單片機課程設計仿真與實踐指導 第2版 課件第2章 單片機課程設計的工具

1軟件工具2.1硬件工具2.2第2章單片機課程設計的工具2

邊學邊實踐是快速掌握單片機的途徑，想成為單片機系統(tǒng)設計師的同學一定要想方設法讓自己有機會進行實踐訓練.

實踐可以用Proteus軟件或購買別人開發(fā)的單片機學習板，但最好的方式是自己動手做一個單片機應用系統(tǒng)，哪怕是最簡單的流水燈系統(tǒng)。用軟件仿真軟件和在學習板上完成實驗，可以幫助我們理解知識點，但真正動手實踐時還會遇到一系列問題，只有將實踐中的問題解決了，才真正具有單片機系統(tǒng)設計的能力。32.1軟件工具

與通用微機不同，單片機本身沒有自主開發(fā)能力，必須借助于開發(fā)工具編制、調(diào)試、下載程序或?qū)ζ骷幊獭?0C51單片機最常用的開發(fā)環(huán)境是KeilC51-μVisionIDE(IntegrationDevelopEntironment簡稱IDE)。KeilC51提供了包括C語言編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境μVisionIDE將這些部分組合在一起，可以完成程序編輯、編譯、鏈接功能，并可以與單片機聯(lián)調(diào)或運行程序，單片機應用系統(tǒng)開發(fā)的程序都可以在μVision中開發(fā)，目前最新的版本是μVision5。2.1.1Keil軟件42.1軟件工具關于KeilC51軟件、2.1.2小節(jié)Proteus軟件和2.1.3小節(jié)ISP軟件的詳細介紹和使用方法，請見下列參考文獻第2章。張?zhí)m紅，鄒華，劉純利.單片機原理及應用(第2版)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017.2.1.1Keil軟件52.1軟件工具

英國LabcenterElectronics公司推出的Proteus軟件，可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設模型來對設計進行交互仿真。

在學習過程中，只要有一臺電腦，再運行用Proteus軟件搭建的單片機應用系統(tǒng)仿真模型就可以十分逼真地模擬出實驗現(xiàn)象。2.1.2Proteus仿真軟件62.1軟件工具

在實際開發(fā)單片機應用系統(tǒng)的過程中，硬件投入比較大，在具體的工程實踐中，如果因為方案有誤而要重新進行相應的開發(fā)設計，就會浪費較多的時間和經(jīng)費。若用Proteus軟件先進行仿真，等方案成熟后再做硬件，可以節(jié)省大量的時間與資金。

對于單片機課程設計，若用Proteus軟件先進行仿真，驗證硬件和軟件設計方案，調(diào)試程序，待仿真的結果符合設計要求的結果，再進行硬件實物制作，采用這樣的流程可以起到事半功倍的效果，而且用仿真軟件可以讓學生充分觀察運行現(xiàn)象，加深對知識點的理解和掌握。2.1.2Proteus仿真軟件72.1軟件工具

程序下載到單片機的過程，稱為單片機編程(也稱為燒寫)。

需要用專門的下載軟件將編譯器生成的目標文件(hex文件)燒寫至單片機里。

以前程序下載到單片機中需用專門的燒寫器，使用方法是：先將單獨的一片單片機插到燒寫器插座中，將調(diào)試通過的程序下載到單片機中，再將單片機插回到用戶系統(tǒng)的單片機插座。

整個過程操作比較麻煩，而且專用燒寫器價格較貴。2.1.3在系統(tǒng)編程軟件ISP82.1軟件工具

隨著單片機技術的發(fā)展，出現(xiàn)了在系統(tǒng)編程(InSystemProgramming，簡稱ISP)技術。ISP是指用戶通過PC機的軟件，把已編譯好的目標代碼hex文件通過串行口直接寫入用戶系統(tǒng)的單片機，不需要將單片機從電路板上取下到專門的燒錄器上燒錄。

不論單片機片內(nèi)的存儲器是空白的還是被編程過的，都可以用ISP方式擦除或再編程。在系統(tǒng)編程是Flash存儲器的固有特性，內(nèi)含F(xiàn)lash存儲器的單片機，都可以采用這種方式編程。2.1.3在系統(tǒng)編程軟件ISP92.1軟件工具STC_ISP軟件由STC公司研發(fā)，可以向STC89C51、STC89C52等系列單片機內(nèi)燒寫程序，目前最高版本是STC_ISP_V6.85，下載界面如圖2-1所示，可以設置波特率，串口等參數(shù)，同時STC_ISP軟件還可以作為串口調(diào)試工具，作為串口收發(fā)數(shù)據(jù)的調(diào)試軟件。2.1.3在系統(tǒng)編程軟件ISP102.1軟件工具2.1.3在系統(tǒng)編程軟件ISP圖2-1STC公司的ISP下載界面112.1軟件工具2.1.4其他相關軟件

除了會編寫與調(diào)試程序外，單片機應用系統(tǒng)最終都要做出硬件產(chǎn)品才能發(fā)揮作用。

要做硬件先要設計電路原理圖，電路原理圖調(diào)試通過后，再做成印刷電路板(PrintedCircuitBoard，PCB)，因此對單片機系統(tǒng)設計來說，電路原理圖和PCB圖的設計是兩個非?；镜募寄?，單片機系統(tǒng)設計有一半以上的功夫會落在系統(tǒng)的電路設計和電路板的制作上。122.1軟件工具2.1.4其他相關軟件可以幫助設計電路圖、印刷電路板圖的軟件有很多，常用的有AltiumDesign，AutoCAD，PowerPCB等。這些軟件并不難，只要我們知道設計原理，它們不過是工具而已。課程設計環(huán)節(jié)不展開講這些軟件的使用方法，需要學習的同學可以參考專門介紹電路設計的參考書。一件產(chǎn)品設計成功后，設計說明書的撰寫也非常重要，俗話說“文若其人”，一份好的設計說明書能較好地反映出學生的知識、能力和素質(zhì)水平，設計說明書的撰寫除了要求學生在文字結構方面用心揣摩、仔細斟酌外，還要用到Micro公司的Office軟件、Visio軟件等。132.2硬件工具2.2.1面包板面包板是電路實驗中一種常用的具有多孔插座的插件板，使用者可以在上面通過插接導線、電子元件來搭建不同的電路，從而實現(xiàn)相應的功能。因為面包板無需焊接，只需要簡單的插接，所以它廣泛應用于電子制作與單片機的入門學習中。圖2-2面包板最小單元外觀圖142.2硬件工具2.2.1面包板圖2-3面包板窄條部分外觀和結構圖圖2-4中間部分寬條外觀及結構圖152.2硬件工具2.2.1面包板用面包板搭建電路時，中間寬條用于連接電路，由于凹槽上下是不連通的，所以集成塊一般跨插在凹槽上。上面的窄條取一行做電源，下面的窄條取一行做接地，使用時注意窄條的中間部分不通。插接芯片及電路的圖片如圖2-5所示。圖2-5插接芯片及電路的圖片162.2硬件工具2.2.2萬用板

萬用電路板(簡稱萬用板)是一種按照標準IC間距(2.54mm)布滿焊盤、可按自己的意愿插裝元器件及連線的印刷電路板，簡稱萬用板，又稱“洞洞板”、“多孔板”，如圖2-6所示。相比專業(yè)的PCB制版，萬用板具有使用門檻低、成本低廉、使用方便、擴展靈活的優(yōu)點，如在大學生電子設計競賽中，作品通常需要在幾天時間內(nèi)爭分奪秒地完成，大多使用萬用板。圖2-6萬用板(a)銅板(b)錫板172.2硬件工具2.2.2萬用板圖2-7矩陣鍵盤原理圖及其萬用板焊接電路(b)矩陣鍵盤萬用板正面(c)矩陣鍵盤萬用板反面(a)

矩陣鍵盤電路原理圖182.2硬件工具2.2.2萬用板(6)充分利用雙面板(1)初步確定電源、地線的布局(4)善于利用元器件自身的結構萬用板的焊接技巧(2)善于利用元器件的引腳(3)善于設置跳線(5)善于利用排針(7)充分利用板上的空間192.2硬件工具2.2.3印刷電路板面包板和萬用板一般只在電路設計、調(diào)試時使用，在成熟的電子產(chǎn)品中，電路的載體都是印刷電路板(PCB)，它是針對電路唯一設計出來的實現(xiàn)元器件焊裝及電氣連接的電路板。印刷電路板是功能電路的最終表現(xiàn)形式，是電路設計的終極目標。(b)焊接好的作品(a)印刷電路板圖2-9模擬多臺設備自動循環(huán)控制系統(tǒng)

202.2硬件工具2.2.4下載工具程序下載采用帶有CH340芯片或PL2303芯片的USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器完成。

USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器全稱為USBtoSerialPortModule，它可以實現(xiàn)將USB接口虛擬成一個串口，解決筆記本電腦無串口的苦惱。

圖2-10USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器212.2硬件工具2.2.5電源要使80C51單片機工作，必須提供直流5V電源供電，電源可以采用以下三種方案之一。

(b)焊接好的作品(1)自制直流穩(wěn)壓電源圖2-11STC8952單片機系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源222.2硬件工具2.2.5電源

(2)電源適配器比較省事的方法是到電子市場或網(wǎng)上直接購買一個額定電流不小于500mA、額定電壓5VDC的電源適配器，如圖2-12所示。圖2-12電源適配器232.2硬件工具2.2.5電源(3)USB接口供電單片機開發(fā)板的供電也可采用電腦的USB供電，USB接口