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1、目 录1概述12系统特点与主要功能22.1基本特点22.2主要功能23系统组成44工作环境45系统总体结构55.1系统总体结构5 5.2硬件系统接线说明55.2.1 开关量输入65.2.2 开关量输出75.2.3 液晶显示接口85.2.4 键盘接口95.2.5 模拟量输入105.2.6 串行口编程115.2.7 空白芯片写入扩展口（选配）115.2.8 元件扩展口116软件使用说明126.1 软件系统基本功能126.1.1 文件处理126.1.2 源文件编辑136.1.3 源文件编译136.1.4 目标代码写入芯片136.1.5 断点调试136.2 软件系统使用147实例演示28SD-1型嵌入
2、式MCU在线编程集成开发系统使 用 手 册Uesr Manual苏州大学计算机科学与技术学院2002年10月1概述传统的嵌入式应用开发方法主要是使用仿真器模拟目标系统中MCU的运行情况，希望达到在目标系统硬件尚未定型与制版情况下，先行调试目标系统的硬件、软件设计，为目标系统的研制提供前期基础。但是，一些情况下，难以实现100%的实时仿真，有些功能在用仿真器调试时十分正常，而到了实际应用系统却不能顺利运行。同时，传统的仿真方式的一些调试功能仅适用于初学者，对于具有一定开发经验并拥有通用功能模块积累的开发者，往往增加了开发时间。目前，随着计算机制造技术的发展，许多公司新推出的MCU具有片内Flas
3、h存储器，Flash存储器具有电可擦除、无需后备电源保护数据、可在线编程等特点。在线编程（In-Circuit Program）允许单片机内部运行的程序去改写Flash存储器的内容，利用这个特点，不仅可以在运行过程中修改某些运行参数，也为研制新型嵌入式应用开发工具提供了技术基础。Motorola公司目前正在陆续推出的新一代8位嵌入式单片微机M68HC08系列，其片内集成的Flash存储器具有单一电源电压供电、支持在线编程等特点，它是Flash技术比较成熟的条件下推出的，在线写入、读出稳定。2000年4月，Motorola公司向苏州大学赠送了M68HC08系列MCU的实验开发设备，我校成为第一批
4、从事M68HC08系列单片机教学推广单位，一些研究生及教师的研究开发项目也以M68HC08系列单片机为蓝本。经过两年多的探索与实践，在对该系列MCU内核结构分析的基础上，利用该系列MCU支持Flash存储器在线编程这一特点，自主研制了新型嵌入式应用系统的开发系统。本系统利用MC68HC908GP32单片机内32KB的Flash存储器划出2KB空间，驻留我们编制的监控程序，为用户提供一套界面友好、价格低廉、支持在线调试的MCU在线编程实验开发系统。2系统特点与主要功能2.1基本特点传统仿真器的“仿真系统”与实际目标系统的硬件不是一套系统，难以实现目标系统的全部功能，这主要是由于过去的目标系统的程
5、序存储器多为EPROM、OTP或不支持在线写入的Flash存储器。新型的开发系统的硬件可以直接构成目标系统的评估硬件，所调试的软件即运行于此系统，可以实现100%在线实时仿真。与传统仿真器相比，提供的调试功能与方法更多，操作更加简便，可以缩短开发进程。由于开发系统的硬件体系就是目标评估系统，不必为仿真功能配置另外硬件，极大地减少了开发过程中的硬件实验成本。全部操作在Windows界面下完成，为开发者利用Windows系统支持多任务操作提供便利，使之对源程序的编辑、修改、编译、写入（下载）、调试可以顺利切换，加快了调试进程。2.2主要功能100%的在线实时仿真。用户下载自己的程序进入芯片后，在监
6、控程序的控制下自动转入用户程序执行。该实验开发板，通过外部接插线完全可以模拟用户的实际应用系统板。所有程序均可在实验开发板上调试完成，给二次开发带来了极大方便。标准Windows界面，帮助信息丰富，提供演示实例。不论对初学者还是对有经验的开发者均提供便利。直接支持Motorola的.S19文件格式，显示所打开文件的内容，提示写入进程，自动擦除写入区并自动校验。为系统组合方便，所有I/O口引脚直接引出到插孔，供外接使用，开发板上提供了并行I/O模拟区、A/D、LCD、键盘等模拟区，可直接使用。同时还设计了IC插线及其它元件扩展槽，可以通过该扩展槽完成相关应用系统评估。不要求用户改变中断向量，用户
7、完全可以按照标准格式书写程序，PC机方的管理软件自动扫描用户程序，将中断向量改变后送给MCU中的监控程序，MCU中的监控程序将用户中断向量放入监控区，待相应中断发生时，由监控程序转入。写入后自动转入用户程序执行，为用户调试程序带来了方便，加快了调试速度。也支持断点调试功能，此时要求用户进行相应输入或选择操作。复位后，在没有用户程序的情况下，一直处于监控联机状态，若有用户程序，5秒内处于监控联机状态，若无用户联机信号，则转入用户程序执行。提供写入MC68HC908GP32、MC68HC908JL3空白芯片功能，需另配写入器。可根据用户要求进行功能定制与扩展3系统组成“MC68HC908GP32
8、MCU在线实验开发系统”内含： 在线实验板一块，其中MC68HC908GP32内部写入支持在线编程的监控软件2KB(内部Flash存储器共32KB，用户可使用30KB)。 PC机软件一套：标准Windows界面，支持Motorola的.S19文件格式。内含帮助文件。安装方法见软件光盘。 演示程序包，包含以下程序 程序框架及简单IO 基本IO实验 键盘实验 串行通信及AD转换实验 液晶显示 SPI 定时器溢出中断实验 定时器通道输入捕捉 数码管显示 Flash编程 定时数码管显示程序 定时液晶显示程序 硬件检测程序 实验教学课件 MC68HC908GP32、MC68HC908JL3空白芯片写入适
9、配器（选配）4工作环境单 片 机：采用Motorola新一代M68HC08系列MCU工作平台：Windows98(及以上)高级语言：VB6.0（演示程序提供VB6.0编写的源程序）5系统总体结构5.1系统总体结构串行口总线驱动器电 源 模 块MC68HC908GP32 MCULCD模块键盘输入模块指示灯IC插线及其它元件扩展槽实验板PC机RS-232图5-1 系统总体结构框图系统总体结构框图见图5-1。实验板硬件部分主要由MC68HC908GP32芯片及外围电路、LCD、键盘、模块化电源、串行口驱动电路、IC插线及其它元件扩展槽、输出开关量接线排、输入开关量接线排等部分组成，其主要作用是通过M
10、C68HC908GP32芯片的监控程序和PC机进行通信，完成芯片程序的写入、运行、断点调试。5.2硬件系统接线说明系统的硬件布局框图见图5-2。实际接线时，直接220伏交流电源接入模块化电源，模块化电源将220伏交流电转为5V直流电给系统供电。电源部分对强弱电进行了物理隔离。板上的串行口为9芯标准串行接口，通过三芯（发送、接收、地）与PC机的串行口电源指示灯LCDkeyboard电位器2电位器1电源电源开关复位开关8位输出指示灯IC插线及其它元件扩展槽1IC插线及其它元件扩展槽2MCU外围支撑电路区蜂鸣器8位拨线开关PTDPTBPTCPTAMC68HC908GP32芯片写入适配器键盘接线区MA
11、X232指示灯LCD接线区串型口图5-2 硬件布局相连，实现开发板与PC机的通信。连接方法： 将实验开发板的串行口通过串行通信线与PC机的串行口1或2连接。 接通实验开发板电源，电源指示灯亮。 连接实验所需线路。 按实验板上的复位按钮。 执行PC机的配套软件，硬件系统等待SD-1软件系统的握手信号。 5.2.1 开关量输入 实验开发板用拨线开关提供8位数字量的输入。原理图如5-3所示。GNDVcc图5-3 MCU 8位数字量输入电路拨线开关导线接插点 拨线开关状态为OFF时是高电平，拨线开关状态为ON时是低电平。5.2.2 开关量输出实验开发板用LED提供8位数字量的输出。原理图如图5-4所示
12、Vcc图5-4 MCU 8位数字量输出电路导线接插点导线接插点为高电平时LED是暗的，低电平时LED是亮的实验开发板含有蜂鸣器输出，原理图如图5-5所示Vcc图5-5 MCU蜂鸣器电路5.2.3 液晶显示接口实验开发板提供可显示16个符号或字母的双排字符液晶，实验开发板提供两种接线方式。当将液晶显示器接入上面的插线时为固定接线，原理图如图5-6。LCD(HD44780)16151413121110090807060504030201MC68HC908GP32PTA7PTA6PTA5PTA4PTA3PTA2PTA1PTA0PTC2PTC1PTC0VccGND图5-6 MCU 液晶显示电路当将液晶
13、显示器接入下面的插线时为手动接线，连线的位置在液晶的下方，可以将0414管脚自定义连接，其管脚定义见下表管脚号符号电平方向引脚含义说明1Vss电源地2Vdd电源(+5V)3V0液晶驱动电源（05V）4RSH/L输入寄存器选择；1-数据寄存器 0-数据寄存器5R/WH/L输入读写操作选择：1-读操作 0-写操作6EH/LHL输入使能信号：R/W=0,E下降沿有效 R/W=1,E=1有效710DB0DB3三态8位数据总线的低4位，若与MCU进行4位传送时，此4位不用1114DB4DB7三态8位数据总线的高4位，若与MCU进行4位传送时，只用此4位1516E1E2输入上下两行使能信号，只用于一些特殊
14、型号5.2.4 键盘接口实验开发板提供16键键盘，用于键盘中断信号的输入。实验开发板提供两种接线方式。当将键盘接入上面的插线时为固定接线，键盘接线原理图如图5-7。注:固定接线自左向右分别接PTA0PTA7.当将键盘接入下面的插线时为手动接线，连线的位置在键盘的左边MCU内部电阻87654321图5-7 MCU键盘接线。Vcc图5-8 MCU电位器电路5.2.5 模拟量输入实验开发板提供模拟量输入，进行A/D转换，其原理图如图5-8。5.2.6 串行口编程实验开发板提供标准的串行口。5.2.7 空白芯片写入扩展口（选配）实验开发板提供MC68HC908GP32、MC68HC908JL3等空白芯
15、片写入。5.2.8 元件扩展口 实验开发板提供元件扩展口，使用者可以进行IC扩展。布线如图5-9。GNDVcc图5-9 IC插线及其它元件扩展槽6软件使用说明系统软件功能的主要结构如图61所示。在线编程开发系统文件处理源文件编辑源文件编译帮 助断 点 调 试目标代码写入芯片打 印S19文件分解建立通信线路数据传输编 译编译出错处理设置断点建立通信线路数据传输分解显示数据图61 PC软件结构6.1 软件系统基本功能6.1.1 文件处理在PC机的开发环境中可以同时打开某一文件的源文件(*.asm)、目标文件(*.s19)、List文件(*.lst)、源文件的编译信息文件(*.err)。可以编辑、保
16、存源文件，只要对源文件有任何改动，工具栏中的保存按钮会变高亮，提示用户随时保存。6.1.2 源文件编辑在开发环境中可以很方便地进行源文件编辑操作。可以进行撤销、重复前面的编辑，查找、替换操作。6.1.3 源文件编译打开或编写好了源文件后，在开发环境中进行编译工作，把ASM源文件编译成目标文件。如果源文件中有错，编译出错后，在源文件中会自动选中出错行，提示进行纠错。如果源文件编译成功后，系统会自动打开编译后的目标文件、List文件。6.1.4 目标代码写入芯片要将目标代码写入芯片，先要对目标代码S19文件进行分解，分离出程序数据区和复位矢量数据区，同时将程序数据区分割为128字节的页，并记录该页
17、的首址。然后建立PC机和MCU的通信线路。在建立通信线路前将MCU复位，MCU会发送握手信号，同时等待PC机的返回信号。所以当PC机发送指定的返回信号后，PC机和实验板的通信线路就建立了，此时MCU就处于等待接收PC机的下一个命令字状态。PC机再发送写入芯片的命令，MCU接收命令后，再等待接收写入的总页数，然后接收每一页的首址及要写入的数据，MCU先擦除再将数据写入，写完一页后将该页的数据读出送PC机，PC机接收该页数据后校验是否有错，若无错再发送下页，MCU接收下一页的首址及要写入的数据，直到写完所有的页及最后的复位矢量数据区的数据页。6.1.5 断点调试断点功能给初学者调试程序提供方面，一
18、般的断点功能是让程序员输入断点地址，当程序执行到该地址时，程序中断执行，在PC机屏幕上显示有关寄存器、内存的内容，供程序员观察。但是，断点地址与源程序之间存在鸿沟，给程序员调试程序带来不变。本系统通过.LST文件的调入，给出了直接选择操作的符号化调试功能，解决了断点地址与源程序之间鸿沟问题，使得调试开发板中MCU程序的过程，与目前直接在PC机上调试高级语言程序的过程相似。为了防止PC上打开List文件和MCU中已有的用户程序不是同一程序，我们在断点调试开始时，预先进行判断，将断点处的连续10字节的代码发送给MCU进行比较较验，如果相同则表明两方程序相同，可以进行断点调试；若两方程序不同，MCU
19、再等待PC方打开相匹配的List文件，重新设置断点，再发送10字节代码。6.2 软件系统使用SD-1型MC68HC908GP32 MCU在线实验开发系统的启动界面见图6-2。图6-2单击文件菜单的打开项，选择所要打开的文件,文件类型可以为*.ASM、*.LST、*.S19、*.ERR 或所有文件类型，见图6-3图6-3打开文件后系统会显示文件的内容，用户可以在编辑处进行修改，见图6-4。图6-4为了给用户提供编辑的方便，我们设置了查找和替换的功能。操作方法如下。打开要编辑的文件，选择编辑菜单中的“查找”选项，如图6-5图6-5点击后会出现一个对话框，用户可以在“查找内容”后的空白框后输入要查找
20、的内容，如果要区分大小写，就在“区分大小写”的前面点击一下即可，也可以选择是从当前光标之前还是之后进行查找，如图6-6图6-6替换操作和windows中的操作也是类似的，点击编辑菜单中的“替换”选项，如图6-7图6-7在出现的对话框中的“查找内容”中输入需要替换的内容，在“替换为”中输入正确的内容，点击开始即可，如图6-8系统就会默认从当前光标处向下查找第一个，而且会出现提示框，让用户选择“查找下一个”、“替换”还是“全部替换”，用户可根据自己的需要进行选择，如图6-9图6-9修改成功后会点击调试菜单中的“编译ASM文件”项，把相应的ASM文件编译成同文件名的S19、ERR、LST文件，并在窗
21、口的左上角同时显示，当点击各自的按钮时可以看到该文件的内容，见图6-10、6-11、6-12。图6-10图6-11图6-12如果程序在编译中发生错误，会在ERR文件界面中提示发生的错误内容，告知用户发生什么样的错误，见图6-13。图6-13程序调试成功后，就可以进行写入操作，将其写入到芯片中。写入操作的方法如下：选择点击写入菜单中的“GP32芯片”或“JL3芯片”项分别对应Motorola的GP32芯片和JL3芯片，其写入方法一样这里仅介绍如何写入GP32芯片的方法。见图6-14图6-14点击“GP32芯片”后，会出现一提示框，见图6-15，提醒用户请将单片机复位，此时只需按实验开发板上的复位
22、健即可。图6-15 把单片机复位后，在*.S19上会出现一进度窗口，显示当前写入芯片的进度，写入完成后，会显示一提示框，告之用户“写入成功，在线编程实验开发板已经转入用户程序执行”。如图6-16图6-16如果没有及时将单片机复位或者没有连接实验板，系统会提示错误信息“PC机与实验开发板的通信有误，无法建立通信连接！”，如图6-17所示，如果编写的程序地址超出芯片所支持的的地址范围，系统也会提示错误信息“用户程序地址范围超出！请将程序地址限制在$EC00-$FBFF范围内” 如图6-18所示。图6-17图6-18针对初学者写出的程序错误较多，而且调试时不知错误到底在何处，我们设计了另一种调试方法
23、：断点调试。方法如下：刚编译完成只需点击调试菜单中的“断点调试”项进行调试，否则需打开要调试的*.LST文件见图6-19。图6-19点击断点调试后会出现如图6-20所示的界面，只要根据状态栏上的提示“请在要设置断点的行单击，设置断点！”，单击要调试的行即可。图6-20点击要调试的行后，该行会变成红色，且在界面的右侧的断点地址中会出现该行相应的高、低字节地址，“断点调试”按纽也会从不可用转换为可用。如图6-21图6-21点击断点调试后，系统会提示用户将单片机进行复位，以便和实验板进行通信，如图6-22图6-22复位后，断点调试结束，在桌面上会显示出各种数据，如CPU寄存器数据、RAM数据区、控制
24、和状态寄存器数据、I/O寄存器数据、向量数据。如图6-23图6-23如果没有及时将单片机复位或者没有连接实验板，系统会提示错误信息，如图6-24图6-24如果点击的某一行不能进行断点调试而用户点击了该行，系统会在状态栏显示“当前位置不可设置断点”，如图6-25图6-25断点调试结束后，会返回到设置断点的界面，让用户进行下一个断点的设置，此时，“下一断点”按钮变为可用。如图6-26图6-26用户可按照上述方法进行下一个断点的调试。如果点击“断点调试”则需再次进行单片机复位。7实例演示下面是Motorola MCU程序框架程序例程，程序输入后，可用SD-1型嵌入式MCU在线变成集成开发系统编译，产
25、生.S19、.lst、.err文件。利用上述方法写入芯片，即可执行。实验目的: Motorola MCU程序框架，供教学入门使用硬件连接: PTA.1接指示灯程序描述: 指示灯PTA.1闪烁 .ASM源程序:*-*文件名:PrgFrame.ASM *硬件连接:PTA.1接指示灯 *程序描述:指示灯PTA.1闪烁 *目的:第一个Motorola MCU程序框架 *说明:提供Motorola MCU的编程框架，供教学入门使用 *-*映像寄存器地址定义-DDRA equ $0004 ;A口数据方向寄存器PTA equ $0000 ;A口数据寄存器*RAMstartAddr equ $0040 ;RA
26、M的起始地址（因芯片不同可以更改）FlashStartAddr equ $8000 ;程序开始地址（因芯片不同可以更改）*数据区定义（变量名定义）- org RAMstartAddr ;RAM的起始地址*=*主程序 org FlashStartAddr ;程序起始地址MainInit: ;复位后程序从此开始执行 ;系统初始化 SEI ;禁止所有中断 LDHX #$023F ;堆栈初始化，放入GP32的RAM最高端 TXS JSR Init0 ;调系统初始化子程序Init0，初始学习时跳过此处 ;I/O初始化 BSET 1,DDRA ;设置PTA.1为输出 BSET 1,PTA ;初始时，PTA
27、.1指示灯暗MainLoop: ;程序总循环入口 BCLR 1,PTA ;PTA.1指示灯“亮” LDA #$2 ;延时子程序DelaySub的时间长度入口 JSR DelaySub ;调用延时子程序 BSET 1,PTA ;初始时，PTA.1指示灯暗 LDA #$4 ;延时子程序DelaySub的时间长度入口 JSR DelaySub ;调用延时子程序 ;- JMP MainLoop ;转总循环入口处*-以下为子程序存放处-*-程序延时子程序(DelaySub)-*功能：程序方法延时，延时长短由入口A中的数值决定 *入口：A=延时长度 *注：最小延时0.1秒，最大延时A=$FF ,255*0
28、.1=25.5秒 *占用CPU内寄存器：HX,A *-* DelaySub: PSHH PSHXDelaySub1: LDHX #$0050 ;延时0.1秒 DBNZX * DBNZA DelaySub1 PULX PULH RTS*-系统初始化子程序(Init0)-*功能：系统初始化 *入口：无 *出口： *占用CPU内寄存器：A *-* Init0: ;系统初始化Init0子程序 LDA #%00000001 ;初始化CONFIG2 STA $001E LDA #%00111101 ;初始化CONFIG1 STA $001F CLR $0036 ;初始化PTCL MOV #$01,$0036 MOV #$01,$0038 MOV #$2C,$0039 MOV #$80,$003A BSET 5,$0036 BSET 7,$0037 BSET 4,$0036 RTS*以下为中断矢量- ORG $FFFE ;复位矢量 DW MainInit通信地址：（215006）江苏省苏州市十梓街1号苏州大学158信箱业务联系：0512-65112401，苏州大学Motorola单片机实验室 张志平技术咨询：0512-65214835，刘晓升
