單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)課程是目前高職高專院校電類專業(yè)的主干課。這是門操作性很強(qiáng)的課，對(duì)于高職高專院校的學(xué)生光靠課堂上的教學(xué)是遠(yuǎn)不夠的，除了在課堂上要求學(xué)生掌握基本概念，了解單片機(jī)擴(kuò)展接口電路的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)編制程序的流程之外，只有通過課外大量的實(shí)際操作，才能掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，學(xué)會(huì)開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)基本方法。成為具有高技能高素質(zhì)的應(yīng)用型人才，實(shí)現(xiàn)與就業(yè)崗位零過渡。
出于這樣的目的，我們整合了一套成本低廉、取材容易、制作快捷、操作方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)分硬件和軟件兩大部分，現(xiàn)介紹給大家，供廣大讀者自己制作，如遇困難可通過QQ：416999293在線交流。
1．硬件電路
硬件電路分為單片機(jī)的最小系統(tǒng)和擴(kuò)展接口電路兩大部分。
1．1 最小系統(tǒng)
最小系統(tǒng)是沒有外圍器件及外設(shè)接口擴(kuò)展的單片機(jī)系統(tǒng)。它是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，它包括最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇、時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)和復(fù)位系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通常情況下，單片機(jī)最小系統(tǒng)分三種結(jié)構(gòu)：①總線型總線應(yīng)用的最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由總線型單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、I/O口、及并行擴(kuò)展總線組成。②總線型非總線應(yīng)用的最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，只有單片機(jī)、復(fù)位電路構(gòu)成的最簡(jiǎn)單的電路，并行總線不用于外圍擴(kuò)展，可作為應(yīng)用系統(tǒng)的I/O口使用。③非總線型單片機(jī)的最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
這里介紹的最小系統(tǒng)屬于第②種，由單片機(jī)89S52和ISP編程接口組成，其原理如圖1(a)所示，印刷電路板見圖1(b)所示，實(shí)物見圖1(c)所示。電路簡(jiǎn)單，制作容易，圖中各元器件的型號(hào)或規(guī)格見表1。如果不用串口下載程序的話，可省去U102芯片及其外圍元件，電路更精簡(jiǎn)。
表1 圖1最小系統(tǒng)的材料清單
名稱
型號(hào)或規(guī)格
數(shù)量
代號(hào)
單片機(jī)
AT89S52
1
U101
集成塊
MAX232
1
U102
穩(wěn)壓塊
LM7805
1
U103
晶振
11.0592MHz
1
Y101
電解電容
10U/16V
1
C101
電解電容
10U/16V
4
C104，C105，C106，C107
電解電容
100U/16V
2
C108，C110
電容
30P
2
C101，C102
電容
0．1U
1
C109
二極管
1N4007
1
VD1
連接器
IDC10
1
CN101
連接器
SIP2
4
CN102，J101，J102，J103
連接器
DB9
1
CN103
按鈕
1
S101
印刷電路板
1
(a)
(b)
(b)
圖1 最小系統(tǒng)原理
1．2 下載器 下載器由接口板和連接電纜組成。接口板的原理圖見圖2（a）,印制線路板見圖2（b）、圖2（c）。圖中U201是8緩沖器74HC244電路，用來作計(jì)算機(jī)并口和單片機(jī)的緩沖隔離。連接器CN202是通用的DB25針形插頭，與上位機(jī)連接，進(jìn)行通信；其中4、5腳控制U201芯片，在其低電平時(shí)允許數(shù)據(jù)正常傳輸，高電平時(shí)74HC244的輸出呈高阻狀態(tài)；6腳輸出數(shù)據(jù)到單片機(jī)；7腳是時(shí)鐘信號(hào)；9腳是輸出復(fù)位信號(hào)；10腳是接收從單片機(jī)讀出的數(shù)據(jù)。連接器CN201是標(biāo)準(zhǔn)的10針IDC插座，其各針功能見圖圖2（d）。
下載電纜采用10芯扁平電纜，兩頭壓有IDC插頭。一端接下載器，另一端接最小系統(tǒng)板上的ISP口。
圖2（a）接口板原理
圖2(b) 接口板印刷電路頂面
圖2(c) 接口板印刷電路底面
圖2（d） CN201功能
自制實(shí)物
2．軟件操作 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)中軟件使用了keil c和程序下載軟件SLISP。有興趣仿真的讀者可使用proteus軟件。由于應(yīng)用電路和程序在仿真環(huán)境與真實(shí)環(huán)境中運(yùn)行，在某些情況下存在一定的差異，所以在這里不予推薦。所用兩個(gè)軟件可到相應(yīng)網(wǎng)站上下載安裝。
2．1 keil c的基本操作
已經(jīng)安裝了keil c軟件電腦的桌面上會(huì)有個(gè)圖標(biāo)。用鼠標(biāo)左鍵雙擊該圖標(biāo)便可進(jìn)入keil c的工作界面，如圖3所示。該界面與Word界面相類似，上邊是菜單欄，接著是快捷按鈕欄等。這里我們用到的部分菜單或快捷按鈕的中文含義已標(biāo)注在圖3上；用到的功能只是創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目或打開一個(gè)已有的項(xiàng)目，創(chuàng)建或打開一個(gè)源程序文本等，最后把它編譯成我們需要的十六進(jìn)制文件。其操作步驟如下：
圖3 keil c工作界面
2．1．1 新建項(xiàng)目
在keil c工作界面上用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)下拉菜單“Project”，在圖4所示彈出的菜單上點(diǎn)“New Project”；桌面彈出圖5所示的“Creat New Project”創(chuàng)建新項(xiàng)目對(duì)話框。在對(duì)話中的“保存在：”右側(cè)的文本框中選擇要保存項(xiàng)目文件的路徑，如“program”；在“文件名：”右側(cè)的文本框中輸入項(xiàng)目的文件名，如“my_LAB”；如圖5所示，然后點(diǎn)“保存”按鈕。接著在出現(xiàn)的“Select Device for Target ‘Target 1’”對(duì)話框中直接按“確定”按鈕。這樣接完成了項(xiàng)目的創(chuàng)建，此時(shí)在keil c工作界面左側(cè)中間的“項(xiàng)目窗口”中可以見到有一個(gè)項(xiàng)目“Target 1”存在，如圖6所示。
如果要打開一個(gè)已有的項(xiàng)目，則在圖4中點(diǎn)“Open Project”，就會(huì)彈出一個(gè)與“Creat New Project”創(chuàng)建新項(xiàng)目類似的對(duì)話框“Select project file”選擇項(xiàng)目文件，類似地選擇文件存放的路徑，找到要打開的文件，最后點(diǎn)“打開”按鈕即可。
圖4 創(chuàng)建項(xiàng)目
圖5 設(shè)置項(xiàng)目文件名
圖6 設(shè)置好項(xiàng)目文件名
圖7 完成項(xiàng)目創(chuàng)建
2．1．2 新建文件
在圖3中點(diǎn)“新建文本”按鈕，在中間右邊框內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)“Text1”文本窗口。接著就可以在該窗口內(nèi)輸入源程序，并將該文件按程序設(shè)計(jì)的語(yǔ)言不同“Save as”另存為“Text1.c”（C語(yǔ)言）或“Text1.asm”（匯編語(yǔ)言）文件，再進(jìn)行編輯，最后別忘了保存，如圖7所示。如果已經(jīng)用其他編輯軟件建好了一個(gè)C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言程序文件，那么就可以在圖3中直接點(diǎn)“打開文本”按鈕，找到需要的文件后點(diǎn)“打開”按鈕即可。
圖8 新建或打開文件
2．1．3 目標(biāo)文件選項(xiàng)設(shè)置 從圖8中可以看到，建立目標(biāo)“Build target”和重建全部目標(biāo)文件“Rebuild all target files”這兩個(gè)按鈕是灰色的不能進(jìn)行操作，原因是我們還沒有對(duì)目標(biāo)文件選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。只有對(duì)目標(biāo)文件選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置后才能夠?qū)υ闯绦蜻M(jìn)行編譯等操作。其設(shè)置過程如下：
在圖8上點(diǎn)下拉菜單“Project”，選“Options for Target ‘Target 1’”。在彈出的對(duì)話框中選中“Output”標(biāo)簽頁(yè)，選中頁(yè)中的有關(guān)項(xiàng)，見圖9所示。即在“Creat HEX file”前的復(fù)選框內(nèi)打“√”；在“HEX”后的文本框中選擇“HEX-80”；在“Browse Information”前的復(fù)選框內(nèi)打“√”。設(shè)置完后點(diǎn)“確定”按鈕，返回到圖10所示界面。此時(shí)我們可以見到兩個(gè)快捷按鈕建立目標(biāo)“Build target”和重建全部目標(biāo)文件“Rebuild all target files”的顏色都變深了。目標(biāo)文件選項(xiàng)設(shè)置完成。
圖9 目標(biāo)選項(xiàng)設(shè)置
圖10 完成目標(biāo)選項(xiàng)設(shè)置
2．1．4 建立目標(biāo)文件 在建立目標(biāo)文件之前，首先要將文件添加到組里去。具體操作如下：在圖10中，將鼠標(biāo)箭頭移至中間左邊項(xiàng)目窗口中的“Source Group 1”前的圖標(biāo)上，再單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單項(xiàng)中選擇“Add files to Group ‘Source Group 1’”，如圖11所示。在彈出圖12所示的對(duì)話框中選擇剛才編輯保存好的源程序文件“Text1.c”，點(diǎn)“Add”按鈕，再點(diǎn)“Close”按鈕。此時(shí)按鈕建立目標(biāo)“Build target”前的編譯當(dāng)前文件“Translate current file”按鈕的顏色也變深了。而在中間左邊項(xiàng)目窗口中的“Source Group 1”前多了一個(gè)“+”號(hào)。點(diǎn)擊“+”號(hào)，可以看到在“Source Group 1”下面就有一個(gè)源程序文件圖標(biāo)，如圖13所示。
完成上述操作后方可進(jìn)入建立目標(biāo)文件。通常先點(diǎn)編譯當(dāng)前文件“Translate current file”，再建立目標(biāo)文件“Build target”；或直接點(diǎn)重建目標(biāo)文件“Rebuild all target files”。即可生成我們需要的后綴名為HEX的十六進(jìn)制文件。如果在編譯、連接中出現(xiàn)錯(cuò)誤，則可按照提示進(jìn)行檢查。這個(gè). HEX文件就是我們要下載到單片機(jī)中的程序文件。
圖11 添加文件
圖12 選擇添加的文件
圖13 已添加文件
2．2 程序讀取與下載
已經(jīng)安裝有雙龍電子下載軟件的電腦，在其桌面上也有個(gè)圖標(biāo)。同樣用鼠標(biāo)左鍵雙擊該圖標(biāo)便可進(jìn)入MCU下載程序的工作界面，如圖14所示。該界面是中文的且比較清晰，所以不多說了。
首次使用時(shí)將“通信參數(shù)設(shè)置及器件選擇”設(shè)置成圖中所示，即通信口設(shè)為并行通信口“LPT1”，速率設(shè)為“TURBO”加速，器件選擇“AT89S52”。
拔去最小系統(tǒng)板上的跳線J101、J102、J103，插上AT89S52芯片；將下載線的接口板插入電腦的并口上，把連接電纜把最小系統(tǒng)與接口板連好，再在最小系統(tǒng)上接上+9V電源。注意“+”與“-”不能搞錯(cuò)。打開電源對(duì)最小系統(tǒng)上電。接著就可以讀寫芯片中的程序了。
圖14 MCU下載軟件工作界面
2．2．1 讀取程序
按照上面的步驟操作完成后，在圖14的界面上點(diǎn)“讀取”，界面如圖15所示。讀取完成后，點(diǎn)右邊“編輯”按鈕，彈出“編輯緩沖區(qū)”界面，見圖16。此時(shí)就可以對(duì)程序進(jìn)行編輯了。如果需要可以點(diǎn)“保存”按鈕，將文件保存為二進(jìn)制或十六進(jìn)制等文件。
圖15 讀取程序
圖16 編輯程序
2．2．2 下載程序 下載程序前先要設(shè)置好待下載的二進(jìn)制或十六進(jìn)制文件，即后綴名為BIN或HEX的文件。方法如下：在圖14中點(diǎn)“flash”按鈕，彈出“打開FLASH存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)文件”對(duì)話框。在“查找范圍”右側(cè)的文本框中找到待寫文件的目錄及文件名，在“文件名”右側(cè)的文本框中就會(huì)顯示出該文件名，見圖17，再點(diǎn)“打開”按鈕。在“空閑存儲(chǔ)器填充”中選“填充FF”(最后選“OO”)，點(diǎn)“確定”，此時(shí)界面如圖18所示。
在圖18的界面上點(diǎn)“編程”按鈕，軟件就會(huì)自動(dòng)對(duì)芯片寫入程序，完成后的界面如圖19所示。如出現(xiàn)錯(cuò)誤，就會(huì)在下面的文本框中出現(xiàn)提示。找到原因后再進(jìn)行重寫，但重寫前請(qǐng)先把芯片內(nèi)原來的擦除掉，即點(diǎn)一下“擦除”按鈕即可。
如果對(duì)原程序進(jìn)行了修改，那么就要重新進(jìn)行編譯，即點(diǎn)重建目標(biāo)文件“Rebuild all target files”按鈕，生成新的.HEX文件；下載時(shí)還得重新加載剛生成的同一文件名的新.HEX文件。這樣才能保證本次下載的是已修改的程序。
完成上面的操作后，關(guān)閉+9V電源，拔下連接電纜，插上跳線J101，接上擴(kuò)展接口電路，就可以檢查程序的運(yùn)行情況，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或開發(fā)了。
圖17加載待寫文件
圖18 完成寫操作
圖19
如果在下載過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，就會(huì)在下面的文本框中出現(xiàn)提示。找到原因后再進(jìn)行重寫時(shí)，請(qǐng)先把芯片內(nèi)原來的擦除掉，然后再寫。 如果對(duì)原程序進(jìn)行了修改，那么就要重新進(jìn)行編譯，即點(diǎn)重建目標(biāo)文件“Rebuild all target files”按鈕，生成新的.HEX文件；下載時(shí)還得重新加載剛生成的同一文件名的新.HEX文件。這樣才能保證本次下載的是已修改的程序。 完成上面的操作后，關(guān)閉+9V電源，拔下連接電纜，插上跳線J101，接上擴(kuò)展接口電路，就可以檢查程序的運(yùn)行情況，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或開發(fā)了。
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