1、10:061第2章 單片機應用系統的開發環境 單片機應用系統的開發工具 2.1Keil C51高級語言集成開發環境2.2基于Proteus的單片機系統仿真2.310:062 與通用微機不同，單片機本身沒有自主開發能力，必須借助于開發工具編制、調試、下載程序或對器件編程。開發工具的優劣，直接影響開發工作效率。 80C51單片機開發環境，目前最常用的是Keil C51集成開發環境Vision3 IDE(Integrated Development Environment)和支持微處理器芯片仿真的Proteus VSM軟件。 10:0632.1 單片機應用系統的開發工具 單片機應用系統和一般的計算機

2、應用系統一樣，也是由硬件和軟件所組成。 對較復雜的單片機應用系統，硬件除了單片機外，還包括外部擴展的存儲器、輸入輸出設備、控制設備、執行部件等，軟件則是各種控制程序。 只有硬件和軟件緊密相結合，協調一致，才能組成高性能的單片機應用系統。在系統的開發與研制過程中，軟硬件的功能總是在不斷地調整，以便相互適應，相互配合，達到最佳的性能價格比。 10:0642.1 單片機應用系統的開發工具 由于單片機本身不具有開發功能，因此必須借助開發工具來排除開發過程中的各種硬件故障和程序錯誤。 一個單片機應用系統從提出任務到正式投入運行的過程稱為開發過程。單片機開發過程中所用的各種設備稱為開發工具。 10:065

3、圖2-1 單片機仿真系統連接示意圖 單片機的開發工具通常是一個特殊的計算機系統，也稱單片機仿真系統。 2.1 單片機應用系統的開發工具 10:066圖2-1 單片機仿真系統連接示意圖 單片機仿真系統硬件包括在線仿真器、編程器、仿真插頭等部件，軟件包括匯編和調試程序等。 仿真器通過串行口與PC機相連，用戶可以利用仿真軟件在PC機上編輯、修改源程序，然后通過匯編軟件生成目標代碼，傳送給仿真器，由仿真器通過仿真插頭傳送到用戶系統，之后就可以進行調試了。 10:067 仿真、調試完的程序，需要借助編程器寫到單片機內部或外接的程序存儲器中。 在開發過程中，程序每改動一次都要先調試，調試通過后，用編程器寫

4、到單片機中去，再將單片機插入用戶系統的單片機插座，整個過程操作比較麻煩。 隨著單片機技術的發展，出現了可以在線編程的單片機。在線編程目前有兩種方法：在系統編程(In-System Programming，簡稱ISP)和在應用編程(In-Application Programming，簡稱IAP)。 10:068 ISP是指用戶通過PC機的軟件，把已編譯好的用戶代碼通過串行口直接寫入用戶系統的單片機，不管單片機片內的存儲器是空白的還是被編程過，都可以用ISP方式擦除或再編程，不需要從電路板上取下器件。 IAP指MCU可以在系統中獲取新代碼并對自己重新編程，即可用程序來改變程序。IAP的實現相對要

5、復雜一些，在實現IAP功能時，單片機內部一定要有兩塊存儲區，一塊被稱為BOOT區，另外一塊被稱為存儲區。單片機上電運行在BOOT區，如果外部改寫程序的條件滿足，則對存儲區的程序進行改寫操作。如果外部改寫程序的條件不滿足，程序指針跳到存儲區，開始執行放在存儲區的程序，這樣便實現了IAP功能。10:0692.2 Keil C51集成開發環境-Vision3 IDE2.2.1 Keil Vision3 IDE的主要特性 1. 集成開發環境2. C51編譯器和A51匯編器3. LIB51庫管理器4. BL51鏈接器/定位器5. Vision3軟件調試器6. Vision3 IDE硬件調試器7. RTX

6、51實時操作系統 可以完成工程建立、管理、編譯連接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發流程。 10:06102.2.2 Vision3 IDE集成開發環境簡介10:0611 工程管理窗口有5個選項卡：Files：文件選項卡。Regs：寄存器選項卡。Books：手冊選項卡。Functions：工程中的函數選項卡。Templates：模板選項卡。10:06122.2.3 Vision3 IDE 的使用 80C51單片機系列有數百個不同的品種，這些CPU的特性不完全相同，用Vision3 IDE開發時: (1)要設定針對哪一種單片機進行開發； (2) 指定對源程序的編譯、鏈接參數； (3

7、) 指定調試方式； (4) 指定列表文件的格式等。 因此在項目開發中，并不是僅有一個源程序就行了，為了管理和使用方便，Kei1軟件使用工程(project)這一概念，將所需沒置的參數和所有文件都加在一個工程中，只能對工程而不能對單一的源程序進行編譯、鏈接等操作。 10:0613具體步驟：1. 工程文件的建立 2. 工程的設置3. 編譯、連接4. 調試程序10:0614(1) 進入keil Vision3 IDE集成開發環境后，選擇“Project New Vision Project.”選項，出現一個對話框，選擇工程要保存的路徑，輸入工程文件名。1. 工程文件的建立 10:0615(2)點擊“

8、保存”按鈕后，出現的對話框要求選擇目標CPU(即所用芯片的型號)，Keil軟件的關鍵是程序代碼的編寫，此處選擇Atmel公司的89C52芯片。10:0616然后再點擊“確定”按鈕，彈出將80C51初始化代碼復制到項目中的詢問窗口，如圖2-5所示。該功能便于用戶修改啟動代碼。可以選擇“否”，通常也可以選擇“是”，只要不對文件代碼進行修改，就不會對工程產生不良影響。10:0617(3) 單擊“是”按鈕，出現圖2-6所示的窗口。10:0618(4)使用菜單“FileNew”或者點擊工具欄的新建文件按鈕，新建文件后窗口界面如圖2-7所示。10:0619(4)單擊保存，窗口界面如圖2-8所示，輸入要保存

9、的文件名。注意，如果用C語言，則擴展名必須為.c；如果用匯編語言，則擴展名必須為.asm。這里的文件名不一定要和工程名相同。10:0620(5)回到編輯界面，單擊【Target 1】前面的“+”號，然后在【Source Group 1】選項上，單擊右鍵，彈出如圖2-9所示的菜單。10:0621然后選擇【Add Files to Group Source Group 1 】菜單項，對話框如圖2-10所示。10:0622選中【exam_1.c】，單擊【Add】按鈕，再單擊【Close】按鈕，將文件加入工程后的屏幕窗口如圖2-11所示。10:0623在圖2-11中，我們再單擊左側【Sourse Gr

10、oup 1】前面的“+”號。這時我們注意到【Source Group 1】文件夾中多了一個子項【exam_1.c】，當一個工程中有多個代碼文件時，都要加在這個文件夾下，這時源代碼文件就與工程關聯起來了。10:0624(6)回到圖2-11中的編輯窗口，在該窗口中輸入1.1.5小節中點亮一個發光二極管的C語言源程序。10:0625通過以上(1)(6)步我們學習了如何在Keil編譯環境下建立一個工程，下面進入到第二步，對工程進行設置。10:0626首先點擊圖2-12中左邊Project Workspace窗口的Target 1，然后使用菜單“ProjectOption for Target Targ

11、etl”，即出現對工程設置的選項卡，如圖2-13所示。2. 工程的設置10:0627(1) Target(目標)選項卡如果是單片應用，未進行任何擴展，就不需重新選擇，按默認值設置。(2) Output(輸出)選項卡Output選項卡里面有多個選擇項。其中 Creat Hex file：用于生成可執行代碼文件，即可以用編程器寫入單片機芯片的HEX格式文件，文件的擴展名為.HEX，默認情況下該項未被選中，如果要做硬件實驗，就必須選中該項，這一點是初學者易疏忽的，在此特別提醒注意。10:0628(3) Listing(列表)選項卡該選項卡用于調整生成的列表文件選項。(4) C51選項卡C51選項卡用

12、于對Keil的C51編譯器的編譯過程進行控制，其中比較常用的是“Code Optimization”(代碼最優化)組，該組中Level是優化等級，C51在對源程序進行編譯時，可以對代碼多至9級優化，默認使用第8級，一般不必修改，10:0629(5) Debug(調試)選項卡這里有兩類仿真形式可選：Use Simulator和 Use:Keil Monitor- 51 Driver，前一種是純軟件仿真，后一種是帶有Monitor-51目標仿真器的仿真。這里選擇Use Simulator。10:06303. 編譯、連接在設置好工程后，即可進行編譯、連接。有關編譯、鏈接、工程設置的工具條如圖2-19

13、所示。10:0631最終得到如圖2-20所示結果，它報告本次對exam_1.c文件進行了編譯，報告內部RAM使用量9字節，外內部RAM使用量0字節、鏈接后生成的程序文件代碼量19字節，提示生成了HEX格式的文件，在這一過程中還會生成一些其他文件。產生的目標文件用于Keil的仿真與調試，此時可進入下一步調試工作。10:06324. 調試程序在對工程成功地進行匯編、連接以后，按Ctrl+F5或者使用菜單Debug(調試)Start/Stop Debug Session (開始/停止調試)即可進入調試狀態。Keil內建了一個仿真CPU用來模擬執行程序，該仿真CPU功能強大，可以在沒有硬件和仿真機的情

14、況下進行程序的調試，下面通過例2-1學習該模擬調試功能。10:0633例 在圖1-2硬件不變的基礎上，編寫并調試讓二極管以間隔1s的時間亮滅閃爍的程序。# include /52系列單片機頭文件sbit led1=P10; /聲明單片機P1口的第一位unsigned int i,j; /聲明無符號整型變量i，jvoid main( ) /主函數 while(1) /大循環led1=0; /點亮發光二極管D1for (i=1000;i0;i-) /延時for (j=110;j0;j-) ;led1=1;/關閉發光二極管D1for (i=1000;i0;i-) /延時for (j=110;j0;j

15、-) ; 10:0634 用Keil軟件新建一個工程項目exam_2，將源程序輸入，文件取名為exam_2.c，將其加入工程exam_2中。編譯、鏈接后選擇DebugStart/Stop Debug Session，出現調試界面如圖2-21。10:0635在圖2-23中單擊【Port 1】選擇項，彈出圖2-24所示的對話框。圖2-24顯示出來的是軟件模擬出的單片機P1口8位口線的狀態，單片機上電后I/O口全為1，即十六進制的0 xFF。變量觀察和斷點設置詳細操作請大家參考教材。10:06362.3 基于Proteus的單片機系統仿真 英國Labcenter Electronics公司推出的Pr

16、oteus軟件，可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態外設模型來對設計進行交互仿真。在教學過程中，只要有一臺計算機，再運行用Proteus軟件搭建的單片機應用系統仿真模型就可以十分逼真地模擬出實驗現象，因此在單片機的教學中，Proteus軟件的作用十分顯著。 10:0637 安裝完Proteus后，運行ISIS 7 Professional，會出現如圖2-29所示的窗口界面。2.3.1 Proteus 7 Professional界面介紹10:0638 窗口內各部分的功能用中文做了標注。ISIS大部分操作與wi

17、ndows的操作類似。下面簡單介紹其各部分的功能。1. 原理圖編輯窗口(The Editing Window) 原理圖編輯窗口是用來繪制原理圖的。藍色方框內為可編輯區，元器件要放到里面。與其他Windows應用軟件不同，這個窗口是沒有滾動條的，可以用左上角的預覽窗口來改變原理圖的可視范圍。10:06392.預覽窗口(The Overview Window)當從元器件列表中選擇一個新的元件時，預覽窗口可以預覽選中的對象。而當鼠標點擊原理圖編輯窗口后(即放置元器件到原理圖編輯窗口后或在原理圖編輯窗口中單擊鼠標后)，在預覽窗口中顯示兩個框，藍框表示當前頁的邊界，綠框表示當前編輯窗口顯示的區域，并會顯

18、示整張原理圖的縮略圖，此時可以再用鼠標到預覽窗口拖動綠色方框的位置，從而改變編輯窗口原理圖的可視范圍。10:06403.工具箱選擇按鈕(Mode Selector Toolbar)4. 元器件列表區(The Object Selector)5. 方向工具欄（Orientation Toolbar) 6. 仿真工具欄3、4、5、6操作命令類似于windows操作，詳細見教材10:0641采用AT89C52單片機控制的流水燈電路原理圖總圖如圖2-30所示。2.3.2 電路原理圖的繪制10:06421. 將所需元器件加入到對象選擇器窗口10:06432. 放置元器件至圖形編輯窗口10:06443.

19、放置總線至圖形編輯窗口10:06454. 添加電源和接地引腳10:06465. 元器件之間的連線10:06476. 給導線或總線加標簽10:06487. 添加電壓探針10:06498. 添加文字標注10:06509. 修改AT89C52屬性并加載程序文件10:065110. 調試運行10:0652以Keil Vision3 IDE為例介紹Proteus VSM與Vision3 IDE的聯調。對于Proteus 6.9或更高的版本，在安裝盤里有vdmagdi插件，或者可以到Labcenter 公司下載該插件，安裝該插件后即可實現與Keil Vision3 IDE的聯調。下面的敘述是假定已經分別安裝了Proteus 7 Professional、Keil Vision3 IDE、vd