單片機(jī)的基本概念和開發(fā)

單片機(jī)的基本概念和開發(fā)第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/251內(nèi)容2.1單片機(jī)的一些概念和作用什么是單片機(jī)單片機(jī)可以做什么單片機(jī)開發(fā)的一般過程為什么選用SPCE061A單片機(jī)講解2.2如何用SPCE061A單片機(jī)開發(fā)SPCE061A單片機(jī)的開發(fā)過程61板下載線和在線調(diào)試器開發(fā)環(huán)境第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/2522.1單片機(jī)的一些概念和作用一、什么是單片機(jī)單片機(jī)一詞最初源于“SingleChipMicrocomputer”，簡稱“SCM”。單片機(jī)也叫做“微控制器”或者“嵌入式微控制器”。它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片（芯片也稱為集成電路塊），而是把一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。它體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/253二、單片機(jī)可用來做什么單片機(jī)滲透到生活的各個(gè)領(lǐng)域?qū)椀膶?dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種手機(jī)、充電器、電話、電風(fēng)扇、錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/254三、利用單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)的一般過程最簡流程是根據(jù)硬件設(shè)計(jì)編寫程序并把程序加載到單片機(jī)里。每一個(gè)系統(tǒng)都是在完成一個(gè)特定的功能，這些特定功能的實(shí)現(xiàn)依靠單片機(jī)來指派。單片機(jī)知道怎樣來進(jìn)行指派，是由我們編寫的程序來控制，從這個(gè)過程反過來推導(dǎo)就是單片機(jī)開發(fā)的一個(gè)過程。總體來說單片機(jī)開發(fā)的一般過程是首先進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，然后根據(jù)硬件和系統(tǒng)的要求在開發(fā)環(huán)境中編寫程序，經(jīng)多次使用仿真器把程序調(diào)試成功后，再通過燒錄器把程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)里。第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/255三、利用單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)的一般過程硬件（Hardware）實(shí)體，實(shí)現(xiàn)計(jì)算和控制功能的可能性，硬件設(shè)計(jì)就是根據(jù)要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來找到實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)所需要的硬件，并根據(jù)一定的電氣規(guī)則把它們組合起來（前期用來做試驗(yàn)的硬件也稱之為開發(fā)系統(tǒng)）。軟件單片機(jī)要真正地能進(jìn)行計(jì)算和控制，還必須有軟件（Software）的配合。主要指的是各種程序。所謂程序，就是人們?yōu)榱烁嬖V微處理器要做什么事而編寫的，微處理器能夠理解的一串指令，有時(shí)也叫代碼、程序。單片機(jī)能自動(dòng)地進(jìn)行運(yùn)算和控制，是由于人把實(shí)現(xiàn)計(jì)算和控制的步驟一步步地用命令的形式，即一條條指令（Instruction）預(yù)先存入到存貯器中，單片機(jī)在中央處理器（也稱“內(nèi)核”）的控制下，將指令一條條地取出來，并加以翻譯和執(zhí)行。第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/256三、利用單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)的一般過程開發(fā)環(huán)境（也稱“編譯器”）由于單片機(jī)只認(rèn)識“0”和“1”，這就需要一個(gè)“中間人”來充當(dāng)翻譯，把程序翻譯成“0”和“1”的一系列組合（“0”和“1”的一系列組合也稱之為目標(biāo)碼或機(jī)器碼）下載器（或稱“燒錄器”）為了把翻譯的結(jié)果“灌入”（存入）單片機(jī)，仿真機(jī)為了更加方便的檢查我們編寫的程序是否符合設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的要求（進(jìn)行程序調(diào)試），當(dāng)程序仿真成功以后，再下載到我們設(shè)計(jì)的系統(tǒng)上，這樣一來不僅為我們的程序調(diào)試提供了方便，也減少了把一個(gè)有誤的程序下載到設(shè)計(jì)的系統(tǒng)上的可能。第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/257四、為什么選用SPCE061A單片機(jī)來講解SPCE061A是各類單片機(jī)里的一種，代表了現(xiàn)代單片機(jī)的大部分特點(diǎn)。它是伴隨著凌陽大學(xué)計(jì)劃在大陸推出的，在短時(shí)間里SPCE061A單片機(jī)得到了各大專院校師生的認(rèn)可，并在業(yè)界獲得了良好的聲譽(yù)。它整合了多個(gè)常用的功能模塊，讓我們在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)候不用外加過多的硬件就可方便的完成一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這就是人們常說的SoC（Systemonchip）技術(shù)。耗電少，可以滿足很多手提設(shè)備、掌上設(shè)備低能耗的需求，低能耗也是電子技術(shù)一直在追求的一個(gè)目標(biāo)?？煞奖愕挠脕韺?shí)現(xiàn)聲音錄制、播放，Midi音樂合成和語音識別，相比別的單片機(jī)比較有特色?？煞奖愕耐瓿梢幌盗谐思拥倪\(yùn)算，實(shí)現(xiàn)一些數(shù)據(jù)處理比較容易，別的單片機(jī)一般都不具備這種功能。芯片里具備在線仿真調(diào)試電路，使調(diào)試和程序下載更加方便，也把仿真器和燒錄器的成本給節(jié)省下來了。使用SPCE061A單片機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)，不僅可以學(xué)到單片機(jī)的一些基礎(chǔ)知識，并且學(xué)習(xí)成本低廉，還可進(jìn)一步了解單片機(jī)的發(fā)展方向和接觸到當(dāng)前一些先進(jìn)的技術(shù)。第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/2582.2如何用SPCE061A單片機(jī)開發(fā)一、SPCE061A單片機(jī)開發(fā)的過程傳統(tǒng)的單片機(jī)學(xué)習(xí)硬件方案是“編程器+開發(fā)系統(tǒng)+仿真器”，設(shè)備相互之間各自獨(dú)立，使用者在學(xué)習(xí)或開發(fā)項(xiàng)目時(shí)，需要反復(fù)不停地拔插電纜、芯片、電源等，其繁瑣的連線和復(fù)雜的操作，極大的降低了學(xué)習(xí)和開發(fā)的效率，如稍有不慎就有可能造成器件和設(shè)備的損壞，給使用者帶來不必要的麻煩或損失。而且備齊這些設(shè)備往往需要一筆昂貴的費(fèi)用，大大提高了單片機(jī)學(xué)習(xí)的門檻。SPCE061A單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)系統(tǒng)將開發(fā)軟件、單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)（或稱“實(shí)驗(yàn)板”）、下載線、編程器、仿真器進(jìn)行完美的結(jié)合。SPCE061A單片機(jī)里面整合了進(jìn)行在線編程控制的功能模塊，試驗(yàn)過程中無需拔插任何電纜和芯片，也無需切換電源，配合下載線，就可輕松地將編譯好的代碼下載到開發(fā)系統(tǒng)上進(jìn)行驗(yàn)證或演示，整個(gè)過程只需利用鼠標(biāo)操作即可。也可以使用配套的開發(fā)環(huán)境直接對實(shí)驗(yàn)板上的資源進(jìn)行在線仿真。簡單的說SPCE061A單片機(jī)的開發(fā)過程就是首先在我們開發(fā)環(huán)境中編程，把編好的程序下載到開發(fā)系統(tǒng)上，通過開發(fā)環(huán)境提供的各類調(diào)試窗口進(jìn)行仿真調(diào)試，或者直接運(yùn)行。第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/259二、61板“61板”是SPCE061AEMUBOARD的簡稱，是SPCE061A單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)。通過掛接不同的硬件和下載不同的程序就可實(shí)現(xiàn)各類特定功能的系統(tǒng)。由于具有語音處理的特色，即便是不掛接額外的硬件，下載一些我們開發(fā)環(huán)境下提供的程序就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)讀機(jī)、語音萬年歷之類的系統(tǒng)，這也是一些人把61板稱為一個(gè)準(zhǔn)產(chǎn)品的原因。61板的各功能模塊第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/251061板的各功能模塊第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/251161板的各功能模塊電源區(qū)：為整個(gè)系統(tǒng)提供電源，通常采用系統(tǒng)配套的電池盒進(jìn)行供電，只要放入3節(jié)5號電池就可以滿足供電需求了。下載區(qū)：程序就是通過這邊的接口下載到SPCE061A單片機(jī)的，當(dāng)然，在進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)也能上傳一些硬件信息到開發(fā)環(huán)境中。音頻區(qū)：這里的麥克風(fēng)是用來進(jìn)行語音輸入的，還有一個(gè)喇叭的接口用來進(jìn)行語音播放。SPCE061A與周邊：這就是整塊板子的大腦，所有控制信息都是從這里發(fā)出的，那些周邊器件用來協(xié)助SPCE061A單片機(jī)正常工作。第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/251261板的各功能模塊鍵控區(qū)：采用這幾個(gè)按鍵我們可以做一些簡單的試驗(yàn)，比如說當(dāng)板子里下載了復(fù)讀機(jī)的程序，按這幾個(gè)按鍵就可以分別用來進(jìn)行錄音、暫停和播放，如果下載了語音萬年歷的程序，這幾個(gè)按鍵就可以用來設(shè)定初始時(shí)間和控制播放當(dāng)前時(shí)間等。復(fù)位區(qū)：這里是由幾個(gè)簡單的電子元器件組成，當(dāng)按下這里面的按鍵后，單片機(jī)就重新開始工作，也可以說成是單片機(jī)里的程序從第一條開始重新運(yùn)行。端口區(qū)：用于對外掛硬件的控制，或者獲取外部硬件的一些狀態(tài)以便SPCE061A來進(jìn)行處理。第十三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/2513三、下載線和在線調(diào)試器在線調(diào)試由于61板開發(fā)系統(tǒng)與傳統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的不一樣，下載線和在線調(diào)試器賦予的功能就比較多了，它不僅承擔(dān)著把開發(fā)環(huán)境生成的目標(biāo)代碼灌入單片機(jī)的功能，在進(jìn)行程序調(diào)試時(shí)，它又承載著把單片機(jī)里各功能模塊的當(dāng)前訊息傳送到開發(fā)環(huán)境，以便程序員能夠根據(jù)這些數(shù)據(jù)判斷程序的正確與否，從而進(jìn)行程序的修改，因?yàn)閭魃蟻淼氖菃纹瑱C(jī)內(nèi)部功能模塊的當(dāng)前訊息，所以這個(gè)調(diào)試過程就形象地稱之為在線調(diào)試。下載線和在線調(diào)試器（也稱PROBE）既是一個(gè)編程器（即程序燒寫器），又是一個(gè)實(shí)時(shí)在線調(diào)試器，相對于61板開發(fā)系統(tǒng)來說它們的功能是一樣的。用它們中任意一個(gè)就可以替代在傳統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)過程中常用的兩件工具——硬件在線實(shí)時(shí)仿真器和程序燒寫器。第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/2514三、下載線和在線調(diào)試器第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/2515三、下載線和在線調(diào)試器與61板配套的是下載線下載線的好處是便宜，但它在傳輸數(shù)據(jù)的過程中沒有在線調(diào)試器快，在線調(diào)試器就比較貴了，另外在線調(diào)試器還可以調(diào)試凌陽科技一系列的單片機(jī)，但下載線做不到。在線調(diào)試器SPCE061A單片機(jī)的調(diào)試接口只有2根控制傳輸線，在線調(diào)試器和下載就是通過這兩根傳輸線加上一些同電腦并行口（也稱打印口）商量好的規(guī)則來進(jìn)行聯(lián)絡(luò)（商量好的規(guī)則就是通常在通訊領(lǐng)域所聽說的協(xié)議），由于并行口的信號是多個(gè)口一同發(fā)出的，要把它轉(zhuǎn)換成兩根線的傳輸方式，SPCE061A才能識別，正是在這里出現(xiàn)了下載線和在線調(diào)試器速度上的差別，從上面兩個(gè)圖可以看到在線調(diào)試器比下載線多一些硬件，在線調(diào)試器是通過設(shè)計(jì)一些硬件的邏輯關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換的，而下載線是通過電腦進(jìn)行軟件編程來進(jìn)行轉(zhuǎn)換的，根據(jù)硬件處理通常比軟件處理快的常識，我們就可得出在線調(diào)試器速度快的結(jié)論了。第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/2516四、開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境其實(shí)就是一個(gè)或幾個(gè)電腦上的可執(zhí)行程序，具備如下的功能：程序編寫：可以在開發(fā)環(huán)境里錄入程序。編譯程序：負(fù)責(zé)把程序翻譯成機(jī)器碼。程序下載：把機(jī)器碼下載到仿真板或開發(fā)系統(tǒng)上。61板開發(fā)系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境叫做集成開發(fā)環(huán)境（也稱IDE），除具備上面的三個(gè)功能外還可以組織多個(gè)程序文件形成一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)的項(xiàng)目，這樣更有利于一些大型系統(tǒng)的開發(fā)和各功能模塊的模塊化，還結(jié)合SPCE061A單片機(jī)的硬件提供各類在線調(diào)試窗口，使調(diào)試程序變得更加直觀和簡單還提供一些軟件模擬SPCE061A單片機(jī)仿真的功能，在沒有硬件的情況下也可以完成一些簡單程序的調(diào)試。第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五2023/5/2517四、開發(fā)環(huán)境可以通過集成開發(fā)環(huán)境使用C語言和匯編語言對SPCE061A進(jìn)行編程C語言：高級語言，由一個(gè)叫作編譯器或者是解釋器的軟件將高級語言程序翻譯成特定的機(jī)器語言程序。優(yōu)點(diǎn)是可以很好的組織程序，并且容易讀懂，可以在多種單片機(jī)上運(yùn)行，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語言。缺點(diǎn)是占用硬件資源較多，處理速度和效率沒有匯編高，當(dāng)然這也取決于編譯器的翻譯結(jié)果，匯編語言：因?yàn)閱纹瑱C(jī)或電腦只認(rèn)識“0”和“1”，但人就難于理解，所以后來人們就發(fā)明了一種用文字助記符來表示機(jī)器指令的符號語言，這