单片机应用系统的开发流程与开发工具

单片机应用系统的开发流程

与开发工具单片机应用系统的开发流程单片机应用系统的开发环境单片机应用系统的开发工具单片机应用系统的开发流程

与开发工具单片机应用系统的设计原则单片机应用系统的开发流程工程设计报告的编制单片机应用系统的开发模式单片机应用系统的开发流程1.可靠性高⑴在器件使用上，应选用可靠性高的元器件，以防止元器件的损坏影响系统的可靠运行；⑵选用典型电路，排除电路的不稳定因素；⑶采用必要的冗余设计或增加自诊断功能；⑷采取必要的抗干扰措施，以防止环境干扰。可采用硬件抗干扰或软件抗干扰措施。单片机应用系统的设计原则操作方便表现在操作简单、直观形象和便于操作。在系统设计时，在系统性能不变的情况下，应尽可能地简化人机交互接口。2.性能价格比高3.操作维护方便4.设计周期短简化外围硬件电路，在系统性能许可的范围内尽可能用软件程序取代硬件电路，以降低系统的制造成本。有效地降低系统设计成本，具有市场竞争力。单片机应用系统的设计原则单片机应用系统的开发流程确定任务方案设计硬件设计与调试软件设计与调试系统联调开发流程图单片机应用系统的设计与开发流程图系统的总体方案设计包括以下两个方面：1．单片机机型和器件的选择2．硬件与软件的功能划分（1）性能特点要适合所要完成的任务，避免过多的功能闲置；（2）性能价格比要高，以提高整个系统的性能价格比；（3）结构原理要熟悉，以缩短开发周期；（4）货源要稳定，有利于批量的增加和系统的维护。在CPU时间不紧张的情况下，应尽量采用软件。如果系统回路多、实时性要求强，则要考虑用硬件完成。方案设计硬件设计包括：1．单片机电路设计时钟电路、复位电路、供电电路的设计。2．扩展电路设计程序存储器、数据存储器、I／O接口电路的设计。3.输入输出通道设计传感器电路、放大电路、多路开关、A／D转换电路、D／A转换电路、开关量接口电路、驱动及执行机构的设计。4.控制面板设计按键、开关、显示器、报警等电路的设计。注意：在单片机选型时，尽量考虑单片机内部有足够的程序存储器和数据存储器，以免增加系统的复杂度和硬件成本。硬件设计硬件调试（静态调试和动态调试）

（1）静态调试：1）目测

2）采用万用表测试3）加电检查

总之，静态调试是检查印制电路板、连接和元器件部分有无物理性故障，静态调试完成后，接着进行动态调试。硬件调试检查印制电路板的印制线是否有断线、是否有毛刺、线与线和线与焊盘之间是否有粘连、焊盘是否脱落、过孔是否未金属化现象等。检查元器件是否焊接正确、焊点是否有毛刺、焊点是否有虚焊、焊锡是否使线与线或线与焊盘之间短路等。通过目测可以查出某些明确的器件、设计故障，并及时予以排除。一般采用放大镜辅助目测先用万用表复核目测中认为可疑的边线或接点，再检查所有电源的电源线和地线之间是否有短路现象。这一点必须要在加电前查出，否则会造成器件或设备的毁坏。采用万用表测试首先检查各电源的电压是否正常，然后检查各个芯片插座的电源端的电压是否在正常的范围内、固定引脚的电平是否正确。然后在断电的状态下将集成芯片逐一插入相应的插座中，并加电仔细观察芯片或器件是否出现打火、过热、变色、冒烟、异味等现象，如有异常现象，应立即断电，找出原因予以排除。加电检查（2）动态调试：动态调试是在目标系统工作状态下，发现和排除硬件中存在的器件内部故障、器件间连接的逻辑错误等的一种硬件检查。硬件的动态调试必须在开发系统的支持下进行，故又称为联机仿真调试。利用开发系统友好的交互界面，对目标系统的单片机外围扩展电路进行访问、控制，使系统在运行中暴露问题，从而发现故障予以排除。典型有效的访问、控制外围扩展电路的方法是对电路进行循环读或写操作。具体方法:硬件调试软件设计与调试单片机应用系统的软件设计通常包括数据采集和处理程序、控制算法实现程序、人机对话程序和数据处理与管理程序。软件设计步骤：程序的总体设计程序的编制

软件调试软件设计程序的总体设计是指从系统高度考虑程序结构、数据格式和程序功能的实现方法和手段。程序的总体设计包括拟定总体设计方案，确定算法和绘制程序流程图等。程序的总体设计模块化程序设计自顶向下逐步求精程序设计常用的程序设计方法：模块化程序设计的思想是将一个功能完整的较长的程序分解成若干个功能相对独立的较小的程序模块，各个程序模块分别进行设计、编程和调试，最后把各个调试好的程序模块装配起来进行联调，最终成为一个有实用价值的程序。模块化程序设计自顶向下逐步求精程序设计自顶向下逐步求精程序设计要求从系统级的主干程序开始，从属的程序和子程序先用符号来代替，集中力量解决全局问题，然后再层层细化逐步求精，编制从属程序和子程序，最终完成一个复杂程序的设计。软件调试软件调试是通过对目标程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误，并加以排除纠正的过程。1）先独立后联机2）先分块后组合3）先“单步”后“连续”软件调试原则：系统联调系统联调是指目标系统的软件在其硬件上实际运行，将软件和硬件联合起来进行调试，从中发现硬件故障或软、硬件设计错误。系统联调问题主要解决以下问题：（1）软、硬件是否按设计的要求配合工作；（2）系统运行时是否有潜在的设计时难以预料的错误；（3）系统的动态性能指标（包括精度、速度等参数）是否满足设计要求。工程设计报告的编制1.报告内容

（1）封面（2）目录（3）摘要（4）正文（5）参考文献（6）附录2.字体要求单片机应用系统的开发模式PC＋仿真器＋单片机应用系统板可在线仿真、调试，开发效率高。但开发工具较昂贵，且仿真器通用性较差。PC＋通用编程器＋单片机应用系统板较廉价的开发模式，编程器价格较便宜，且通用性强。但开发效率低。PC＋在线下载调试线＋单片机（含在线调试功能）应用系统板可在线仿真、调试，开发效率高，同样也便于产品的后续升级。但含ISP功能的芯片价格较贵，会增加单片机应用系统板的成本，适用于后续需要不断升级的产品。根据使用的开发工具不同可分为3种开发模式：单片机应用系统的开发环境Keil

Vision2是Keil公司开发的Windows环境下的集成开发环境，它将项目管理、源程序编辑、编译、链接、调试集成在一个环境中，极大地方便了8051软件的开发。使用Keil

Vision2，还可以灵活简便地对C51编译器、A51汇编器、BL51连接器以及编辑环境进行设置。此外，Keil

Vision2中还提供了多文件查找、版本控制等大量实用工具。Keil

Vision2的使用说明Kiel

Vision2用户界面Keil

Vision2的使用Keil

Vision2用户界面如图所示为Keil

Vision2的编辑、编译用户界面，在此用户环境下可进行汇编程序或C51程序的输入、编辑与编译。下图为调试用户界面，在此环境下可实现单步、跟踪、断点与全速运行方式调试，并可打开寄存器窗口、存储器窗口、定时/计数器窗口、中断窗口、串行窗口以及自定义变量窗口进行控制与监控。Keil

Vision2用户界面Keil

Vision2用户界面1.菜单栏2.工具栏

3.窗口菜单栏1.File（文件）菜单2.Edit（编辑）菜单3.View（视图）菜单4.Project（项目）菜单5.Debug（调试）菜单6.Flash（下载）菜单7.Peripherals（外设）菜单8.Tools（工具）菜单9.SVCS（软件版本控制系统）菜单10.Window（窗口）菜单11.Help（帮助）菜单

File（文件）菜单DeviceDatabase用于修改Keil

Vision2支持的8051芯片型号的设定。DeviceDatabase对话框各个选项功能如下：（1）Database列表框。浏览Keil

Vision2支持的单片机型号。（2）Vendor文本框。用于设定单片机的类别。（3）Family下拉列表框。用于设定单片机的兼容结构。（4）Device文本框。用于设定单片机的型号。（5）Description列表框。用于设定型号的功能描述。（6）Options列表框。用于输入支持型号对应的DLL文件等信息。（7）Add按钮。单击Add按钮添加新的支持型号。（8）Updata按钮。单击Updata按钮确认当前修改。Project（项目）菜单

Project菜单命令包括项目的建立、打开、关闭、维护、目标环境设定、编译等命令。各个命令功能介绍如下：1.NewProject：建立一个新项目。2.Import

VisionProject：导入Visionl中的项目并转换。3.OpenProject：打开一个已存在的项目。4.CloseProject：关闭当前项目。5.TargetEnvironment：定义工具链、头文件和库文件的路径。6.Target，Group，Files：维护项目的目标、文件组和文件。7.SelectDeviceforTarget：为目标选择器件。8.RemoveItem：从项目中移除文件或文件组。9.Options：修改目标、组或文件的选项设置。10.ClearGroupandFileOptions：清除对组和文件的选项设定。11.BulidTarget：编译修改过的文件并生成应用程序。12.RebulidTarget：重新编译所有文件并生成应用程序。13.Translate：编译当前文件。14.StopBuild：停止编译。Project（项目）菜单工具栏常用工具栏编译工具栏调试工具栏窗口编辑窗口项目窗口输出窗口反汇编窗口存储器窗口监视窗口串行口输出窗口I/O口控制窗口定时器控制窗口串行口控制窗口编辑窗口在编辑窗口中，用户可以输入或修改源程序，Keil

Vision2的编辑器支持程序行自动对齐和语法高亮显示。在编辑窗口中单击鼠标右键，弹出如图1.8所示的右键快捷菜单。使用该菜单可实现剪切、粘贴等编辑操作。项目窗口该窗口主要用于显示当前项目的文件结构和寄存器状态等信息。项目窗口中共有3个选项页，分Files、Regs和Books。项目窗口中的Files选项页项目窗口中的Regs选项页输出窗口Keil

Vision2的输出窗口（OutputWindow）用于显示Keil

Vision2本身的编译与调试、命令等信息。该窗口有3个选项页，分别为：Build、Command和FindinFile。OutputWindow中的Build选项页OutputWindow中的Command选项页OutputWindow中的FindinFile选项页反汇编窗口编译后窗口同时显示机器代码程序与汇编语言源程序（或C51的源程序和相应的汇编语言源程序）。存储器窗口存储器窗口用于显示当前程序内部数据存储器、外部数据存储器与程序存储器的内容。监视窗口使用该窗口可以观察程序运行中特定变量或寄存器的状态以及函数调用时的堆栈信息。监视该变量的值，如果该变量为局部变量，则运行变量有效范围外的程序时，该变量的值以????形式表示。③Watch#2：监视窗口2，操作与使用方法同监视窗口1。④CallStack：该选型用于显示函数调用时的堆栈信息。该窗口共有4个选项：①Locals：该选项用于显示当前运行状态下的变量信息。②Watch#1：监视窗口1，可以按F2添加要监视的名称，Keil

Vision2会在程序运行中全程串行口输出窗口串行口输出窗口共有两个，分别为SerialWindow#1和SerialWindow#2，用于显示程序到串行口的输出信息。中断控制窗口中断控制窗口用于显示和设置51单片机的中断系统。I/O口控制窗口使用该窗口可以查看各I/O口的状态和设置输入引脚状态。在相应的I/O端口中，上为I/O端口输出锁存器值，下为用于设置输入引脚状态。定时器控制窗口使用该窗口可以设置对应定时/计数器的工作方式，观察和修改定时/计数器相关控制寄存器的各个位，以及定时/计数器的当前状态。串行口控制窗口使用该窗口可以设置串行口的工作方式，观察和修改串行口相关控制寄存器的各个位，以及发送、接收缓冲器的内容。Keil

Vision2的使用创建项目编辑程序将应用程序添加到项目中编译与连接

程序调试创建项目（1）选择菜单命令Project→NewProject，弹出如图1.22所示的CreateNewProject对话框。（2）在对话框中选择新项目要保存的路径和文件名，单击【保存】按钮即可。Keil

Vision2项目文件的扩展名为.uv2。步骤：（3）单击【保存】按钮后，屏幕弹出如图1.23所示的SelectDeviceforTarget对话框。用户需要在左侧的数据列表（Database）选择开发使用的51单片机型号（先选厂家，后选型号），使用对话框右侧的Description文本框查看选中芯片的性能说明。创建项目（4）单击SelectDeviceforTarget对话框中的【确定】按钮，程序会询问是否将标准51初始化程序（STARTUP.A51）加入到项目中，如图1.24所示。选择【是】按钮，程序会自动复制标准51初始化程序到项目所在目录并将其加入项目中。创建项目编译与连接环境设置编译与连接环境设置选择菜单命令Project→OptionsforTarget，弹出OptionsforTarget对话框，如图1.26所示。使用该对话框设定样机的硬件环境。OptionsforTarget对话框有多个选项页，用于设备选择、目标属性、输出属性、C51编译器属性、A51编译器属性、BL51连接器属性、调试属性等信息的设置。其中，Device、Target、Output、C514个选项最为常用。Device选项使用该选项可以修改目标使用的单片机型号，其布局和设定方法与创建项目时选择设备是一样的。Target选项主要用于设置目标样机的存储器环境。Output选项用于设定Keil

Vision2的输出选项。C51选项主要用于C51编译器的设定。编译与连接选择菜单命令Project→Buildtarget(Rebuildtargetfiles)或单击编译工具栏相应的编译按钮，启动编译、连接程序，在输出窗口中将输出编译、连接信息。程序调试在调试界面可采用单步、跟踪、断点、运行到光标处、全速运行等方式进行调试。使用调试界面上的监视窗口可以设定程序中要观察的变量，随时监视其变化，也可以使用存储器窗口观察各个存储区指定地址的内容。使用Peripherals菜单，可以调用51单片机的片内接口电路的控制窗口，使用这些窗口可以实现对单片机硬件资源的完全控制。单片机应用系统的开发工具仿真器编程器仿真器WAVE系列仿真器概述V8系列仿真器WAVE集成开发环境WAVE系列仿真器概述1．硬件方面（1）通用性（2）仿真头内置、（3）逻辑分析仪综合调试功能（4）跟踪器功能（5）波形发生器功能（6）影子存储器（7）代码覆盖（8）程序时效分析（9）数据时效分析（10）硬件测试（11）事件触发（12）计时器（13）双CPU结构（14）可控的晶振时钟2．软件方面（1）VW平台（2）双工作模式（3）真正的集成调试环境（4）项目管理功能（5）多语言多模块混合调试（6）直接点屏观察变量WAVE系列仿真器概述（7）支持C语言的复杂类型、树状结构显示变量（8）书签、断点管理功能（9）外设管理功能（10）反汇编功能V8系列仿真器V8系列仿真器的分类与可配置仿真头V8系列仿真器的外形与连接V8系列仿真器的分类仿真器类型功能V8/S通用仿真器（可仿真4、8、16、32位单片机，仿真频率可达50MHz）；具有时间统计与逻辑笔功能V8/T含V8/S所有功能；跟踪器功能V8/L含V8/T所有功能；逻辑分析仪功能V8系列仿真器包括V8/S、V8/T、V8/L三种型号，支持4、8、16、32位仿真MCS-51系列、MCS-196系列与MicrochipPIC系列单片机仿真，仿真频率达50MHz。V8系列仿真器的功能如表所示。V8系列仿真器可配置仿真头仿真头型号可仿真单片机POD-A8X