第2章 单片机应用系统的开发环境

第2章

单片机应用系统的开发环境2023/9/291内容

单片机应用系统的开发工具2.1KeilC51高级语言集成开发环境2.2基于Proteus的单片机系统仿真2.32023/9/292与通用微机不同，单片机本身没有自主开发能力，必须借助于开发工具编制、调试、下载程序或对器件编程。开发工具的优劣，直接影响开发工作效率。

80C51单片机开发环境，目前最常用的是KeilC51集成开发环境—μVision3IDE(IntegratedDevelopmentEnvironment)和支持微处理器芯片仿真的ProteusVSM软件。

2023/9/2932.1单片机应用系统的开发工具单片机应用系统和一般的计算机应用系统一样，也是由硬件和软件所组成。对较复杂的单片机应用系统，硬件除了单片机外，还包括外部扩展的存储器、输入输出设备、控制设备、执行部件等，软件则是各种控制程序。只有硬件和软件紧密相结合，协调一致，才能组成高性能的单片机应用系统。在系统的开发与研制过程中，软硬件的功能总是在不断地调整，以便相互适应，相互配合，达到最佳的性能价格比。

2023/9/2942.1单片机应用系统的开发工具由于单片机本身不具有开发功能，因此必须借助开发工具来排除开发过程中的各种硬件故障和程序错误。

一个单片机应用系统从提出任务到正式投入运行的过程称为开发过程。单片机开发过程中所用的各种设备称为开发工具。

2023/9/2952.1单片机应用系统的开发工具图2-1单片机仿真系统连接示意图

单片机的开发工具通常是一个特殊的计算机系统，也称单片机仿真系统。

2023/9/296图2-1单片机仿真系统连接示意图单片机仿真系统硬件包括在线仿真器、编程器、仿真插头等部件，软件包括汇编和调试程序等。

仿真器通过串行口与PC机相连，用户可以利用仿真软件在PC机上编辑、修改源程序，然后通过汇编软件生成目标代码，传送给仿真器，由仿真器通过仿真插头传送到用户系统，之后就可以进行调试了。2023/9/297仿真、调试完的程序，需要借助编程器写到单片机内部或外接的程序存储器中。在开发过程中，程序每改动一次都要先调试，调试通过后，用编程器写到单片机中去，再将单片机插入用户系统的单片机插座，整个过程操作比较麻烦。随着单片机技术的发展，出现了可以在线编程的单片机。在线编程目前有两种方法：在系统编程(In-SystemProgramming，简称ISP)和在应用编程(In-ApplicationProgramming，简称IAP)。

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ISP是指用户通过PC机的软件，把已编译好的用户代码通过串行口直接写入用户系统的单片机，不管单片机片内的存储器是空白的还是被编程过，都可以用ISP方式擦除或再编程，不需要从电路板上取下器件。IAP指MCU可以在系统中获取新代码并对自己重新编程，即可用程序来改变程序。IAP的实现相对要复杂一些，在实现IAP功能时，单片机内部一定要有两块存储区，一块被称为BOOT区，另外一块被称为存储区。单片机上电运行在BOOT区，如果外部改写程序的条件满足，则对存储区的程序进行改写操作。如果外部改写程序的条件不满足，程序指针跳到存储区，开始执行放在存储区的程序，这样便实现了IAP功能。2023/9/2992.2

KeilC51集成开发环境-μVision3IDE2.2.1KeilμVision3IDE的主要特性1.集成开发环境2.C51编译器和A51汇编器3.LIB51库管理器4.BL51链接器/定位器5.μVision3软件调试器6.μVision3IDE硬件调试器7.RTX51实时操作系统可以完成工程建立、管理、编译连接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程。2023/9/29102.2.2μVision3IDE集成开发环境简介2023/9/2911工程管理窗口有5个选项卡：Files：文件选项卡。Regs：寄存器选项卡。Books：手册选项卡。Functions：工程中的函数选项卡。Templates：模板选项卡。2023/9/29122.2.3μVision3IDE的使用80C51单片机系列有数百个不同的品种，这些CPU的特性不完全相同，用μVision3IDE开发时:

(1)要设定针对哪一种单片机进行开发；

(2)指定对源程序的编译、链接参数；

(3)指定调试方式；(4)指定列表文件的格式等。因此在项目开发中，并不是仅有一个源程序就行了，为了管理和使用方便，Kei1软件使用工程(project)这一概念，将所需没置的参数和所有文件都加在一个工程中，只能对工程而不能对单一的源程序进行编译、链接等操作。2023/9/2913具体步骤：1.工程文件的建立

2.工程的设置3.编译、连接4.调试程序2023/9/29141.工程文件的建立

(1)进入keilμVision3IDE集成开发环境后，选择“Project→NewμVisionProject...”选项，出现一个对话框，选择工程要保存的路径，输入工程文件名。2023/9/2915(2)点击“保存”按钮后，出现的对话框要求选择目标CPU(即所用芯片的型号)，Keil软件的关键是程序代码的编写，此处选择Atmel公司的89C52芯片。2023/9/2916然后再点击“确定”按钮，弹出将80C51初始化代码复制到项目中的询问窗口，如图2-5所示。该功能便于用户修改启动代码。可以选择“否”，通常也可以选择“是”，只要不对文件代码进行修改，就不会对工程产生不良影响。2023/9/2917(3)单击“是”按钮，出现图2-6所示的窗口。2023/9/2918(4)使用菜单“File→New”或者点击工具栏的新建文件按钮，新建文件后窗口界面如图2-7所示。2023/9/2919(4)单击保存，窗口界面如图2-8所示，输入要保存的文件名。注意，如果用C语言，则扩展名必须为.c；如果用汇编语言，则扩展名必须为.asm。这里的文件名不一定要和工程名相同。2023/9/2920(5)回到编辑界面，单击【Target1】前面的“+”号，然后在【SourceGroup1】选项上，单击右键，弹出如图2-9所示的菜单。2023/9/2921然后选择【AddFilestoGroup‘SourceGroup1’】菜单项，对话框如图2-10所示。2023/9/2922选中【exam_1.c】，单击【Add】按钮，再单击【Close】按钮，将文件加入工程后的屏幕窗口如图2-11所示。2023/9/2923在图2-11中，我们再单击左侧【SourseGroup1】前面的“+”号。这时我们注意到【SourceGroup1】文件夹中多了一个子项【exam_1.c】，当一个工程中有多个代码文件时，都要加在这个文件夹下，这时源代码文件就与工程关联起来了。2023/9/2924(6)回到图2-11中的编辑窗口，在该窗口中输入1.1.5小节中点亮一个发光二极管的C语言源程序。2023/9/2925通过以上(1)～(6)步我们学习了如何在Keil编译环境下建立一个工程，下面进入到第二步，对工程进行设置。2023/9/29262.工程的设置首先点击图2-12中左边ProjectWorkspace窗口的Target1，然后使用菜单“Project→OptionforTarget`Targetl‘”，即出现对工程设置的选项卡，如图2-13所示。2023/9/2927(1)Target(目标)选项卡如果是单片应用，未进行任何扩展，就不需重新选择，按默认值设置。(2)Output(输出)选项卡Output选项卡里面有多个选择项。其中

CreatHexfile：用于生成可执行代码文件，即可以用编程器写入单片机芯片的HEX格式文件，文件的扩展名为.HEX，默认情况下该项未被选中，如果要做硬件实验，就必须选中该项，这一点是初学者易疏忽的，在此特别提醒注意。2023/9/2928(3)Listing(列表)选项卡该选项卡用于调整生成的列表文件选项。(4)C51选项卡C51选项卡用于对Keil的C51编译器的编译过程进行控制，其中比较常用的是“CodeOptimization”(代码最优化)组，该组中Level是优化等级，C51在对源程序进行编译时，可以对代码多至9级优化，默认使用第8级，一般不必修改，2023/9/2929(5)Debug(调试)选项卡这里有两类仿真形式可选：UseSimulator和Use:KeilMonitor-51Driver，前一种是纯软件仿真，后一种是带有Monitor-51目标仿真器的仿真。这里选择UseSimulator。2023/9/29303.编译、连接在设置好工程后，即可进行编译、连接。有关编译、链接、工程设置的工具条如图2-19所示。2023/9/2931最终得到如图2-20所示结果，它报告本次对exam_1.c文件进行了编译，报告内部RAM使用量9字节，外内部RAM使用量0字节、链接后生成的程序文件代码量19字节，提示生成了HEX格式的文件，在这一过程中还会生成一些其他文件。产生的目标文件用于Keil的仿真与调试，此时可进入下一步调试工作。2023/9/29324.调试程序在对工程成功地进行汇编、连接以后，按Ctrl+F5或者使用菜单Debug(调试)→Start/StopDebugSession(开始/停止调试)即可进入调试状态。Keil内建了一个仿真CPU用来模拟执行程序，该仿真CPU功能强大，可以在没有硬件和仿真机的情况下进行程序的调试，下面通过例2-1学习该模拟调试功能。2023/9/2933例在图1-2硬件不变的基础上，编写并调试让二极管以间隔1s的时间亮灭闪烁的程序。#include<reg52.h>//52系列单片机头文件sbitled1=P1^0;//声明单片机P1口的第一位unsignedinti,j;//声明无符号整型变量i，jvoidmain()//主函数{while(1)//大循环 { led1=0;//点亮发光二极管D1 for(i=1000;i>0;i--)//延时 for(j=110;j>0;j--)； led1=1;//关闭发光二极管D1 for(i=1000;i>0;i--)//延时 for(j=110;j>0;j--); }}2023/9/2934用Keil软件新建一个工程项目exam_2，将源程序输入，文件取名为exam_2.c，将其加入工程exam_2中。编译、链接后选择Debug→Start/StopDebugSession，出现调试界面如图2-21。2023/9/2935在图2-23中单击【Port1】选择项，弹出图2-24所示的对话框。图2-24显示出来的是软件模拟出的单片机P1口8位口线的状态，单片机上电后I/O口全为1，即十六进制的0xFF。变量观察和断点设置详细操作请大家参考教材。2023/9/29362.3基于Proteus的单片机系统仿真英国LabcenterElectronics公司推出的Proteus软件，可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真，用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。在教学过程中，只要有一台计算机，再运行用Proteus软件搭建的单片机应用系统仿真模型就可以十分逼真地模拟出实验现象，因此在单片机的教学中，Proteus软件的作用十分显著。2023/9/2937安装完Proteus后，运