《单片机原理与应用及上机指导第6章：开发调试环境.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理与应用及上机指导第6章：开发调试环境.ppt（20页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第6章 开发调试环境,教学提示和教学目标6.1 软件开发环境6.2 Keil编程6.3 在 线 下 载6.4 硬件调试系统6.5 上机指导：ISP编程器应用开发,教学提示和教学目标,教学提示：单片机的应用首先要考虑的是它的开发平台，也即人们常说的开发环境。由于Intel公司的MCS-51系列较早进入我国，事实上已形成了工业标准，MCS-51的单片机应用场合随处可见，它的软件资源相当丰富，硬件的支持也很完善，物美价廉的开发器材随处可取。在这一章里，将介绍软件开发环境情况和如何下载。教学目标：掌握目前流行的单片机开发软件情况；了解ISP在线下载的原理以及硬件调试的步骤；熟练掌握使用Keil软件的操
2、作方法；通过上机实践，初步掌握上述内容，并进行灵活运用。,6.1 软件开发环境,C语言是可以在高级计算机、PC和单片机中使用的唯一一种高级语言，现在很多类型的单片机已经具备了C语言编译软件和实时多任务操作系统。C语言功能十分强大，可以塑造一种良好的开发环境，在一种单片机上编制的程序比较容易移植到另一种单片机上。6.1.1 集成开发环境(编译器)6.1.2 仿真器6.1.3 编程器,6.1.1 集成开发环境(编译器),集成开发环境(Integrated Developing Environment，IDE)是一个综合性的工具软件，它把程序设计全过程所需的各项功能集合在一起，为程序设计人员提供完整
3、的服务。目前的C语言编译器有很多种，常见的有Micro-C51、American automation、Franklin、Archimedes、BSO/TASKING、Micro computer controls等。C51 C语言编译器早在20世纪80年代就已经出现，但并非所有的C语言编译器都产生相应单片机的有效源代码，它们各有所长，以下是它们的特点。(1)American automation 编译器通过#asm和endasm预处理选择支持汇编语言，汇编速度慢，要求汇编的中间环节。(2)Franklin的前身是Keil，它以代码紧凑领先，可产生最少的代码。它支持浮点和长整数，可重入和递归。
4、它不提供库的源代码，不能生成能汇编的汇编代码，仅产生混合代码，只能修改后汇编。若使用汇编语言，必须分开汇编程序，然后手工连接。Keil/Franklin专业级开发工具PK51，支持DOS和Windows环境。(3)Archimedes的鼻祖是瑞典的IAR，是支持分组开关(Bank)的编译器，集成环境类似于Borland和Turbo，C编译器可产生一个汇编语言文件，然后再用汇编器。(4)BSO/TASKING是一家专业开发和销售嵌入式系统软件工具的公司。它生产基于Windows的集成开发环境、调试器和交叉模拟器，支持鼠标操作，界面友好。软件格式符合Intel OMF-51和Intel Hex标准
5、，它的汇编器和Intel汇编器兼容。(5)Micro computer controls不支持浮点数、长整数、结构和多维数组，定义不允许有参数，生成的源文件需由Intel或MCC的8051汇编器汇编。,6.1.2 仿真器,1仿真的概念仿真的概念使用非常广泛，最终的含义就是使用可控的手段来模仿真实的情况。2仿真的种类(1)软件仿真(2)硬件仿真3仿真器的本质仿真器就是通过仿真头用软件来代替目标板上的51芯片，关键是不用反复地烧写，不满意可以随时修改，可以单步运行，指定断点停止等，调试极为方便。4仿真器硬件连接仿真器通过串行数据线与PC相连，充分利用PC的资源，如图6.1所示。也可以不连接PC，而
6、单独使用。5仿真器使用注意事项关于连接接口的注意事项：在打开计算机之前，把仿真器和计算机的串口连好。在联机后，不能带电插拔仿真器和计算机的接口，如果带电插拔仿真器，就可能会导致监控程序损坏，甚至会损坏接口电路MAX232。注意：插拔时仿真器或者计算机至少有一方的电源是断开的。,图6.1 单片机仿真器的使用,6.1.3 编程器,编程器是一种将程序代码固化到指定芯片内部的工具。虽然国内生产的单片机开发装置有些也提供一些EPROM固化的功能，但往往只能针对某几个公司、几种型号的EPROM编程，局限性很大。所以在单片机开发中，编程器这一工具还是必不可少的。编程器文件形式支持二进制、十六进制等数据格式。
7、在系统调试过程中，编程器也占有很大的作用。在编写好程序后，通常利用仿真器来设置断点，观察变量和程序的流程，逐步对程序进行调试，修正错误。1程序固化编程器一般与PC的打印口(Printer Port)相连。需要固化程序时，启动编程器应用程序，依次执行以下4步操作：选择欲编程元件(Device)、装入目标文件(Load)、检查代码(Buffer Edit)、编程(Program)2编程器使用实例,6.2 Keil编程,Keil C51是美国Keil Software公司开发的C51系列兼容单片机C语言软件开发系统，Keil C51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境，同时保留了
8、汇编代码高效、快速的特点。C51已被完全集成到Vision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含编译器、汇编器、实时操作系统、项目管理器和调试器。Vision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。6.2.1 Keil 工程文件的建立、设置与目标文件的获得6.2.2 Keil的调试命令、在线汇编与断点设置6.2.3 Keil程序调试窗口,6.2.1 Keil 工程文件的建立、设置与目标文件的获得,安装好Keil之后，双击桌面上的图标，就可以启动该软件，如图6.4所示。Vision启动后，程序窗口左边有一个工程管理窗口，该窗口有3个标签，分别是Files、Regs和Books，这3个标签分
9、别显示当前项目文件结构、CPU的寄存器及特殊功能寄存器的值和所选CPU的附加说明文件，当然如果是第一次启动该软件，则该处3个标签都是空的。Vision2 包括一个项目管理器，它可以使8X51应用系统的设计变得简单。要创建一个应用，需要按下列步骤进行操作。1启动Vision2，新建一个项目文件并从器件库中选择一个器件2新建一个源文件并把它加入到项目中3项目工程的详细设置4编译项目并生成可编程PROM 的HEX 文件。,图6.4 Keil主窗口,6.2.2 Keil的调试命令、在线汇编与断点设置,1常用调试命令在对项目工程成功地进行汇编和连接后，按Ctrl+F5组合键或者使用菜单DebugStar
10、/Stop Debug Session命令即可进入调试状态。进入调试状态后，界面与原来编辑状态有明显的变化，Debug菜单中原来很多不能用的命令现在都可以用了。工具栏会多一个运行和调试工具条，如图6.28所示。Debug菜单中大部分命令可以在工具条中找到相对应的按钮。2在线汇编Keil提供了在线汇编功能，将光标定位在要修改的程序行上，执行菜单DebugInline Assambly命令即可出现在线汇编窗口，如图6.29所示。3断点设置设置断点的方法是将光标置于要设置断点的程序行，使用菜单DebugInsert/Remove BreakPoint命令设置或移除断点，也可直接双击该直接设置或移除断
11、点。,图6.28 调试工具条,图6.29 在线汇编窗口,6.2.3 Keil程序调试窗口,Keil 软件在调试程序时提供了多个窗口，主要包括输出窗口(Output Windows)、观察窗口(Watch&Call Stack Windows)、存储器窗口(Memory Window)、反汇编窗口(Disassembly Window)、串行窗口(Serial Window)等。进入调试模式后，可以通过菜单View 下的相应命令打开或关闭这些窗口。1存储器窗口存储器窗口中可以显示系统的各种内存中的值，通过在Address 后的文本框内输入“字母：数字”即可显示相应内存值，如果不输入“字母：数字”
12、，则存储器窗口为空白。2工程窗口寄存器页工程窗口寄存器页包括了当前的工作寄存器组和系统寄存器，系统寄存器组有一些是实际存在的寄存器，有一些是实际中并不存在或虽然存在却不能对其操作的。每当程序中执行到对某寄存器的操作时，该寄存器会以反白(蓝底白字)显示，用鼠标单击然后按下F2 键，即可修改该值。3观察窗口观察窗口是很重要的一个窗口，工程窗口中仅可以观察到工作寄存器和有限的寄存器，如A、B、DPTR 等，如果需要观察其他的寄存器值或者在高级语言编程时需要直接观察变量，就要借助于观察窗口。,6.3 在 线 下 载,在线下载即为在线烧录，一般是指用一块单片机当主机，对其他单片机进行烧录。C51系列单片
13、机在线编程的功能是通过一根ISP线将单片机和上位机相连。1ISP的优点 ISP技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机的实验和开发，单片机芯片可以直接焊接到电路板上，调试结束即成为成品，免去了调试时由于频繁地插入、取出芯片对芯片和电路板带来的不便。2产品分析,6.4 硬件调试系统,在单片机开发过程中，从硬件设计到软件设计几乎是开发者针对本系统特点亲自完成的，这样虽然可以降低系统成本，提高系统的适应性，但是每个系统的调试占去了总开发时间的2/3，可见调试的工作量比较大。单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件
14、结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则无从做起。当硬件设计从布线到焊接安装完成之后，就开始进入硬件调试阶段，调试大体分为以下几步。6.4.1 硬件静态的调试 6.4.2 联机仿真调试,6.4.1 硬件静态的调试,1排除逻辑故障 这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的，主要包括接错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并重点检查系统总线(地址总线、数据总线和控制总线)是否存在相互之间短路或与其他信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以
15、缩短排错时间。2排除元器件失效造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是由于安装错误，造成元器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。3排除电源故障在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与GND之间电位，若在54.8V之间则属正常。若有高压，联机仿真器调试时，将会损坏仿真器等，有时会使应用系统中的集成块发热损坏。,6.4.2 联机仿真调试,联机仿真必须借助仿真开发装置、示波器、万用表等工具。这些工具是单片机开发的最基本工具。信号线是联络单
16、片机和外部器件的纽带，如果信号线连接错误或时序不对，那么都会造成对外围电路读写错误。C51系列单片机的信号大体分为读信号、写信号、片选信号、时钟信号、外部程序存储器读选通信号(PSEN)、地址锁存信号(ALE)、复位信号等几大类。这些信号大多属于脉冲信号，对于脉冲信号借助示波器(这里指通用示波器)用常规方法很难观测到，必须采取一定措施才能观测到。应该利用软件编程的方法来实现。执行程序后，就可以利用示波器观察芯片的片选信号输出脚(用示波器扫描时间为1s/每格挡)，这时应看到周期为数微秒的负脉冲波形，若看不到则说明译码信号有错误。总而言之，对于脉冲触发类的信号要用软件来配合，并要把程序编为死循环，
17、再利用示波器观察；对于电平类触发信号，可以直接用示波器观察。,6.5 上机指导：ISP编程器应用开发,1.实验目的(1)掌握ISP编程器的工作原理。(2)掌握ISP编程器的制作方法。2.实验内容将汇编程序编译成HEX文件，存储在计算机中。将做好的实验板用9芯串口线连接到计算机，将程序下载到实验板单片机上。3.实验说明下载一个ISP编程器V2.0的软件，并安装在计算机上(有些不需安装，直接解压就可以用)。双击打开后如图6.34所示。另外，还要准备一根9芯串口线。4.实验步骤(1)做电路板。(2)编写灯闪程序。(3)下载程序。(4)运行程序。5.思考编写LED灯快速闪烁或慢速闪烁程序并下载到电路板上。,图6.34 ISP编程器V2.0,
