單片機(jī)課程設(shè)計(jì)仿真與實(shí)踐指導(dǎo) 第2版 課件第2章 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的工具

1軟件工具2.1硬件工具2.2第2章單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的工具2

邊學(xué)邊實(shí)踐是快速掌握單片機(jī)的途徑，想成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的同學(xué)一定要想方設(shè)法讓自己有機(jī)會進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練.

實(shí)踐可以用Proteus軟件或購買別人開發(fā)的單片機(jī)學(xué)習(xí)板，但最好的方式是自己動手做一個(gè)單片機(jī)應(yīng)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(xué)習(xí)板上完成實(shí)驗(yàn)，可以幫助我們理解知識點(diǎn)，但真正動手實(shí)踐時(shí)還會遇到一系列問題，只有將實(shí)踐中的問題解決了，才真正具有單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。32.1軟件工具

與通用微機(jī)不同，單片機(jī)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(jī)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(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)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(jī)聯(lián)調(diào)或運(yùn)行程序，單片機(jī)應(yīng)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(guān)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(xì)介紹和使用方法，請見下列參考文獻(xiàn)第2章。張?zhí)m紅，鄒華，劉純利.單片機(jī)原理及應(yīng)用(第2版)[M].北京：機(jī)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(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。

在學(xué)習(xí)過程中，只要有一臺電腦，再運(yùn)行用Proteus軟件搭建的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)仿真模型就可以十分逼真地模擬出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。2.1.2Proteus仿真軟件62.1軟件工具

在實(shí)際開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的過程中，硬件投入比較大，在具體的工程實(shí)踐中，如果因?yàn)榉桨赣姓`而要重新進(jìn)行相應(yīng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，就會浪費(fèi)較多的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。若用Proteus軟件先進(jìn)行仿真，等方案成熟后再做硬件，可以節(jié)省大量的時(shí)間與資金。

對于單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，若用Proteus軟件先進(jìn)行仿真，驗(yàn)證硬件和軟件設(shè)計(jì)方案，調(diào)試程序，待仿真的結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求的結(jié)果，再進(jìn)行硬件實(shí)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(xué)生充分觀察運(yùn)行現(xiàn)象，加深對知識點(diǎn)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(jī)的過程，稱為單片機(jī)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(biāo)文件(hex文件)燒寫至單片機(jī)里。

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

整個(gè)過程操作比較麻煩，而且專用燒寫器價(jià)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(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了在系統(tǒng)編程(InSystemProgramming，簡稱ISP)技術(shù)。ISP是指用戶通過PC機(jī)的軟件，把已編譯好的目標(biāo)代碼hex文件通過串行口直接寫入用戶系統(tǒng)的單片機(jī)，不需要將單片機(jī)從電路板上取下到專門的燒錄器上燒錄。

不論單片機(jī)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(jī)，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(jī)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(shè)置波特率，串口等參數(shù)，同時(shí)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(guān)軟件

除了會編寫與調(diào)試程序外，單片機(jī)應(yīng)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(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，電路原理圖和PCB圖的設(shè)計(jì)是兩個(gè)非?；镜募寄?，單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一半以上的功夫會落在系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)和電路板的制作上。122.1軟件工具2.1.4其他相關(guān)軟件可以幫助設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)原理，它們不過是工具而已。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)不展開講這些軟件的使用方法，需要學(xué)習(xí)的同學(xué)可以參考專門介紹電路設(shè)計(jì)的參考書。一件產(chǎn)品設(shè)計(jì)成功后，設(shè)計(jì)說明書的撰寫也非常重要，俗話說“文若其人”，一份好的設(shè)計(jì)說明書能較好地反映出學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)水平，設(shè)計(jì)說明書的撰寫除了要求學(xué)生在文字結(jié)構(gòu)方面用心揣摩、仔細(xì)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(shí)驗(yàn)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(dǎo)線、電子元件來搭建不同的電路，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。因?yàn)槊姘鍩o需焊接，只需要簡單的插接，所以它廣泛應(yīng)用于電子制作與單片機(jī)的入門學(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)圖圖2-4中間部分寬條外觀及結(jié)構(gòu)圖152.2硬件工具2.2.1面包板用面包板搭建電路時(shí)，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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展靈活的優(yōu)點(diǎn)，如在大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，作品通常需要在幾天時(shí)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(jié)構(gòu)萬用板的焊接技巧(2)善于利用元器件的引腳(3)善于設(shè)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(shè)計(jì)、調(diào)試時(shí)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(shè)計(jì)出來的實(shí)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(shè)計(jì)的終極目標(biāo)。(b)焊接好的作品(a)印刷電路板圖2-9模擬多臺設(shè)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(shí)現(xiàn)將USB接口虛擬成一個(gè)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(jī)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(jī)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(gè)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(jī)開發(fā)板的供電也可采用電腦的USB供電，USB接口