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1、1,12:06,单片机原理与接口技术,第14章 单片机系统 开发工具与设计实例,http:/ 了解单片机开发系统类型。 (2) 掌握Keil C51开发工具的使用方法。 (3) 掌握应用Proteus电路分析与实物仿真软件进行软硬件仿真调试的方法。 (4) 了解单片机应用系统的开发过程。,本章教学要求,3,12:06,本 章 目 录,14.1 单片机应用系统开发环境 14.1.1 开发系统的功能 14.1.2 开发系统的分类 14.2 Keil C51开发工具及仿真调试方法 14.2.1 Keil C51开发工具 14.2.2 应用Keil C51进行单片机软件开发调试的方法 14.2.3 应
2、用Keil C51调试C51应用程序举例,14.3 Proteus电路分析与实物仿真软件及调试方法 14.3.1 Proteus仿真软件 14.3.2 应用Proteus进行单片机应用系统仿真调试的方法 14.3.3 应用Proteus进行单片机系统仿真调试举例 14.4 单片机应用系统设计举例 习题与思考题,4,12:06,14.1 单片机应用系统开发环境,一个单片机应用系统的设计完成、投入运行，一般需要经过这几个阶段：方案选择、系统设计、仿真调试和现场调试。单片机应用系统的开发是借助于开发工具来完成的。一个好的开发环境是单片机应用系统设计的前提。,5,12:06,14.1.1 开发系统的功
3、能,-开发系统需具备的功能,在仿真调试阶段，为了能调试程序，检查硬件、软件的运行状态，就必须借助单片机开发系统模拟应用系统的单片机，并随时观察运行的中间过程而不改变运行中原有的数据，从而实现模拟现场的真实调试。 一个好的开发系统，需要具备以下的功能： (1) 能输入和修改系统的应用程序； (2) 能对应用系统硬件电路进行检查和诊断； (3) 能将用户源程序编译成目标代码并固化到EPROM中去； (4) 能以单步、断点、连续方式运行应用程序，正确反映应用程序执行的中间状态。,6,12:06,14.1.1 开发系统的功能,不同的开发系统都必须具备上述基本功能，但对于一个较完善的开发系统还应具备以下
4、几点： (1) 有较全的开发软件，除汇编语言外，还应配有高级语言（如C语言），用户可用高级语言编制应用软件，同时应具有丰富的子程序库可供用户选择调用； (2) 有跟踪调试、运行的能力，开发系统占用单片机的硬件资源尽量最少； (3) 为了方便模块化软件调试，还应配置软件转储、程序文本打印功能及设备。,-完善的开发系统,7,12:06,14.1.2 开发系统的分类,目前国内使用较多的开发系统大致分为4类： （1）通用型单片机开发系统 （2）软件模拟开发系统 （3）普及型开发系统 （4）通用机开发系统,-4类开发系统,8,12:06,14.1.2 开发系统的分类,普及型开发装置通常是采用相同类型的单
5、片机做成单板机形式。所配置的监控程序可满足应用系统仿真调试的要求： 能输入和修改程序 能单步运行和设置断点运行 能方便地查询各寄存器、I/O口、存储器的状态和内容 配备有EPROM写入器、仿真头 这是一种廉价的、能独立完成应用系统开发任务的普及型单板系统。,1普及型开发系统,-普及型开发系统,9,12:06,14.1.2 开发系统的分类,这是目前使用最多的一类开发装置。采用独立型仿真结构，与任何具有RS-232串行接口（或并行口）的计算机相连，即可构成单片机仿真开发系统。 配有EPROM、读出/写入器、仿真插头和其他外设。 可以充分利用通用计算机系统的软/硬件资源, 开发效率高。,2通用型单片
6、机开发系统,-通用型开发系统,10,12:06,14.1.2 开发系统的分类,这是一种在通用计算机中附加开发模板的开发系统。在这种系统中，开发模板不能独立完成开发任务，只是起着开发系统接口的作用。 开发模板插在通用计算机系统的扩展槽中或以总线连接方式安放在外部。开发模板的硬件结构应包含有通用计算机不可替代的部分，如EPROM写入、仿真头及CPU仿真所必需的单片机系统等。,3通用机开发系统,-模板式开发系统,11,12:06,14.1.2 开发系统的分类,只需有通用计算机再配以相应的模拟开发软件，完全依靠软件手段进行开发。不需要任何在线仿真器和用户样机就可在PC上直接开发和模拟调试单片机软件程序
7、。调试完毕的软件可以将机器码固化，完成一次初步的软件设计工作。 对于实时性要求不高的应用系统，一般能直接投入运行； 对于实时性要求较高的应用系统，通过多次反复模拟调试也可正常投入运行。 软件模拟开发系统功能很强，基本上包括了在线仿真器的单步、断点、跟踪、检查和修改等功能，并且还能模拟产生各种中断（事件）和I/O应答过程。 软件模拟开发系统是比较有实用价值的模拟开发工具。 目前较为流行的模拟开发工具软件有 Proteus 和 Keil C51。,4软件模拟开发系统,-模拟开发工具软件,12,12:06,14.2 Keil C51开发工具及仿真调试方法,14.2.1 Keil C51开发工具,Ke
8、il C51是目前最流行的51单片机开发工具软件，各仿真器厂商都宣称全面支持Keil C51的使用。对于使用C语言进行单片机开发的用户，Keil C51已成为必备的开发工具。 Keil C51集成开发环境Vision包括：C51编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器。 在开发应用软件过程中，编辑、编译、汇编、连接、调试等各阶段都集成在一个环境中。 Keil C51是德国知名软件公司Keil开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台。测试评估版可以直接从Keil公司网站下载（网址为http:/ demo/）。,1Keil C51开发工具简介,- Keil C51简介,13,
9、12:06,14.2.1 Keil C51开发工具,Keil C51集成开发环境主操作界面,- Keil C51集成环境,14,12:06,14.2.1 Keil C51开发工具,2应用Keil C51进行单片机应用系统开发的过程,(1) 启动Keil C51进入集成开发环境。 (2) 进行应用系统硬件设计或者直接使用现成的电路板。 (3) 在Keil C51集成开发环境下进行程序编辑。 (4) 把编辑好的程序进行汇编（编译），生成目标代码。 (5) 通过并口或者串口将计算机和编程器连接在一起，把要编程的51芯片置入编程器相应的插槽内。有的开发板集成了编程器的功能，可以直接通过并口或者串口与计
10、算机相连。 (6) 打开51芯片相应的服务程序，经过相关设置将代码下载到芯片中。 (7) 进行结果观察，反复调试直到达到预期结果。,- Keil C51开发步骤,15,12:06,14.2.2 应用Keil C51进行单片机软件开发调试的方法,1工程建立(1),启动Vision2，选择“ProjectNew Project.”菜单，在弹出的“Create New Project”对话框中为新工程选择或创建一个目,录，并输入工程文件的名称（如：test），不需要输入扩展名，自动生成一个工程文件（.uv2）。单击“保存”按钮，出现如图所示的选择目标芯片窗口。,16,12:06,14.2.2 应用K
11、eil C51进行单片机软件开发调试的方法,1工程建立(2),选择Startup.A51文件（Startup.A51是支持大多数8051派生系列的启动代码文件。用于目标芯片启动后，在main( )函数之前清除片内数据存储器、初始化硬件和再入堆栈指针）。 选择目标CPU（即所用芯片的型号）后，出现如图所示对话框，单击“是”按钮将标准8051启动文件加入工程中。,17,12:06,14.2.2 应用Keil C51进行单片机软件开发调试的方法,1工程建立(3),(1) 建立工程 选择“FileNew.”在工程管理器中打开源程序编辑窗口，输入源程序，选择“FileSave”保存时须加上扩展名（C语言
12、程序用“.c”，汇编语言程序用“.A51”）。 (2) 添加源程序到工程 右键单击“Source Group1”，在下拉菜单中选“Add file to Group ”Source Group1“”，在出现的对话框中寻找并添加编辑好的源程序文件，即可将文件加入到项目中，单击“Close”返回主窗口。此后，单击“Source Group1”，可查看并打开加入到项目中的源程序。,18,12:06,14.2.2 应用Keil C51进行单片机软件开发调试的方法,2工程设置,右键单击Project窗口的“Target1”，选择菜单“Project Option for target “target 1
13、” ”，打开工程设置对话框，如下图所示。,19,12:06,14.2.2 应用Keil C51进行单片机软件开发调试的方法,3编译、连接,选择菜单“ProjectBuild target”，对当前工程进行连接。编译过程中的信息将出现在输出窗口中的Build页中, 如图下所示。,如源程序有语法错误，会出现错误报告，双击该行可定位到出错的位置，修改源程序后再次编译。在窗口中还可看到程序代码量、内部和外部RAM使用量等信息。此外，编译、连接还产生一些相关文件，包括目标文件(.obj)、列表文件(.lst和.m51)、连接输入文件(.inp)等，以用于Keil C51的仿真与调试。,20,12:06,
14、14.2.2 应用Keil C51进行单片机软件开发调试的方法,4程序的调试,编译、连接成功后，按Ctrl+F5组合键或使用菜单“Debug Start / Stop Debug Session”即可进入调试状态。,在调试状态下，Debug菜单项和调试工具栏被激活。 按F10单步执行程序，在调试窗口左侧可以查看寄存器和变量值的变化。,21,12:06,14.2.2 应用Keil C51进行单片机软件开发调试的方法,5程序下载,下载程序一般需要使用编程器附带的编程环境。不同的编程器附带的编程环境各不相同，但大体步骤基本相同。 安装并打开编程器附带的编程软件； 选择要编程的具体芯片、使用的串口和下
15、载波特率； 配置其他参数（或保持默认值）； 打开编译生成的“*.HEX”文件； 单击“Download”开始将程序写入芯片中。 如果硬件连接和相关配置无误，将提示编程成功。如果发生错误, 修改配置或者重新连接硬件, 再次下载程序直到成功为止。,22,12:06,14.3 Proteus电路分析与实物仿真软件及调试方法,14.3.1 Proteus仿真软件,Proteus是英国Labcenter公司开发的目前唯一能仿真微处理器的电路分析与实物仿真设计软件。可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路。软件特点是：集原理图设计、仿真和PCB设计于一体，具有强大的原理图到PCB设计功能，可输出多格式的电路设
16、计图表。具有模拟/数字电路、单片机应用系统、嵌入式系统(不高于ARM7)的设计与仿真功能，支持目前常见的单片机及各种外围芯片。具有全速、单步、断点等多种形式的调试功能。具有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表(如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等)。可兼容性KeilC51、MPLAB等第三方软件编译和调试环境。,1Proteus仿真软件简介,23,12:06,14.3.1 Proteus仿真软件,Proteus ISIS集成环境如下图所示。,24,12:06,14.3.1 Proteus仿真软件,2应用Proteus进行单片机应用系统仿真调试的过程,(1) 启动ISIS 7 Professiona
17、l进入工作环境； (2) 将所需元器件加入到对象选择器窗口； (3) 按照电路原理图布局，放置元器件到图形编辑窗口； (4) 添加电源和接地引脚，为电路提供电源和地线； (5) 连线和放置网络标号，实现电气连接； (6) 用Windows系统的记事本编写程序代码，保存为.ASM格式； (7) 加载程序文件，可以加载已存在的源程序文件进行编译（Proteus自带编译器，可对ASM、PIC、AVR等程序文件进行汇编），也可加载在Keil中编译好的HEX文件； (8) 模拟调试，可以单步模拟调试，可以设置断点； (9) 运行程序，检查运行结果。,25,12:06,14.3.2 应用Proteus进行
18、单片机应用系统仿真调试的方法,1绘制原理图,1) 将所需元器件加入到对象选择器窗口: 在对象库中搜索查找所需要的CPU芯片和其他元器件，并将搜索结果添加至对象选择器窗口中。 2) 放置元器件至图形编辑窗口: 选中对象选择窗口中的CPU和其他元件, 分别放置到图形编辑窗口。 3) 放置总线至图形编辑窗口: 使用绘图工具栏的总线按钮, 在图形编辑窗口中进行绘制总线操作。 4) 元器件之间的连线: 在图形编辑窗口中，移动鼠标寻找相应元件的连接点，在两个连接点上分别单击鼠标实现元件之间的连线操作。 5) 元器件与总线连接: 使用绘图工具栏中的导线标签按钮, 在图形编辑窗口中分别单击元件和总线, 在弹出
19、的导线标签编辑窗口中输入总线标签名称, 实现元件与总线的连接和标签标定。,26,12:06,14.3.2 应用Proteus进行单片机应用系统仿真调试的方法,2加载可执行文件,双击原理图中的CPU，将弹出Proteus程序加载界面（如图所示），在“Program File”中，通过打开按钮，添加程序文件。,3仿真运行,单击仿真运行开始按钮，观察结果，调试程序和电路。,27,12:06,14.4 单片机应用系统设计举例,本节以皮带秤称重控制系统为例，从需求分析、功能说明、体系结构设计、硬件系统设计、软件系统设计到系统调试，介绍了单片机应用系统的开发过程及步骤如下：,1.需求分析 2.功能说明 3
20、.体系结构设计 (1)硬件体系结构设计 1) 概念设计 2) 总体设计 a.传感器 b.控制部分 c.外设 d.通信 (2)软件体系结构设计,4.硬件系统设计 (1)单片机ADuC834最小系统设计 (2)信号调理电路设计 1) 传感器电路 2) 滤波电路 3) 放大电路 (3)键盘与显示接口电路设计 (4)串行通信电路设计 5.软件系统设计,(1)软件设计分析 1) 时钟初始化 2) 端口初始化 3) 存储区初始化 4) ADC和DAC初始化 5) 定时器初始化 6) 串口初始化 (2)软件模块设计 1) 主程序 2) 初始化程序 3) 中断子程序 6.系统调试,28,12:06,习题与思考
21、题,14-1 在一般情况下，单片机应用系统的开发过程有哪些步骤？ 14-2 单片机应用系统软件开发大体包括哪些方面？应注意哪些要点？ 14-3 单片机应用系统的调试分为哪些部分？ 14-4 上机实践Keil C51开发工具的使用。 14-5 上机实践Proteus开发工具的使用。 14-6 设计一个顺序开关灯控制器，要求当按钮K第1次按下时，A灯立刻亮，B灯在延时11 s钟后亮，在B灯亮15 s后，C灯亮；当按钮K第2次按下时，C灯立刻灭，延时17 s后B灯灭，B灯灭12 s后，A灯灭。使用Keil C51和Proteus连接调试。 14-7 设计一个MCS-51系列单片机最小系统，完成数据采集功能，具体要求自己确定。,