將所

11、有提示過的錯誤進行修改，然后再次重復(4)的操作進行編譯，直至出現(xiàn)“shiyan1”- 0 Error(s),0 Warning(s),說明編譯完全通過，如圖2-16所示。至此，keil軟件就生成了.hex！圖2-16 編譯通過提示 Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它也是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具之一。 2.4 Proteus使用方法進入Proteus ISIS雙擊桌面上的ISIS 7 Professional圖標或者單擊屏幕左下方的“開始”“程序”“Prot

12、eus 7 Professional” “ISIS 7 Professional”，出現(xiàn)如圖2-17所示屏幕，表明進入Proteus ISIS集成環(huán)境。圖2-17 啟動時的屏幕 工作界面Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面，如圖2-18所示。包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。圖2-18 proteus工作界面原理圖設計下面我們將以圖2-1為例，介紹Proteus ISIS原理圖的繪制方法。圖2-1 shiyan1硬件電路設計圖 （1） 新建設計文件單擊菜

13、單“File” - “New Design”，彈出如圖2-19所示的圖紙模板選擇窗口。選中“DEFAULT”,再單擊“OK”,則新建了一個DEFAULT模板。執(zhí)行菜單命令 “File” - “Save Design” 。在彈出的對話框中，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（2） 設定圖之大小執(zhí)行菜單命令“System”-“Set Sheet Size”，在彈出的“Sheet Size Configura”對話框中選擇”A4“選項，單擊”ok“按鈕完成圖紙的設置。(3) 添加元器件

14、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在器件選擇按鈕 中單擊“P”按鈕，或執(zhí)行菜單命令“Library”“Pick Device/Symbol”彈出如圖2-21所示的對話框。在關鍵字中輸入元件名稱，如AT89C51,則出現(xiàn)與關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“OK”按鈕或按Enter鍵，便將器件AT89C51加入到ISIS對象選擇器中。按照以上方法將元件添加到isis對

15、象選擇器中。圖2-21 pick devices對話框圖2-22 輸入元件名稱(4)放置及編輯對象將元件添加到ISIS對象選擇器，在對象選擇器中，單擊要放置的元件，藍色條出現(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元件。也可以在按住鼠標左鍵的同時，移動鼠標，在合適位置釋放左鍵，將元件放置在預定位置。這時鼠標右鍵單擊元器件，即可編輯元器件，可以移動、旋轉、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位置(5) 放置電源、地 單擊工具箱中的“元件終端”圖標 ，在對象選擇器中單擊“POWER”,再在原理圖編輯窗口的合適位置單擊鼠標就將“電源”放置在原

16、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)默認自動布線有效，因此可直接畫線。 1）在兩個對象之間連線將光標靠近一個對象的引腳，該處會出現(xiàn)一個光點，左鍵單擊，拖動鼠標，放在另一個對象的引腳末端，此時也會出現(xiàn)一個光點，再單擊就可以完成一個連線了。 默認情況下，連線都是與網(wǎng)格線垂直或者平行的，在拖動鼠標過程中，按住Ctrl鍵就可以手動畫一條任意角度的連線。2）移動畫線、更改線型 單擊鼠標左鍵選中連線，將指針靠近該畫線，當出現(xiàn)雙箭頭時就可以按住鼠標左鍵拖動鼠標改變線的位置。也可以框選多根線拖動。3）總線及支線的畫法 單擊工具箱中的“總線模式”圖標 ，此時在原理圖編輯區(qū)

17、就可以畫出總線了，然后將元器件相應管腳與總線連線就可以了。 此時通過總線連接的管腳實際上并沒有連接在一起，必須要對各管腳進行標注，單擊工具箱中的圖標 ，再在各個分支線上單擊，出現(xiàn)如圖2-24所示的對話框，鍵入線路標號，然后在另一個要與之對應連接分支線上標志相同的線路標號，此時兩個管腳才實際連接在一起。 圖2-24 標注對話框(7)設置、修改元器件 在需要修改的元件上左鍵雙擊鼠標，出現(xiàn)如圖2-25所示的對話框，在此對話框設置元器件屬性。圖2-25 設置元件屬性圖2-1 shiyan1硬件電路設計圖(8) 建立網(wǎng)絡表 網(wǎng)絡就是一個設計中有電氣連接的電路，執(zhí)行菜單命令“Tools”“Netlist

18、Compiler”，彈出如圖2-26所示的對話框，在此對話框中，可以設置網(wǎng)絡表的輸出形式、模式、范圍、深度和格式等，然后單擊“OK”輸出如圖2-27所示的內容。圖2-26 網(wǎng)絡表設置對話框圖2-27 輸出網(wǎng)絡表內容(9) 電器檢測 畫出電路圖并生成網(wǎng)絡表后，可進行電氣檢測。單擊按鈕 ，彈出如圖2-28所示的電氣檢測窗口。此窗口中，前面是文本信息，接下來就是檢測結果；若有錯，會有詳細說明、從窗口內容可以看出，網(wǎng)絡表已產生，并且無電氣錯誤。圖3-28 電氣檢測窗口(10) 存盤及輸出報表此時保存設計，生成BOM文檔。至此一個簡單的原理圖設計就完成了。接下來就可以將由Keil生成的.hex文件下載到單片中進行仿真了,方法如下:按鼠標左鍵點擊AT89C51，彈出如圖2-29所