單片機(jī)原理與嵌入式設(shè)計(jì) 課件 【ch04】單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)原理與嵌入式設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四章電子設(shè)計(jì)系列教材01最小系統(tǒng)原理圖繪制最小系統(tǒng)原理圖繪制01常見(jiàn)的繪制電路原理圖的軟件有Protel、AltiumDesigner、PowerPCB等，其中AltiumDesigner是由Protel軟件開(kāi)發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)。與原先的Protel軟件相比，AltiumDesigner操作界面更加人性化，AltiumDesigner的使用讓電子設(shè)計(jì)人員能夠高效、快捷地完成電路的設(shè)計(jì)。AltiumDesigner的主要功能如下。電路原理圖設(shè)計(jì):SCH、SCHLIB、各種文本編輯器。電路原理圖是說(shuō)明電路中各個(gè)元器件的電氣連接關(guān)系的圖紙。印制電路板設(shè)計(jì):PCB、PCBLIB、電路板組件管理器。印制電路板是用來(lái)安裝、固定各個(gè)實(shí)際電路元器件并利用銅箔走線(xiàn)實(shí)現(xiàn)其正確連接關(guān)系的一塊基板。最小系統(tǒng)原理圖繪制01常見(jiàn)的繪制電路原理圖的軟件有Protel、AltiumDesigner、PowerPCB等，其中AltiumDesigner是由Protel軟件開(kāi)發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)。與原先的Protel軟件相比，AltiumDesigner操作界面更加人性化，AltiumDesigner的使用讓電子設(shè)計(jì)人員能夠高效、快捷地完成電路的設(shè)計(jì)。AltiumDesigner的主要功能如下。FPGA及邏輯器設(shè)計(jì)。在線(xiàn)仿真與調(diào)試。最小系統(tǒng)原理圖繪制01本節(jié)主要介紹使用AltiumDesigner14繪制單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖,主要包括STC89C51單片機(jī)、電源接口、復(fù)位電路、晶振電路及點(diǎn)亮LED電路。通過(guò)單片機(jī)最小系統(tǒng)的繪制，讓讀者了解使用AltiumDesigner14繪制電路原理圖的基本方法，想要熟練掌握AltiumDesigner14這一強(qiáng)大的電路設(shè)計(jì)工具，需要讀者多動(dòng)手練習(xí)。最小系統(tǒng)原理圖繪制01新建工程打開(kāi)AltiumDesigner14軟件，進(jìn)入AltiumDesigner主界面，如圖所示。最小系統(tǒng)原理圖繪制01新建工程選擇【DXP】→【Preference】，彈出如圖所示參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框，找到【System】→【General】→【Localization】，然后勾選【Uselocalizedresources】前面的復(fù)選框，單擊【Apply】按鈕后再單擊【OK】按鈕，即可將軟件進(jìn)行本地化，將軟件語(yǔ)言設(shè)置為中文，重啟軟件后生效。最小系統(tǒng)原理圖繪制01新建工程重新打開(kāi)軟件，選擇【File】→【New】→【Project...】，彈出新建工程對(duì)話(huà)框，如圖所示。在【Name】處可更改工程的名稱(chēng)，在【Location】處選擇保存工程的位置，其他保持默認(rèn)參數(shù),然后單擊【OK】按鈕，新建工程完畢。最小系統(tǒng)原理圖繪制01新建工程此時(shí)在左側(cè)快捷菜單欄中可看到剛剛新建的工程PCB_Projectl.PrjPcb，右擊此工程，選擇【AddNewtoProject】→【Schematic】，即可建立一個(gè)新的原理圖文檔。按照此步驟重復(fù)進(jìn)行，選擇【AddNewtoProject】→【PCBLibraryY、【AddNewtoProject】→【SchematicLibrary】。這樣就建立了三個(gè)文檔，依次右擊每個(gè)文檔，選擇【Save】進(jìn)行保存，可以修改文檔名稱(chēng)，但不可以修改文檔后綴。保存完畢后，右擊PCB_Projectl.PrjPcb工程，選擇【SaveProject】，工程保存完畢。此時(shí)一個(gè)工程已經(jīng)建立好了,工程的信息如圖所示。最小系統(tǒng)原理圖繪制01添加元件雙擊原理圖文件Sheet1.SchDoc，進(jìn)入原理圖繪制界面，如圖所示。最小系統(tǒng)原理圖繪制01添加元件在窗口右側(cè)有一個(gè)按鈕【庫(kù)..】，單擊它后彈出庫(kù)列表，如圖所示，默認(rèn)含有兩個(gè)元件庫(kù):【MiscellaneousDevices】和【MiscellaneousConnectors】。最小系統(tǒng)原理圖繪制01添加元件這兩個(gè)庫(kù)中含有常用的元件，由于默認(rèn)的初始庫(kù)所含元件并不全面，所以需要用到自己創(chuàng)建的庫(kù)或從其他地方下載的庫(kù)，單擊【Libraries】按鈕，然后在彈出的對(duì)話(huà)框中單擊【添加庫(kù)】按鈕，即可從計(jì)算機(jī)文件夾中進(jìn)行庫(kù)的選擇與添加，如圖所示。最小系統(tǒng)原理圖繪制01添加元件添加電源接口。單擊【庫(kù)...】按鈕，在彈出的對(duì)話(huà)框中選擇【MiscellaneousConnectors】，從下拉菜單中選擇(Header2】,Header2為電源接口的標(biāo)簽,這時(shí)可看到電源接口的模型圖,鼠標(biāo)左擊【Header2】并按住不動(dòng)即可將此元件拖曳到原理圖工作空間中。通過(guò)左擊拖曳即可隨意調(diào)整元件的位置，按空格鍵可以進(jìn)行元件的旋轉(zhuǎn)。另外，鼠標(biāo)左擊元件的同時(shí)，按鍵盤(pán)上的X鍵可沿X軸鏡像該元件，按鍵盤(pán)上的Y鍵可沿Y軸鏡像該元件。最小系統(tǒng)原理圖繪制01添加元件添加電源接口。庫(kù)列表中第二個(gè)框中有個(gè)*號(hào)，可通過(guò)更改*號(hào)在庫(kù)中快速搜索到需要的元件。有的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)右側(cè)沒(méi)有【庫(kù)...】按鈕，這時(shí)需要選擇最上方菜單欄中的【設(shè)計(jì)】→【瀏覽庫(kù)】,然后在界面的右側(cè)就會(huì)出現(xiàn)【庫(kù)..】按鈕了。元件的位置擺好后，雙擊此元件，彈出元件參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框，一般我們只是對(duì)其進(jìn)行【Designator】即標(biāo)簽代號(hào)的更改。例如，我們?cè)贒esignator處將代號(hào)P?改名為Dianyuan，單擊【OK】按鈕完成。最小系統(tǒng)原理圖繪制01添加元件添加STC89C51單片機(jī)?！綧iscellaneousDevices】和【MiscellaneousConnectors】這兩個(gè)庫(kù)中并沒(méi)有單片機(jī)元件，需要自己在Schlib1.SchLib元件庫(kù)文件中繪制。如果用戶(hù)有單片機(jī)元件的庫(kù)，則直接添加庫(kù)即可。最小系統(tǒng)原理圖繪制01制作元件庫(kù)雙擊左側(cè)工程信息欄的Schlib1.SchLib元件庫(kù)文件，工作空間切換到繪制元件界面，如圖所示。最小系統(tǒng)原理圖繪制01制作元件庫(kù)選擇【工具】→【重新命名器件】,彈出重命名對(duì)話(huà)框，將新元件重命名為STC89C51,單擊【確定】按鈕。選擇【放置】→【矩形】,此時(shí)將鼠標(biāo)指針移到工作空間，即可看到有一個(gè)矩形吸附在鼠標(biāo)指針上，找好位置后，鼠標(biāo)左擊放置矩形，右擊取消這一狀態(tài)。放置好矩形后，可使用鼠標(biāo)左擊選中矩形，拖曳其邊緣進(jìn)行高度調(diào)整和寬度調(diào)整。另外，雙擊矩形，可調(diào)整其屬性，如顏色、寬度、位置等。選擇工程信息欄右下角的【SCHLibrary】，結(jié)果如圖所示。最小系統(tǒng)原理圖繪制01制作元件庫(kù)選擇【放置】→【引腳】,為元件添加引腳。引腳放置在矩形上之前按下Tab鍵即可修改引腳的屬性，另外，引腳放置在矩形上后雙擊引腳也可修改引腳的屬性。我們將第一個(gè)引腳的【顯示名字】修改為P1.0，【標(biāo)識(shí)】改為1，其他參數(shù)為默認(rèn)值，然后單擊【確定】按鈕，如圖4-11所示。顯示名字為對(duì)引腳功能的注釋?zhuān)詈冒礃?biāo)準(zhǔn)起名;引腳標(biāo)識(shí)為引腳的序號(hào)，不能隨便寫(xiě)，要與PCB上的封裝對(duì)應(yīng)。將引腳移動(dòng)到矩形左上角，鼠標(biāo)左擊放置。然后鼠標(biāo)左擊選中矩形，按鍵盤(pán)上的空格鍵進(jìn)行引腳方向的調(diào)整，一定要將引腳標(biāo)識(shí)放置在矩形外面，引腳顯示名字放置在矩形內(nèi)部，如圖所示。否則,生成PCB時(shí),無(wú)法與封裝對(duì)應(yīng)。最小系統(tǒng)原理圖繪制01制作元件庫(kù)接著選擇【放置】→【引腳】，序號(hào)會(huì)自動(dòng)遞增，只需修改引腳名稱(chēng)，依次添加單片機(jī)其他引腳。繪制好的STC89C51元件庫(kù)如圖所示。單擊界面上方菜單欄的保存按鈕日，保存文件和工程。單擊界面右側(cè)的【庫(kù)...】按鈕，從下拉菜單中選擇Schlib1.SchLib元件庫(kù)，即可看到里面含有單片機(jī)元件STC89C51，如圖所示。最小系統(tǒng)原理圖繪制01原理圖繪制完成后,我們要對(duì)其進(jìn)行編譯,檢查錯(cuò)誤。鼠標(biāo)右擊原理圖文件,選擇【CompileDocumentSheet1.SchDoc】，開(kāi)始對(duì)文件進(jìn)行編譯，查看編譯信息選擇右下角【System】→【Messages】,如圖所示。最小系統(tǒng)原理圖繪制01系統(tǒng)對(duì)原理圖編譯的結(jié)果如圖所示。從編譯結(jié)果中可以看出，信息顯示為“Compilesuccessful,noerrorsfounds”，這說(shuō)明原理圖編譯成功,無(wú)錯(cuò)誤,下一步就可以進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)了。02最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02雙擊打開(kāi)自建的封裝庫(kù)【PcbLib1.PcbLib】，其初始化界面如圖所示。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02單擊工程信息欄下方的【PCBLibrary】,切換到PCBLibrary信息欄，在信息欄空白處右擊，在列表中選擇【元件向?qū)А?，如圖所示。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02然后單擊【下一步】按鈕，彈出器件圖案對(duì)話(huà)框。由于我們要?jiǎng)?chuàng)建的是PDIP封裝形式的51單片機(jī)，所以在器件圖案中選擇【DualIn-linePackages(DIP)】，即DIP形式的模型，下面的選擇單位為【Imperial(mil),如圖所示。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入焊盤(pán)尺寸編輯對(duì)話(huà)框。經(jīng)查閱STC官網(wǎng)的STC89C51參考手冊(cè),得知其焊盤(pán)的孔徑為21mil(實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可比手冊(cè)值稍大，以便于安裝)，外徑為50mil，如圖所示。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入焊盤(pán)間距編輯對(duì)話(huà)框。經(jīng)查閱STC官網(wǎng)的STC89C51參考手冊(cè),得知它的焊盤(pán)縱向間距即同列的相鄰兩引腳間距為100mil，橫向間距即兩列引腳的間距為600mil，如圖所示。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入外框?qū)挾染庉媽?duì)話(huà)框。默認(rèn)外框?qū)挾葹?0mil，如圖所示。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02單擊【下一步】按鈕，編輯DP名稱(chēng)為C51，如圖所示。單擊【下一步】按鈕，在彈出對(duì)話(huà)框中單擊【完成】按鈕。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02STC89C51的封裝已經(jīng)創(chuàng)建完成，在左側(cè)PCBLibrary信息欄中可以看到多了一個(gè)元件，名稱(chēng)為C51，焊盤(pán)為40，右側(cè)工作空間可看到其封裝，如圖所示。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02雙擊打開(kāi)原理圖文件【Sheet1.SchDoc】,找到STC89C51單片機(jī)，雙擊單片機(jī)，彈出屬性設(shè)置對(duì)話(huà)框，單擊【Add...】按鈕，在彈出的對(duì)話(huà)框中選擇【Footprint》,如圖所示。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02單擊【確定】按鈕，彈出PCB模型選擇對(duì)話(huà)框，單擊名稱(chēng)后面的【瀏覽】按鈕，從彈出的對(duì)話(huà)框中選擇【C51】,如圖所示。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02單擊【確定】按鈕后，回到如圖所示對(duì)話(huà)框，封裝模型中的名字為我們選擇的C51,描述為空,我們可以對(duì)其添加文字用于說(shuō)明模型的作用，其他參數(shù)不更改。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02單擊【確定】按鈕后，又回到了單片機(jī)屬性設(shè)置對(duì)話(huà)框，這時(shí)我們可以發(fā)現(xiàn)，在右下方框中已經(jīng)添加了C51模型，如圖所示,單擊【OK】按鈕完成。繪制STC89C51的封裝最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02單擊【確定】按鈕后，又回到了單片機(jī)屬性設(shè)置對(duì)話(huà)框，這時(shí)我們可以發(fā)現(xiàn)，在右下方框中已經(jīng)添加了C51模型，如圖所示,單擊【OK】按鈕完成。繪制STC89C51的封裝保存原理圖，再次對(duì)其進(jìn)行編譯，檢查錯(cuò)誤。編譯信息為“Compilesuccessful,noerrorsfounds”，則表示編譯成功,無(wú)錯(cuò)誤。最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02首先新建一個(gè)PCB文件。與建立原理圖類(lèi)似，右擊此工程，選擇【AddNewtoProject】→【PCB，即可建立一個(gè)新的PCB文件。生成PCB然后單擊保存按鈕或使用快捷鍵【Ctr+S》，彈出文件保存對(duì)話(huà)框，可以修改文件名稱(chēng)，但不可以修改文件后綴，我們命名此PCB文件為PCB1.PcbDoc。然后右擊工程【PCB_Project1.PrjPcb】,選擇【SaveProject】。最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02雙擊PCB文件【PCB1.PcbDoc】,PCB初始化界面如圖所示。生成PCB最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02選擇菜單欄中的【設(shè)計(jì)】→【UpdateSchematicsinPCB_Project1.PrjPcb】,在彈出的對(duì)話(huà)框中單擊【Yes】按鈕，打開(kāi)如圖所示對(duì)話(huà)框。生成PCB最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02選擇菜單欄中的【設(shè)計(jì)】+【ImportChangesFromPCB_Project1.PrjPcb】，彈出如圖所示對(duì)話(huà)框。生成PCB最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02至此,可以看到原理圖中的所有元件都被一個(gè)陰影層包圍，如圖所示。單擊陰影層,按下鍵盤(pán)上的Delete鍵將陰影刪除,生成PCB最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02此時(shí)的所有元件均在工作空間外，用鼠標(biāo)將所有元件拖曳到PCB工作空間中，然后雙擊元件，即可進(jìn)入元件參數(shù)調(diào)整界面，這里主要是對(duì)元件及其標(biāo)識(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，修改其旋轉(zhuǎn)角度，如圖所示。生成PCB最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02調(diào)整好元件的位置及旋轉(zhuǎn)角度的PCB如圖所示。生成PCB最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02然后，需要為PCB設(shè)置一個(gè)邊框，限制其尺寸。選擇下方布線(xiàn)層的【Keep-OutLayer】即禁止布線(xiàn)層，然后選擇菜單欄中的【放置】→【走線(xiàn)】,此時(shí)鼠標(biāo)指針在PCB工作空間中的狀態(tài)變?yōu)橐粋€(gè)十字線(xiàn)，每單擊一次則可以固定一個(gè)點(diǎn)，我們繪制一個(gè)矩形框,如圖所示。生成PCB最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02在PCB界面下選擇菜單欄中的【設(shè)計(jì)】→【規(guī)則】，我們只設(shè)置電氣規(guī)則【Electrical】和布線(xiàn)規(guī)則【Routing】。設(shè)置布線(xiàn)電氣特性首先設(shè)置電氣規(guī)則,選擇【Electrical】一【Clearance】-→【Clearance】，將最小間隔設(shè)為20mil,即導(dǎo)線(xiàn)間的最小距離為20mil，超出則會(huì)出現(xiàn)綠色線(xiàn)警告，如圖所示。最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02設(shè)置布線(xiàn)電氣特性然后設(shè)置布線(xiàn)規(guī)則，選擇【Routing】→【W(wǎng)idth】→【W(wǎng)idth】，將線(xiàn)寬設(shè)置為20mil，如圖所示。最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02設(shè)置布線(xiàn)電氣特性線(xiàn)寬設(shè)置為40mil，如圖所示。最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02設(shè)置布線(xiàn)電氣特性最后,選擇【Routing】→【Placement】→【ComponentClearance】-【ComponentClearance】,將元件的最小水平間距和最小垂直間距均設(shè)置為20mil，如圖所示。最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02自動(dòng)布線(xiàn)在PCB界面下選擇菜單欄中的【自動(dòng)布線(xiàn)】→【全部】,彈出如圖所示對(duì)話(huà)框。直接單擊【RouteAll】按鈕，開(kāi)始自動(dòng)布線(xiàn)。最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02自動(dòng)布線(xiàn)自動(dòng)布線(xiàn)后的PCB如圖所示。從圖中可看出，自動(dòng)布線(xiàn)的走線(xiàn)較亂，不夠美觀(guān)。這就是自動(dòng)布線(xiàn)的特點(diǎn):布線(xiàn)速度快,但走線(xiàn)較亂，原理圖正確則PCB正確。最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02手動(dòng)布線(xiàn)首先取消自動(dòng)布線(xiàn),選擇菜單欄中的【工具】→【取消布線(xiàn)】→【全部】。然后選擇【TopLayer】或【BottomLayer】，用于不同層面的布線(xiàn)。這里正常布線(xiàn)時(shí)選擇【BottomLayer】層即藍(lán)色線(xiàn)，單擊交叉式布線(xiàn)連接按鈕眇進(jìn)行手動(dòng)布線(xiàn)，手動(dòng)布線(xiàn)的PCB如圖所示。最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02手動(dòng)布線(xiàn)繪制完成后，進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)，選擇菜單欄中的【工具】→【設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)》,彈出對(duì)話(huà)框,如圖所示。最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)02手動(dòng)布線(xiàn)單擊【運(yùn)行DRC】按鈕,檢測(cè)結(jié)果如圖所示。檢測(cè)結(jié)果中含有不合格之處，不合格信息為SilkToSolderMask，即絲印與焊盤(pán)間距太小,這個(gè)問(wèn)題可以忽略，最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)完成。值得說(shuō)明的是，這里最小系統(tǒng)PCB的設(shè)計(jì)僅考慮完成其功能部分，重點(diǎn)介紹了設(shè)計(jì)流程。實(shí)際上PCB設(shè)計(jì)是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié),內(nèi)容眾多,進(jìn)一步的設(shè)計(jì)要求可參考相關(guān)資料。03軟件平臺(tái)Keil的使用軟件平臺(tái)Keil的使用03KeiluVision5的下載與安裝首先打開(kāi)Keil官網(wǎng)，從【Download】→【ProductDownloads】中選擇C51，填寫(xiě)注冊(cè)信息并提交后，頁(yè)面中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)C51的下載鏈接，本書(shū)下載的是C51V960A.EXE,將此文件下載到計(jì)算機(jī)中。下載完畢后，計(jì)算機(jī)中會(huì)有一個(gè)C51V960a.EXE的安裝文件，雙擊此安裝文件，在彈出界面中單擊【Next】按鈕，進(jìn)入軟件協(xié)議界面，勾選【IagreetoallthetermsoftheprecedingLicenseAgreement】復(fù)選框,如圖所示。軟件平臺(tái)Keil的使用03KeiluVision5的下載與安裝單擊【Next】按鈕,進(jìn)入軟件安裝路徑選擇界面，如圖所示。軟件平臺(tái)Keil的使用03KeiluVision5的下載與安裝單擊【Next】按鈕,進(jìn)入用戶(hù)信息填寫(xiě)界面，如圖所示。軟件平臺(tái)Keil的使用03KeiluVision5的下載與安裝繼續(xù)單擊【Next】按鈕，軟件開(kāi)始安裝,如圖所示。軟件平臺(tái)Keil的使用03KeiluVision5的下載與安裝軟件安裝完成后，進(jìn)入如圖所示界面，取消【ShowReleaseNotes】與【Addexampleprojectstotherecentlyusedprojectlist】復(fù)選框的選中狀態(tài)，單擊【Finish】按鈕完成KeiluVision5的安裝。軟件平臺(tái)Keil的使用03建立工程KeiluVision5集成環(huán)境初始化界面分為6部分。標(biāo)題欄:顯示工程的名稱(chēng)與所在位置。菜單欄:主要功能為文件的建立、保存、編輯，工程的建立、調(diào)試，窗口的排列等。工具欄:主要功能為包含文件的建立與保存，操作的撤銷(xiāo)與恢復(fù)，編譯調(diào)試，仿真，輸出HEX文件等快捷按鈕。工程管理窗口:顯示工程所含有的文件信息，如.c和.h文件等。工作窗口:進(jìn)行程序代碼的編寫(xiě)。編譯信息窗口:對(duì)程序進(jìn)行編譯后，在此處顯示錯(cuò)誤與警告信息。軟件平臺(tái)Keil的使用03建立工程建立新工程選擇菜單欄中的【Project】→【NewuVisionProject】，彈出工程命名與保存對(duì)話(huà)框，如圖所示。因?yàn)橐粋€(gè)工程中含有很多小文件，所以通常將一個(gè)工程保存到一個(gè)獨(dú)立的文件夾下。在此給工程起名為test，文件的保存類(lèi)型為默認(rèn)的.uvproj即可，單擊【保存】按鈕。軟件平臺(tái)Keil的使用03建立工程選擇器件保存后彈出微控制器（單片機(jī))選擇對(duì)話(huà)框，選擇【Microchip】下的【AT89C51】。這里需要注意，Keil軟件中沒(méi)有提供STC系列單片機(jī)的微控制器，雖然我們使用的是宏晶公司的STC系列單片機(jī)，但這里選擇的是Atmel公司的AT單片機(jī)，不管哪個(gè)品牌的單片機(jī),只要是以8051為核心的51單片機(jī)，系統(tǒng)就能夠兼容。從右邊的【Description】中可看到對(duì)所選器件結(jié)構(gòu)的描述,單擊【OK】按鈕。軟件平臺(tái)Keil的使用03建立工程新建源文件現(xiàn)在已經(jīng)創(chuàng)建好了一個(gè)空的工程，源代碼組【SourceGroup1】中沒(méi)有任何源程序文件，接下來(lái)需要給工程新建源文件。選擇菜單欄中的【File】→【New】或單擊工具欄的新建文件按鈕，工作空間中出現(xiàn)了一個(gè)名為【Text1】的文本文件，如圖所示。軟件平臺(tái)Keil的使用03建立工程新建源文件單擊工具欄的保存按鈕日，彈出Textl文件保存對(duì)話(huà)框,將其命名為【test.c】，這里的命名我們給其加了后綴.c，表明它是一個(gè)C程序文件，程序的代碼將在這里編寫(xiě)，如圖所示，單擊【保存】按鈕。注意這里的test.c文件與test.uvproj工程同屬一個(gè)文件夾下。軟件平臺(tái)Keil的使用03建立工程給工程添加C文件在工程管理窗口中展開(kāi)Project，右擊【SourceGroup1】，在彈出的快捷菜單中選擇【AddExistingFilestoGroup'SourceGroup1'】，如圖所示。軟件平臺(tái)Keil的使用03建立工程給工程添加C文件然后彈出如圖所示對(duì)話(huà)框，在文件中找到需要添加的【test.c】，單擊【Add】按鈕即可將test.c文件添加到SourceGroup1中，然后單擊【Close】按鈕關(guān)閉這個(gè)對(duì)話(huà)框。軟件平臺(tái)Keil的使用03建立工程給工程添加C文件此時(shí)我們創(chuàng)建好了一個(gè)可編寫(xiě)C程序的工程,如圖所示。從標(biāo)題欄中可看到此工程的位置信息。單擊工程管理窗口中的“+”號(hào)可將工程展開(kāi)，能夠看到SourceGroup1文件夾下包含了子文件test.c。軟件平臺(tái)Keil的使用03程序編譯與測(cè)試在KeilC51環(huán)境下，工程建立好后,需要在C源文件中添加程序代碼,然后對(duì)C源文件進(jìn)行編譯、鏈接與調(diào)試,生成可執(zhí)行文件.hex。使用到的主要按鈕如下。編譯按鈕，編譯當(dāng)前改動(dòng)的源文件，檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤，但并不能生成.hex可執(zhí)行文件。鏈接按鈕，只編譯工程中上次修改的文件及其他依賴(lài)于這些修改過(guò)的文件的模塊，并對(duì)當(dāng)前編譯的文件進(jìn)行鏈接，用于生成.hex文件。謚按鈕含有編譯與鏈接的功能。重新鏈接按鈕，編譯鏈接當(dāng)前工程中的所有文件，用于生成.hex文件。設(shè)置工程按鈕。調(diào)試按鈕，用于軟件仿真調(diào)試。軟件平臺(tái)Keil的使用03程序編譯與測(cè)試程序編譯雙擊【test.c】源文件，在工作窗口中編寫(xiě)程序，編寫(xiě)完成后單擊工具欄保存按鈕顯，然后單擊編譯按鈕多或選擇【Project】-【Translate】,，對(duì)當(dāng)前文件進(jìn)行編譯，在下方的編譯信息窗口中即可看到編譯結(jié)果信息,如圖所示。軟件平臺(tái)Keil的使用03程序編譯與測(cè)試程序編譯但程序的編寫(xiě)往往是一個(gè)不斷改進(jìn)的過(guò)程，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息，如圖所示。一般情況下錯(cuò)誤必須更改，一些不影響功能的警告可以忽略。軟件平臺(tái)Keil的使用03程序編譯與測(cè)試程序鏈接編譯無(wú)誤后，單擊工具欄中的鏈接按鈕臼或選擇【Project】→【BuildTarget】，對(duì)編譯過(guò)的文件進(jìn)行鏈接，在編譯信息窗口中即可看到鏈接信息，如圖所示。鏈接按鈕臼包括編譯與鏈接兩個(gè)功能,可直接單擊此按鈕代替編譯按鈕多。軟件平臺(tái)Keil的使用03程序編譯與測(cè)試程序鏈接程序鏈接成功后，如果不進(jìn)行仿真調(diào)試，則可以生成.hex文件。單擊設(shè)置工程按鈕器，彈出設(shè)置工程對(duì)話(huà)框，選擇【Output】選項(xiàng)卡，勾選【CreateHEXFile】復(fù)選框，如圖所示，單擊【OK】按鈕。軟件平臺(tái)Keil的使用03程序編譯與測(cè)試程序鏈接然后單擊鏈接按鈕臼再次進(jìn)行工程的編譯鏈接,則在編譯信息窗口中看到生成HEX文件信息，如圖所示。注意，設(shè)置工程后一定要單擊鏈接按鈕出，否則將不會(huì)生成HEX文件。軟件平臺(tái)Keil的使用03程序編譯與測(cè)試程序調(diào)試程序編譯與鏈接無(wú)錯(cuò)誤后，即可進(jìn)行軟件調(diào)試與仿真。單擊工具欄的調(diào)試按鈕@或選擇【Debug】→【Start/StopDebugSession】,進(jìn)入軟件調(diào)試狀態(tài)，如圖所示。軟件平臺(tái)Keil的使用03程序編譯與測(cè)試程序調(diào)試在軟件調(diào)試狀態(tài)下，可以設(shè)置斷點(diǎn)、單步、全速、進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部運(yùn)行程序，查看變量變化過(guò)程、模擬IO口電平狀態(tài)變化、查看程序代碼執(zhí)行時(shí)間等。用到的按鈕主要為工具欄中新增的一些調(diào)試按鈕，如圖所示。04單片機(jī)應(yīng)用I/O操作單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹51單片機(jī)內(nèi)部有4個(gè)并行的IO口，分別為PO(P0.0~P0.7)、P1(P1.0~P1.7)、P2(P2.0～P2.7)、P3(P3.0~P3.7)，共32個(gè)引腳。I/O口是單片機(jī)內(nèi)部與外設(shè)（外部設(shè)備）間交換信息的主要通道，可以作為輸出口，直接連接輸出設(shè)備(如發(fā)光二極管、數(shù)碼管、顯示器等)，也可以作為輸入口,直接連接輸入設(shè)備（如按鍵)。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹單片機(jī)與IO外設(shè)通信的關(guān)系如圖所示。P0～P3口的結(jié)構(gòu)基本相同但又有差別，我們先講解一下共同之處:數(shù)據(jù)鎖存器（即專(zhuān)用寄存器PO～P3)、輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)電路。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹數(shù)據(jù)鎖存器——D觸發(fā)器。數(shù)據(jù)鎖存器的圖形符號(hào)如圖所示。對(duì)于D觸發(fā)器來(lái)說(shuō)，當(dāng)D輸入端有一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，如果這時(shí)控制端CP沒(méi)有信號(hào)（也就是時(shí)序脈沖沒(méi)有到來(lái))，那么輸入端D的數(shù)據(jù)是無(wú)法傳輸?shù)捷敵龆薗及反相輸出端Q的。如果控制端CP的時(shí)序脈沖到了，那么輸入端D的數(shù)據(jù)就會(huì)傳輸?shù)絈及Q端。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)來(lái)后，當(dāng)CP端的時(shí)序信號(hào)消失了，輸出端還會(huì)保持著上次輸入端D的數(shù)據(jù)（即把上次的數(shù)據(jù)鎖存起來(lái)了)。如果下一個(gè)時(shí)序控制脈沖信號(hào)來(lái)了，那么D端的數(shù)據(jù)才再次傳送到Q端，從而改變Q端的狀態(tài)。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹即當(dāng)CP=0時(shí),Q保持不變;當(dāng)CP由0變1時(shí)，On+1=Dn。D觸發(fā)器狀態(tài)表如表所示。所以D觸發(fā)器具有接收并記憶信號(hào)的功能。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹輸入緩沖器——受控三態(tài)門(mén)。輸入緩沖器的圖形符號(hào)如圖所示。三態(tài)門(mén)有三個(gè)狀態(tài)，即在其輸出端可以是高電平、低電平，同時(shí)還有一種就是高阻態(tài)?？刂贫薊N=1時(shí)，Y=A;控制端EN=0時(shí),Y=Z。受控三態(tài)門(mén)狀態(tài)表如表所示。受控三態(tài)門(mén)具有對(duì)數(shù)據(jù)傳送起協(xié)調(diào)和緩沖作用的功能。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹輸出驅(qū)動(dòng)電路——場(chǎng)效應(yīng)管。輸出驅(qū)動(dòng)電路的狀態(tài)表如表所示。輸出驅(qū)動(dòng)電路具有反相器的作用。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹51單片機(jī)4個(gè)IO口的工作原理如下。P0口其中一位的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，它由一個(gè)鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器和一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路及多路開(kāi)關(guān)組成。PO口由8個(gè)這樣的電路組成，從圖中可以看出，PO口既可以作為通用I/O口用,也可以作為地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)用。PO口單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹PO口作為通用IO口時(shí)工作原理如下。PO口作為輸出口當(dāng)PO口作為輸出口使用時(shí),內(nèi)部總線(xiàn)將數(shù)據(jù)送入鎖存器,CPU發(fā)出控制信號(hào)“0”封鎖“與”門(mén)，將輸出上拉場(chǎng)效應(yīng)管VT1截止，同時(shí)多路開(kāi)關(guān)MUX打向下面，把鎖存器與輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管VT2柵極接通。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹PO口作為通用IO口時(shí)工作原理如下。PO口作為輸入口在讀輸入數(shù)據(jù)時(shí)，由于輸出驅(qū)動(dòng)電路并接在PO.X引腳上，如果VT2導(dǎo)通，就會(huì)將引腳輸入的高電平拉成低電平，產(chǎn)生誤讀，所以在端口進(jìn)行輸入操作前，應(yīng)先向端口鎖存器寫(xiě)“1”,使VT2截止。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹PO口作為通用IO口時(shí)工作原理如下。PO口作為輸入口當(dāng)PO口作為輸入口使用時(shí)，有兩種讀入方式:讀鎖存器和讀引腳。當(dāng)CPU發(fā)出讀鎖存器指令時(shí)，鎖存器的狀態(tài)由Q端經(jīng)上方的三態(tài)輸入緩沖器1進(jìn)入內(nèi)部總線(xiàn);當(dāng)CPU發(fā)出讀引腳指令時(shí)，鎖存器的輸出狀態(tài)Q=1、=0，場(chǎng)效應(yīng)管VT2截止，引腳的狀態(tài)由三態(tài)輸入緩沖器2進(jìn)入內(nèi)部總線(xiàn)。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹PO口作為地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)時(shí)工作原理如下。P0口作為輸入口在PO口連接外部存儲(chǔ)器時(shí)，CPU使控制端保持高電平，此時(shí)與門(mén)打開(kāi)，控制權(quán)交給了地址/數(shù)據(jù)端，同時(shí)控制端的高電平使多路開(kāi)關(guān)MUX打向上面，接通非門(mén)，VT2始終保持截止?fàn)顟B(tài)，VT1的狀態(tài)取決于地址/數(shù)據(jù)端。此時(shí)PO口工作在地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用方式:若地址/數(shù)據(jù)端為1，則VT1導(dǎo)通，PO.X引腳輸出高電平;若地址/數(shù)據(jù)端為0，則VT1截止，P0.X引腳輸出低電平。即PO.X引腳的電平始終與地址/數(shù)據(jù)端電平相同,這樣就將地址/數(shù)據(jù)的信號(hào)輸出了。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹P1口P1口其中一位的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，它由一個(gè)鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器和一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路組成。P1口由8個(gè)這樣的電路組成，從圖中可以看出,P1口只能作為通用I/O口用。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹P1口P1口工作原理如下。作為輸出口。P1口工作在輸出方式時(shí),數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)部總線(xiàn)送入鎖存器，數(shù)據(jù)為1時(shí)，鎖存器輸出端Q為1，Q端為0，VT截止，P1.X引腳輸出高電平;數(shù)據(jù)為0時(shí)，鎖存器輸出端Q為0，Q端為1，VT導(dǎo)通，P1.X引腳輸出低電平。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹P1口P1口工作原理如下。作為輸入口。P1口工作在輸入方式時(shí)，有兩種讀入方式:讀鎖存器和讀引腳。當(dāng)CPU發(fā)出讀鎖存器指令時(shí)，鎖存器的狀態(tài)由Q端經(jīng)上方的三態(tài)輸入緩沖器1進(jìn)入內(nèi)部總線(xiàn);當(dāng)CPU發(fā)出讀引腳指令時(shí)，先向鎖存器寫(xiě)“1”，鎖存器的輸出狀態(tài)@=0，場(chǎng)效應(yīng)管VT截止，引腳的狀態(tài)由三態(tài)輸入緩沖器2進(jìn)入內(nèi)部總線(xiàn)。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹P2口P2口作為通用I/O口時(shí)工作原理如下。作為輸出口。在控制信號(hào)的作用下，多路開(kāi)關(guān)與鎖存器的輸出端Q接通，數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)部總線(xiàn)送入鎖存器，當(dāng)CPU輸出數(shù)據(jù)為1時(shí)，鎖存器輸出端Q為1，經(jīng)過(guò)非門(mén)，輸出到VT柵極上為0，VT截止,P2.X輸出為高電平;當(dāng)CPU輸出數(shù)據(jù)為0時(shí)，鎖存器輸出端Q為0，經(jīng)過(guò)非門(mén)，輸出到VT柵極上為1，VT導(dǎo)通,P2.X輸出為低電平。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹P2口P2口作為通用I/O口時(shí)工作原理如下。作為輸入口。P2口工作在輸入方式時(shí)，有兩種讀入方式:讀鎖存器和讀引腳。當(dāng)CPU發(fā)出讀鎖存器指令時(shí)，鎖存器的狀態(tài)由Q端經(jīng)上方的三態(tài)輸入緩沖器1進(jìn)入內(nèi)部總線(xiàn);當(dāng)CPU發(fā)出讀引腳指令時(shí)，先向鎖存器寫(xiě)“1”，鎖存器的輸出狀態(tài)=1，經(jīng)過(guò)非門(mén)后變?yōu)?，場(chǎng)效應(yīng)管VT截止，P2.X引腳的電平由三態(tài)輸入緩沖器2進(jìn)入內(nèi)部總線(xiàn)。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹P2口P2口作為地址總線(xiàn)口時(shí)工作原理如下。在控制信號(hào)的作用下，多路開(kāi)關(guān)與地址線(xiàn)接通，此時(shí)輸出外部存儲(chǔ)器的高8位地址。當(dāng)?shù)刂肪€(xiàn)信號(hào)輸出為1時(shí)，經(jīng)過(guò)非門(mén)后輸出變?yōu)?，VT截止，P2.X輸出高電平;當(dāng)?shù)刂肪€(xiàn)信號(hào)輸出為0時(shí)，經(jīng)過(guò)非門(mén)后輸出變?yōu)?，VT導(dǎo)通，P2.X輸出低電平。即P2.X引腳的電平始終與地址端電平相同，這樣就將地址端的信號(hào)輸出了。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹P3口P3口其中一位的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，它由一個(gè)鎖存器、三個(gè)三態(tài)輸入緩沖器和一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路組成。P3口由8個(gè)這樣的電路組成,P3口相比其他I/O口增加了引腳的第二輸入/輸出功能。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹P3口P3口用作第一功能——通用1/O口的工作原理如下。當(dāng)P3口用作第一功能輸出時(shí),第二功能輸出端應(yīng)保持高電平，與非門(mén)為開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)CPU通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)向鎖存器輸出1時(shí)，鎖存器輸出端Q為1，經(jīng)過(guò)與非門(mén),輸出變?yōu)?，VT截止,P3.X引腳輸出高電平;當(dāng)CPU通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)向鎖存器輸出0時(shí)，鎖存器輸出端Q為0，經(jīng)過(guò)與非門(mén),輸出變?yōu)?，VT導(dǎo)通,P3.X引腳輸出低電平。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹P3口P3口用作第一功能——通用1/O口的工作原理如下。當(dāng)P3口用作第一功能輸入時(shí)，該位的鎖存器輸出端Q和第二輸出功能端均需要置“1",經(jīng)過(guò)與非門(mén)后輸出變?yōu)?，保證VT一直處于截止?fàn)顟B(tài)，P3.X引腳的信息通過(guò)三態(tài)輸入緩沖器3和2進(jìn)入內(nèi)部總線(xiàn)，完成讀引腳操作。當(dāng)P3口用作第一功能輸入時(shí)，CPU發(fā)出讀鎖存器指令，鎖存器Q端信息通過(guò)三態(tài)輸入緩沖器1進(jìn)入內(nèi)部總線(xiàn),完成讀鎖存器操作。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作0451單片機(jī)I/O口原理介紹P3口P3口用作第二輸入/輸出功能的工作原理如下。當(dāng)選擇第二輸出功能時(shí)，該位的鎖存器輸出端Q需要置“1”，與非門(mén)為開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙敵鰹?時(shí)，經(jīng)過(guò)與非門(mén)，輸出變?yōu)?，VT截止，P3.X引腳輸出高電平;當(dāng)?shù)诙敵鰹?時(shí),經(jīng)過(guò)與非門(mén),輸出變?yōu)?，VT導(dǎo)通，P3.X引腳輸出為低電平。當(dāng)選擇第二輸入功能時(shí)，該位的鎖存器輸出端Q和第二輸出功能端均需要置“1”，此時(shí)經(jīng)過(guò)與非門(mén)后，輸出信號(hào)為0，保證VT一直處于截止?fàn)顟B(tài)，P3.X引腳的信息經(jīng)過(guò)三態(tài)輸入緩沖器3得到。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作04端口輸入與輸出程序單片機(jī)的I/O口PO~P3是單片機(jī)與外設(shè)進(jìn)行信息交換的橋梁,一方面單片機(jī)可向IO口發(fā)出命令來(lái)控制外設(shè)，另一方面可以通過(guò)讀取IO口的狀態(tài)來(lái)了解外設(shè)的狀態(tài)。下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)了解單片機(jī)端口的輸入與輸出程序。如圖所示，按鍵K1連接最小系統(tǒng)的P1.5引腳，LED連接P2.0引腳，編程實(shí)現(xiàn)按下按鍵K1,LED的狀態(tài)一直取反，即亮滅閃爍。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作04端口輸入與輸出程序程序代碼如下。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作04最小系統(tǒng)的軟件驗(yàn)證首先打開(kāi)KeiluVision5，建立好工程，將程序代碼寫(xiě)入工作空間。單擊工具欄中的設(shè)置工程參數(shù)按鈕惑，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，單擊【Target】選項(xiàng)卡，將【Xtal(MHz)】晶振中的值改為11.0592MHz,如圖所示。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作04最小系統(tǒng)的軟件驗(yàn)證然后單擊【Debug】選項(xiàng)卡，選中【UseSimulator】單選項(xiàng)即軟件調(diào)試,一般默認(rèn)為選中狀態(tài),如圖所示。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作04最小系統(tǒng)的軟件驗(yàn)證接下來(lái)使用KeiluVision5對(duì)程序進(jìn)行軟件調(diào)試。單擊工具欄中的調(diào)試按鈕R，程序調(diào)試窗口如圖所示。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作04最小系統(tǒng)的軟件驗(yàn)證然后單擊工具欄的分析按鈕酈，選擇【LogicAnalyzer】，彈出如圖所示對(duì)話(huà)框，單擊左上角的【Setup】按鈕，彈出信號(hào)分析設(shè)置列表，如圖所示。單擊插入按鈕點(diǎn),根據(jù)程序建立名稱(chēng)為k1與led的信號(hào)，k1信號(hào)用紅色線(xiàn)表示，led信號(hào)用綠色線(xiàn)表示，其他參數(shù)不變。設(shè)置完成后單擊【Close】按鈕關(guān)閉此列表,在左下角【Command】命令窗口中可看到出現(xiàn)了k1與led，表明我們可以在命令行對(duì)k1與led進(jìn)行寫(xiě)入指令操作。單片機(jī)應(yīng)用I/O操作04最小系統(tǒng)的硬件調(diào)試單片機(jī)的安裝單片機(jī)在其頂部位置有一個(gè)缺口，這個(gè)缺口是用來(lái)定位方向的，缺口的左上方為單片機(jī)的1號(hào)引腳，然后依次逆時(shí)針編號(hào)