版章单片机实验指导精品

第13章 实践训练 13.1 概述本章旨在对学生的软硬件设计能力和软硬件联调及纠错能力进行训练，使学生掌握嵌入式系统的开发方法和技能。嵌入式系统的开发步骤如下：分析课题需求确定方案软硬件设计软硬件联调及纠错绘制印刷电路板焊接形成产品软硬件设计、软硬件联调及纠错是开发的关键步骤，实验是学习单片机必需手段和必由之路。本章的实践内容，紧密结合课堂教学，每个实验先有示例程序（汇编语言和C语言程序示例）然后由学生自行设计。用跳线改变接口的设计安排。本章实验提供的硬件电路可以在面包板搭建（此时必须另购编程器），可以在编者提供的可在线编程ISP实验板进行，可以在外购的实验台上进行（只需改端口号），还可以通过Proteus做成80C51虚拟实验板进行。编者提供的可在线编程ISP实验板具有在线编程（又称为烧写或下载）功能和程序运行功能，因此它既是编程器又是实验板。为考虑用户的电脑接口差异，可选择不同的下载方式： 并口下载采用ATMEL公司的89S52（内含8K EEPROM的增强型51单片机），通过25针D型接头的连接线连接电脑和实验板，使用软件Microcontroller ISP Software（需先安装）。串口下载COM口或USB下载。串口下载使用软件SSTEasyIAP11F.EXE（勿需安装）。单片机采用SST公司的89E58RD（内含32K EEPROM的增强型51单片机），通过9针D型接头的连接线将实验板和电脑COM口相连接，如果加接一条COM和USB的转换线，可用USB接口下载。如果是Proteus的虚拟实验板，课件中提供了Proteus的虚拟实验板电路图，鼠标点击单片机，选中的文件就虚拟下载了。实验板为读者综合使用内部资源提供了参考，实验板可以开出如下实验： n 汇编语言和C语言（C51)程序设计和调试方法n 并行口的输入、输出实验n 数码管的显示与控制n 中断实验（如作报警器）n 定时/计数器的应用设计（定时、计数、音乐）n 串行通信（单片机和单片机、单片机和PC机的通信）n 键盘控制程序设计（选做）n 串行EEPROM（I2C接口）（选做）n 串行D/A转换(SPI接口)（选做）n 串行A/D转换(SPI接口) 选做）n LED电子显示屏汉字显示程序设计（选做，需另配汉字显示屏）n LCD 液晶显示屏显示程序设计（选做，需另配LCD显示屏）如果综合利用上述资源用户可以设计诸如多功能数字钟、波形发生器、数字电压表、音乐盒、频率计、抢答器、计算器、模拟量采样等应用系统作为学生的课程设计或毕业设计的实验平台。I/O端口用途P08位拨码开关输入； 4×矩阵键盘（使用键盘时8位拨码开关应处于OFF态）。P1.0P1.56位数码管位选。 P1.4和P1.5也作 AD549的数据线和时钟线（更改跳线J2、J3位置，此时这两位数码管不受控）。P1.0控制喇叭（更改跳线J9、J10位置）P1.6 P1.7串行IIC EEPROM (24C04)时钟线SCL和数据线SDA (跳线J1连接)。P2.0P2.7段数码管段选；P2.7控制数码管小数点；跳线J6连接时 P2.7作TLC549片选信号CSP3.0、P3.1UART串口MAX232的TXD、RXDP3.2外部中断输入INT0 (跳线J5连接)P3.3SPI 接口TLC5616数据线DIN。(虚拟板也作 TLC549的数据线SDO) P3.4计数器 T0外部脉冲 (跳线J6连接)。 TLC5615片选信号CS (跳线J8连接)P3.5SPI 接口TLC5615时钟线SCLKP3.6留用，如外部扩展，作总线写WR信号 (虚拟板作 TLC5615片选信号CS)P3.7留用，如外部扩展，作总线读RD信号 (虚拟板作 TLC549片选信号CS)带锁按压开关W1（ISP/EXE）并口编程方式时为编程/执行控制，按下为编程状态，弹起为执行程序状态。串口编程方式时 W1为无效，应一直处于弹起状态，带锁按压开关W2-INT0J5的跳线连在INT0端时，每按一次 W2，脉冲源输出电平变化一次，产生中断INT0所需的外部中断请求信号，注按两次才会产生一个脉冲。带锁按压开关W3-T0J6的跳线连在T0端时，每按一次 W3，脉冲源输出电平变化一次，产生T0定时/计数器的所需的外部计数脉冲，注按两次才会产生一个脉冲。4. 硬件实验板的单片机端口安排、跳线、开关的使用见表12.1. 硬件实验板和虚拟实验板除TCL549,TCL5615 的连线不同外，其他线路相同。表12. 1 实验板单片机端口、跳线、开关的使用13.3 仿真调试技术目前嵌入式系统的仿真调试软件很多Wave、Keil、Proteus等，它们都带有汇编器，Keil还带有C51编译器。Wave在本书的前3版都有所介绍，由于是全中文，对初学者或英文不熟悉的仍可使用，使用方法本教材的电子教案附件提供，Wave软件在Wave公司的网站下载，下面重点介绍Proteus由于它不带C51编译器，对Keil也作简单介绍。13.3.1 Proteus 概述Proteus是英国Labcenter Electronics公司出品的电子设计自动化软件，它能完成软硬件设计仿真及纠错绘制印刷电路板产品的全套设计过程，提高了设计效率，缩短了产品的开发周期。软件的最大特色之处就是可以仿真包括外围接口、模数混合电路在内的嵌入系统，是一款不可多得的优秀单片机系统仿真平台。实现了以软代硬，以虚拟代现实的全新的实验模式。充分利用Proteus单片机仿真技术，使读者只要有一台电脑，就可以随时随地进行单片机的系统仿真实验，从而更快更有效地掌握单片机技术。Proteus包括ISIS和ARES两部分： ISIS（Intelligent Schemitic Input System）：用于电路原理图的设计及交互式的仿真调试。ISIS提供了包括电阻、电容、三极管、集成块等30多个元件库数千种元器件和多种现实存在示波器、数字电压表等虚拟仪器仪表，可以直观地仿真数字电路和模拟电路和微控制器系统的功能与结果。ISIS的工作界面如图13. 4所示。图13. 4中仅简要标示了一下软件界面上的操作功能面板，而软件的详细操作与使用需要读者自己查阅相关的帮助文献资料。 ARES（Advanced Routing and Editing Software）:ARES是一款高性价比的PCB设计软件，用于印刷电路板的设计并产生光绘输出文件。其工作界面如图13. 5所示。Proteus支持的单片机类型有8051系列、AVR系列、PIC系列、68000系列、MSP430、ARM7/LPC2000系列以及8086等。最新Proteus的demo版本可以到Labcenter公司的网站http:/www.labcenter.co.uk/上下载。Proteus的demo版软件除了不能存盘与打印外，其余功能与正式版的没有差别。图13. 4 ISIS软件界面及其功能位置示意图图13. 5 ARES软件界面截屏图ISIS的主菜单栏包括文件、视图、编辑、工具、库、设计、图形、源程序、侦错、模板、系统设置、帮助等，使用下拉菜单选择具体功能，其中的快捷工具栏的工具很多，分为横排的标准工具栏和竖排的绘图工具栏，简要介绍如图13.6所示，图中的（a）(d)我为标准工具栏，（e）为绘图工具栏，绘图工具栏的功能见图中的英文提示，有的还有下拉菜单。(c) 编辑操作对选中的对象进行撤销、剪切、复制、移动、旋转、删除从器件库中选择元器件、标识、封装 等(a) 文件操作新建、打开 保存 导入、 导出、 打印、标识(b) 视图显示控制刷新 网格开关 原点 中心 放大 缩小 全图 局部 (e) 绘图工具13.3.2 Proteus中51单片机应用系统的开发应用Proteus开发51单片机应用系统的步骤如下：绘制应用系统的硬件电路图（. DNS）编辑源文件(.ASM或. C 并存盘). 将源文件进行编译和连接生成.HEX文件 仿真调试及纠错绘制印刷电路板（*。DSN）焊接形成产品1. 用ISIS绘制单片机应用系统的硬件电路图启动ISIS后出现图13.4画面，点击对象选择窗口的P或L选择所需要的微处理器或元器件，Proteus所支持的元器件中英文如表3.2表3.2 （见林立书P212）分类元器件类型选择好的元器件点击“OK”按钮后，元器件型号会列于对象选择窗口，右击其型号，该型号的图会出现在图像编辑窗口，右击该元器件图，根据出现的菜单可对其进行旋转、翻转等操作，以摆好元器件的位置，双击该元器件图，出现元器件编辑窗口，对该元器件编号，封装等进行选择。利用图13.1最左边的绘图工具画总线，系列线或单根的线，（直接点击两个元器件，ISIS也可以自动走线。）点击绘图工具的LBL可以给线加标签，对于同名标签的线是互连的。选择绘图工具中 的POWER和GROUND画出电源和地，电路原理图画好后存盘。 图13. 6 基于Proteus的80C51实验板仿真电路图 点击（选中）、双击、右击图中的某一部件，都会对该部件进行操作 2. 编辑源文件 利用文本编辑器编辑源文件，源文件可以是汇编语言（.ASM）也可以是C语言（. C）。如果是汇编语言先要选择汇编工具，Proteus软件包带有8051单片机汇编语言开发工具ASEM51，该工具已经将交叉汇编和链接两步过程合二为一，但它不支持重定位段和外部符号，因此要求所有的汇编代码在一个文件中。选择汇编工具的方法是在ISIS界面主菜单Source中设置好相关参数，汇编工具设置位置如图13.4所示，在Tool栏的下拉中选ASEM51。 (a) 设置菜单项图 (b) 设置界面13.7 ISIS中8051汇编工具链的设置Proteus不带C语言的编译工具，必须使用C51编译和连接，而Keil带有C语言的编译，因此要先由Keil 的C51编译器编译，生成.HEX文件，再进行调试。编辑源程序的方法是点主菜单Source，出现如图13.3(a) 菜单项，选择添加/移除源程序，尔后出现图13.3(b)的设置界面，图中左上部设置应用系统的微控制器80C51(U1和电路图的80C51标签要一致)，如果电路中不存在微控制器，该项是无效的；右上部源程序工具链的选择，点击下拉选择其中的ASEM51选项；图中下部是用户源文件的选择位置，点击Change按钮找用户编写的源程序文件，点击New则新建源文件。Prot(a) 设置菜单项图 (b) 设置界面13.8 ISIS中8051汇编源文件设置一般来讲一片8051单片机对应一个源文件，一个电路中容许有多个8051单片机，可以对应多个汇编源文件。3. 将源文件进行编译和连接生成.HEX文件汇编源码文件设置好之后，接下来就可以点击Source菜单下的Build All项就可以启动汇编好连接过程，如图13.5所示