单片机应用技术b2

第2章单片机开发系统一个单片机应用系统从提出任务到正式投入运行的过程，称为单片机的开发。

开发过程所用的设备称为开发工具。

虽然单片机造价低、功能强、简单易学、使用方便，可用来组成各种不同规模的应用系统，但由于它的硬件和软件的支持能力有限，自身无调试能力，因此必须配备一定的研制工具，借助于开发工具来排除应用系统（或称目标系统）样机中的硬件故障，生成目标程序，并排除程序错误。

当目标系统调试成功以后，还需要用开发工具把目标程序固化到单片机内部或外部EPROM芯片中。

本章简述单片机应用系统设计制造中所必需的开发工具以及用它们调试单片机应用系统的基本方法。

实训2 单片机开发系统及使用1．实训目的(1) 了解单片机开发系统的基本组成及功能。

(2) 通过最简应用系统实例了解单片机开发系统的使用方法。

2．实训设备与器件实训设备：单片机开发系统。

实训电路：参见附录原理图。

3．实训步骤及要求1）系统连接参照图2.1将单片机开发系统、实验板及计算机连接起来。

注意单片机开发系统的电源不要接反。

2）输入、编辑汇编语言源程序利用DOS提供的EDIT或其它文本编辑软件QE、SK等，输入下面程序。

注意，分号后面的文字为说明文字，输入时可以省略。

保存文件时，程序名后缀应为ASM，例如：LED1.ASM。

程序;说明ORG 0000H ;程序从地址0000H开始存放START: MOV P1,#00H ;把立即数00H送P1口，点亮所有发光二极管ACALL DELAY ;延时MOV P1,#0FFH ;灭掉所有发光二极管ACALL DELAY ;延时AJMP START ;重复闪动DELAY: MOV R3,#0FFH ;延时子程序开始DEL2: MOV R4,#0FFHDEL1: NOPDJNZ R4,DEL1DJNZ R3,DEL2RET ;子程序返回END ;汇编程序结束3）启动单片机开发系统调试软件使用不同的单片机开发系统，调试软件也有所不同。

例如：MICE-51单片机开发系统的调试软件是MBUG。

不同的调试软件，其功能大致相同。

在调试软件中，完成以下操作：（1）打开（Open）上一步输入的汇编语言源程序文件。

（2）将汇编语言源程序汇编（Assembly）生成十六进制文件。

（3）将汇编后生成的十六进制文件装载（Load）到单片机开发系统的仿真RAM中。

4）运行及调试程序（1）运行（Execute）程序，观察实验板上8个发光二极管的亮灭状态。

（2）单步运行（Step）程序，观察每一句指令运行后实验板上8个发光二极管的亮灭状态。

5）修改、运行程序将程序中第2行的MOV P1,#00H修改为MOV P1,#55H，第4行的MOV P1,#0FFH 修改为MOV P1,#0AAH，重复步骤2）~ 步骤4）。

4. 实训分析与总结（1）利用单片机开发系统运行、调试程序的步骤一般包括：输入源程序、汇编源程序、装载汇编后的十六进制程序及运行程序。

在2.4节中，我们以MICE-51单片机开发系统为例，详细介绍了以上各步骤的具体操作。

（2）为了方便程序调试，单片机开发系统一般提供以下几种程序运行方式：全速运行（简称运行Execute）、单步运行（Step）、跟踪运行（Trace）、断点运行（Breakpoint）等。

全速运行可以直接看到程序的最终运行结果，实训中程序的运行结果是实验板上8个发光二极管一起闪动，跟实训一中的运行结果是完全相同的。

单步运行可以使程序逐条指令地运行，每运行一步都可以看到运行结果，单步运行是调试程序中用得比较多的运行方式。

跟踪运行与单步运行类似，不同之处在于跟踪可以进入子程序运行，在此不做赘述。

试将实训中的程序跟踪运行，观察它与单步运行过程的不同。

断点运行是预先在程序中设置断点，当全速运行程序时，遇到断点即停止运行，用户可以观察运行结果，断点运行对于调试程序提供了很大的方便。

试将实训中的程序进行断点运行，观察其运行过程。

（3）程序调试是一个反复的过程。

一般来讲，单片机硬件电路和汇编程序很难一次设计成功，因此，必须通过反复调试，不断修改硬件和软件，直到运行结果完全符合要求为止。

2.1 什么是单片机开发系统单片机应用系统建立以后，电路正确与否，程序是否有误，怎样将程序装入机器等，这都必须借助单片机开发系统（装置），单片机开发系统是单片机编程调试的必需工具。

单片机开发系统和一般通用计算机系统相比，在硬件上增加了目标系统的在线仿真器、编程器等部件，所提供的软件除有类似一般计算机系统的简单的操作系统之外，还增加了目标系统的汇编和调试程序等。

单片机开发系统有通用和专用两种类型。

通用的单片机开发系统配备多种在线仿真器和相应的开发软件，使用时，只要更换系统中的仿真器板，就能开发相应的单片机或微处理器。

只能开发一种类型的单片机或微处理器的开发系统称为专用开发系统。

功能强、操作方便的单片机开发系统能加快单片机应用系统的研制周期。

国外早已研制出这一类功能较全的产品，但价格昂贵，在国内没有得到推广。

国内很多单位根据我国国情研制出以8031作为开发芯片的MCS-51单片机开发系统系列产品。

例如MICE-51、DVCC-51、SICE、SYBER等。

这些产品大部分是开发型单片单板机，通过软件手段达到或接近国外同类产品水平。

尽管它们的功能强弱并不完全相同，但都具有较高的性能价格比。

2.2单片机开发系统的功能单片机开发系统的性能优劣和单片机应用系统的研制周期密切相关。

一个单片机开发系统功能强弱可以从在线仿真、调试、软件辅助设计、目标程序固化等几个方面来分析。

2.2.1在线仿真功能单片机的仿真器本身就是一个单片机系统，它具有与所要开发的单片机应用系统相同的单片机芯片（如8031或8051等）。

当一个单片机用户系统接线完毕后，由于自身无调试能力，无法验证好坏，那么我们可以把应用系统中的单片机芯片拔掉，插上在线仿真器提供的仿真头（参考图2.1），此时单片机应用系统和仿真器共用一块单片机芯片，当在开发系统上通过在线仿真器调试单片机应用系统时，就像使用应用系统中真实的单片机一样，这种觉察不到的“替代”称之为“仿真”。

在线仿真器的英文名为In Circuit Emulator(简称ICE)。

ICE是由一系列硬件构成的设备。

开发系统中的在线仿真器应能仿真目标系统（即应用系统）中的单片机，并能模拟目标系统的ROM、RAM和I/O口。

使在线仿真时目标系统的运行环境和脱机运行的环境完全“逼真”，以实现目标系统的一次性开发。

仿真功能具体地体现在以下几个方面。

1）单片机仿真功能在线仿真时，开发系统应能将在线仿真器中的单片机完整地出借给目标系统，不占用目标系统单片机的任何资源，使目标系统在联机仿真和脱机运行时的环境（工作程序、使用的资源和地址空间）完全一致，实现完全的一次性仿真。

单片机的资源包括：片上的CPU、RAM、SFR、定时器、中断源、I/O口以及外部可扩充的程序存储器和数据存储器地址空间。

这些资源应允许目标系统充分自由地使用，不应受到任何限制，使目标系统能根据单片机固有的资源特性进行硬件和软件的设计。

2）模拟功能在开发目标系统的过程中，单片机的开发系统允许用户使用它内部的RAM存储器和输入输出来替代目标系统中的ROM程序存储器、RAM数据存储器和输入输出，使用户在目标系统样机还未完全配置好以前，便可以借用开发系统提供的资源进行软件的开发。

在研制目标系统开始的初级阶段，目标程序还未生成，此时用户编写的程序必须存放在开发系统RAM存储器内，以便于对程序进行调试和修改。

开发系统所能出借的可作为目标系统程序存储器的RAM，我们常称之为仿真RAM，开发系统中仿真RAM容量和地址映射应和目标机系统完全一致。

对于MCS-51系列单片机开发系统，最多能出借64K字节的仿真RAM，并保持原有复位入口和中断入口地址不变，但不同的开发系统所出借的仿真RAM 容量不一定相同，使用时应参考有关说明。

2.2.2 调试功能开发系统对目标系统软、硬件的调试功能强弱，将直接关系到开发的效率。

性能优良的单片机开发系统应具有下列调试功能。

1. 运行控制功能开发系统应能使用户有效地控制目标程序的运行，以便检查程序运行的结果，对存在的硬件故障和软件错误进行定位。

1）单步运行：能使CPU从任意的程序地址开始执行一条指令后停止运行。

2）断点运行：允许用户任意设置断点条件，启动CPU从规定地址开始运行后，当碰到断点条件（程序地址和指定断点地址符合或者CPU访问到指定的数据存储器单元等条件）符合以后停止运行。

3）全速运行：能使CPU从指定地址开始连续地全速运行目标程序。

4）跟踪运行：类似单步运行过程，但可以跟踪到子程序中运行。

2. 目标系统状态的读出修改功能当CPU停止执行目标系统的程序后，允许用户方便地读出或修改目标系统资源的状态，以便检查程序运行的结果、设置断点条件以及设置程序的初始参数。

可供用户读出/修改的目标系统资源包括：1）程序存储器（开发系统中的仿真RAM存储器或目标机中的程序存储器）2）单片机中片内资源（工作寄存器、特殊功能寄存器、I/O口、RAM数据存储器、位单元）；3）系统中扩展的数据存储器、I/O口。

3. 跟踪功能高性能的单片机开发系统具有逻辑分析仪的功能，在目标程序运行过程中，能跟踪存储目标系统总线上的地址、数据和控制信号的状态变化，跟踪存储器能同步地记录总线上的信息，用户可以根据需要显示跟踪存储器搜集到的信息，也可以显示某一位总线状态变化的波形。

使用户掌握总线上状态变化的过程，对各种故障的定位特别有用，可大大提高工作效率。

2.2.3 辅助设计功能软件辅助设计功能的强弱也是衡量单片机开发系统性能高低的重要标志。

单片机应用系统软件开发的效率在很大程度上取决于开发系统的辅助设计功能。

1、程序设计语言单片机的程序设计语言有机器语言、汇编语言和高级语言。

机器语言只在简单的开发装置中才使用，程序的设计、输入、修改和调试都很麻烦。

只能用来开发一些非常简单的单片机应用系统。

汇编语言具有使用灵活、程序容易优化的特点，是单片机中最常用的程序设计语言。

但是用汇编语言编写程序还是比较复杂的，只有对单片机的指令系统非常熟悉，并具有一定的程序设计经验，才能研制出功能复杂的应用程序。

高级语言通用性好、程序设计人员只要掌握开发系统所提供的高级语言的使用方法，就可以直接用该语言编写程序。

MCS-51系列单片机的编译型高级语言有：PL/M51、C-51、MBASIC-51等。

解释型高级语言有BASIC-52、TINY BASIC等。

编译型高级语言可生成机器码，解释型高级语言必须在解释程序支持下直接解释执行，因此编译型高级语言才能作为微机开发语言。

高级语言对不熟悉单片机指令系统的用户比较适用，这种语言的缺点是不宜编写出实时性很强的、高质量的、紧凑的程序。