微控制器实验开发系统项目设计方案

1 微控制器 实验开发系统 项目设计方案 第一章 微控制器 学实验系统 1 实验开发系统简介 微控制器 实验开发系统充分利用了 微控制器 的片上资源，为开发者提供了一套简便、友好的微控制器实验开发系统，本实验系统支持在线实时调试，与基于仿真器的传统微控制器开发方法有本质不同。 该系统采用 “ 核心 子 板 +母板 ” 的 设计形式 ，如图 1所示 ：把与微控制器直接相关的外围电路设计成一块单独的子板使其成为基本系统，并将必要的引脚用欧式插座引出来；母板部分则扩充了各种外围电路，并通过欧式插座和子板连接。与把所有电路都做在一块 板子上的设计方案相比，子、母板的设计方案兼容性更好：只需更换子板而无需更改母板，便可实现多种微控制器的开发，具有更好的适应性。 同时，可以简便地利用该系统来对芯片的各个外设模块进行一些实验和测试。系统提供了良好的软件和硬件模块接口，可以直观地从母板上观察程序运行的结果，也可以从 实验系统适合高校微控制器教学，同样也能给开发人员评估微控制器性能提供便利。 2 图 1 实验开发系统外观 2实验开发系统特点 微控制器 实验开发系统 ，不仅 支持 核心 子板 ） ，也支持 基本系统（子板）以及其他一些 列微控制器基本系统，也可用于 16 位微控制器。 该系统的特点是： (1) 该系统有“ 监控程序 ” 和 “ 种开发方式；采用 不同 的核心 子板时 的调试方法 也 不尽相同。 “ 监控程序 ”开发方式采用 称仿真终端）；“ 发方式（又称后台调试）采用 (2) 监控程序或者 式 均可以 提供给各种基本的 括程序的下载和运行、汇编和反汇编 、断点设置、单步执行、内存显示修改等等。 系列 板 与 心 子板最大的区别在于 核心 子板具有 称后台调试方式） 接口 ， 而 核心 子板则没有 只能采用 “ 监控程序 ”开发一种方式 。 板 可以采用 “ 监控程序 ”和 “ 两种开发方式。 (3) 利用 列微控制器的在线编程技术， 可以 实现对程序的在线写入和对 储内容的随时修改 ， 可以实现对自编程序的 100%在线实时仿真与监 3 测 。 (4) 母板提供了 基本的 外围功能模块，可辅助完成对并 行 I/O 口、键盘和外部中断、 A/D、 模块的实验和测试。 3 验开发系统 (1) 核心子板（可选用 (2) 应用系统 母板。 (3) 5V 直流电源。 (4) 口电缆。 (5) 终端串口调试、核心子板和母板原理图 （部分） 。 如图 2所示。 图 2 路 图 4 如图 3所示。 该系统采用 需要安装任何驱动程序。只需将核心子板扣在母板指定位置上，并配置好 将其与电源和 4 图 3 采用 须 通过 通常 需要安装驱动程序 ，可用于调试较复杂的程序。 用专用的 编程接口下载用户 程序 到 目标系统。 详见本书第十章。 5 验系统 说明 验开发系统的硬件部分由核心子板与母板组成 。 核心子板包括了 常工作的基本系统，包括 其复位电路、时钟电路、 行口电路等几个部分。对于不同的 本系统，功能略有不同。 母板上提供了多个 基本 外围硬件电路，包括： (1) 电源输入与核心子板的接口定义。 (2) 8位数字量输入、输出电路。 (3) A/ (4) 数码管显示电路。 (5) 键盘和 断信号产生电路。 (6) 入、输出电路。 在 学习 了各外围硬件电路的原理以后， 应 用导线将这些外围电路和 微控制器相应的 I/可以完 成各种实验。母板上提供了许多单孔插座（下文称之为 “导线接插点 ”）以方便导线的插拔 ， 如图 4所示。 5 图 4 母板上 孔插座 需要特别说明的是，在母板上提供了 口插座模块，其信号定义与 端口定义一一对应，并通过两个欧式插座与核心子板上的 名引脚直接相连（除 。 6 第二章 识 (实验 1) 1 实验目的 (1) 学习使用 立工程的过程。 (2) 熟悉 编语言，掌握 编语言对各存储器和寄存器的操作。 (3) 对 部寄存器和存储器的结构分布有一个明确的概念。 2 实验任务 (1) 使用 立工程文件，学会保存工程项目并能打开修改 (2) 编写汇编语言源程序，在 $2000 处放存放八位十六进制数 $ $2100处存放八位十六进制数 $2B，将他们相加后存放于 $2200 处。 (3) 将上一任务的第二个数改为 $复实验，观察标志寄存器的变化。 3 实验说明 有系列的微控制器都可以在 进行软件开发。称 以在不同的操作系统（包括 使用，而且在这些操作系统下的界面完全相同。 仅支持汇编语言，而且支持 C、 C+和 级语言。持深入的 C 语言和汇编语言调试、启动 /停止、单步、设置跟踪触发器、校验 /修改存储器和 C 变量、结构与阵列、以及 全功能的软件模拟调试等 仿真功能。 4 预 习要求 (1) 储区从哪开始？到哪结束？ (2) 寄存器有哪些？各有什么用途？ (3) 标志寄存器有几个有效位？分别代表什么含义？ 5 实验步骤 (1) 打开 建立工程项目。 (2) 向工程项目中写入程序并命名保存项目，能在再次打开 7 时候找到自己建的项目进行修改。 (3) 在 接方式下调试编译程序，查看相应的 识过程 以直接在 司的官方网站 下载到教育版 支持无限制汇编语言和 32K 的 C 语言代码。这里使用的是 。 可以实现对 列芯片源程序编辑、编译及在线仿真的功能，下面 例 简述其使用过程和软件仿真 能 。 (1) 用过程 从程序组中看到如图 5所示的界面，点击 图 5 启动 入编译软件界面， 会出现如图 6 所示画面，单击“ 建一个工程 。 8 图 6 新建工程 选中相应的 图 7，图 8所示，这里应选择所对应的微控制芯片右边方框可选择 此项时不能下载程序到微控制器中，只能进行软件仿真，仍可以查看相应 点击下一步。 当完成基本实验（实验 1实验 5）之后，如果有 可选择此项可通过 9 图 7 选择 图 8 选择 选择编程语言，可以有 3种可选择的开发语言种类 :汇编、 +语言。如果程序是用 ， 存放路径为 D:程名为所示。如果程序是用汇编语言编写的应选择 图 10所示。 10 图 9 选择 图 10 选择汇编 语言路径 11 图 11 为工程填加文件 继续单击“下一步”，如图 11所示，此窗口可以将已有的文件如子程序等添加到工程文件夹内，选择不填加时可直接点击“下一步”。接下来如图 12 14所示，点击“下一步”按默认设置完成工程的创建。每个界面的正下方或左侧的一段英文是对当前选择项的简要说明。 图 12 快速应用开发选择界面 12 图 13 程序模式选择 图 14 工程完成 单击“完成”后，会出现如图 15所示画面，在此窗口就可以开发微控制器程序了。在左边下方小窗口内常用的是 中 面的流水灯实验程序就放在此文件下，如果是比较大的程序，还可以在 中 13 及中断向量号和地址等，可以在编写程序时通过查询此文件来方便、准确地使 用寄存器及各功能模块。 接下来双击 图 16所示，此时已经载入了教材上第 14章的例 14语言程序了。 图 15 14 图 16 C 程序编写界面 在 ，对每个创建的目标 (项目管理器会负责跟踪文件、库、链接顺序、依赖关系、编译器、链接器和其他设置的管理。程文件，可以有软件模拟和硬件仿真两个目标。 (2) 软件仿真 应用 软件仿真 能，可以在无需微控制器硬件的情景下，学习 控制器的几乎全部功能，通常用于初学者和提高用户程序设计效率。这里先通过一个简单程序（两个 16 位无符号数相加的程序）熟悉软件仿真的功能，以及如何在 界面下查看 ;头 文件， 定附加源文件 ;定义一个可用的公共符号 ;当一个绝对文件 产生 时，指定入口 地址 ;量起始地址 ;设置程序的起始 地址 _ # ;初始化 堆栈 ;(H:X)-$0001 15 ;中断使能 ;*主程序 * #$23， $70 ;将加数和被加数放到指定的单元，为加法做准备。 将立即数 ;$23， 送到地址为 $70 的单元中 #$8F， $71 ;将立即数 $23， 送到地址为 $71 的单元中 #$56， $72 ;将立即数 $7B， 送到地址为 $72 的单元中 #$73 ;将立即数 $56， 送到地址为 $73 的单元中 $71 ;将 $71 单元中的内容送到累加器 A，为进行低位字节的加法做 ;准备 $73 ;累加器 A 中的内容与 $73 单元中的内容相加，结果保存在累 ;加器 A 中，如果有进位，进位保存在 存器的 C 中 $75 ;将累加器 A 中的内容送到地址为 $75 的单元中，即将低位运 ;算的结果保存到 $75 的单元中 $70 ;将 $70 单元中的内容送到累加器 A，为进行高位字节的加法做 ;准备 $72 ;带进位加法，累加器 A 中的内容与 $72 单元的内容相加，在 ;低位相加时获得的进位数放在 C 中，结果保存在累加器 A 中。 $74 ;将累加器 A 中的内容送到 $74 单元中，第 2 字节 相 加 的结果送 ; $74 单元中， 进位 放在 C 中，本例进位位 C=0 * ;程序结束，暂停 通过前面的认识 择如图 7所示的 0所示的 图 17所示。 16 图 17 把程序写入如图 18所示 图 18 汇编程序编写界面 点击 现调试 窗口如图 19所示 17 图 19 完全仿真下的调试窗口 可以在 以用单步调试，当调试完前 4步也就是#$73这一步完成后看一下相应寄存器的值，如图 20所示 图 20 完全软仿真下的调试窗口 可以看到此时寄存器 $70-$73的值分别为 #$23， #$8F， #$56， #$8 行完了，可以看到寄存器 $74-$75的值为 #$7A， #$3A，正是 #$238$56图 21所示 图 21 完全仿真下的调试窗口 19 第三章 汇编程序设计 (实验 2) 1 实验目的： 熟悉 验板监控程序的使用方法。 2 实验任务： 将 的 1 个 状态改成“亮灭”进行闪烁。 3 实验说明 : 开发系统的硬件连接 ： 当开发 的 目标板是最小系统 （即核心子板） 的时候，它的连接很简单，对目标板无需任何设置。用一条普通串口线连接开发板的 9芯（串口 2也可以，只要把后面的超级终端设置成 “直接连接到串口 2”就可以了）。 5标板的连接如图 22所 示。 图 22 核心子板 系统的连接 目标板与设计的母板的关系如图 23所示。 20 图 23 核心板插在应用系统母板上 目标板有自己的电源，同时可以通过板上的欧式插座向的母板供电，开发板也可以通过欧式插座供电。 注意：不要同时用 2个电源分别向开发板和母板供电。在没有熟悉和掌握整个开发环境之前，不要将开发板插到应用系统母板上。 4 预习要求： 怎样控制 的状态？ 5 实验步骤： (1) 启动 件。（按照前面所述的方法建立工程，然后编写程序）。 (2) 用导线将实验母板上的 分的柱状 连。 (3) 熟悉 仿真终端（串口）调试模式。 (4) 编写程序，并调试程序。将有错误的程序改正，直至满足控制要求。 (5)通过 口电缆，将编译产生的文件装载到 。观察分析运行结果。 仿真终端（串口）调试模式 应用仿真终端（串口）调试模式，可直接使用 中自带的超级终端软件实现 与开发板的通讯，虽然 自带的超级终端软件比较慢，很多使用 必寻找专 门的通讯软件。 21 接与 设置 ：在计算机不通电的前提下， 通过口电缆将 与 接；开 先打开超级终端，按“开始程序附件通讯超级终端”的顺序点击鼠标，如图 24所示。 图 24 打开超级终端 于是可以得到如图 25所示的窗口。填入名称，这里用 择“确定”。这是给与 块通讯用的通讯协议文件命名，以后再次使用超级终端时直接点击选定的文件名或图标即可，不必再次重复下面的设置。 如果开发板是连接到串口 1，就选“直接连接到串口 1”，如果开发板连接到串口 2，就选“直接连接到串口 2”。选择“确定”，如图 26 所示： 图 25 给通讯协议文件命名 22 图 26 设置使用 27 设置串口通讯协议 使用的串行口通讯协议如图 27所示，使用 9600 波特率， 8 位传送，无奇偶校验，一个停止位，无流量控制或使用 议，并选择“确定”。 块上电以后在超级终端窗口可以看到如图 28所示的内容。这就是进入监控程序之后的提示界面。考虑到监控程序 的平台上可能运行着一个程序，所以提供了 4 秒钟的延时，使选择继续监控程序界面或者直接运行程序。 4 秒钟之内如果键盘有输入就继续监控程序界面，否则直接运行程序，当然如果监控 23 平台上不存在程序，仍然还会继续监控平台界面。图 29为选择继续监控程序之后的界面，这样通讯的串口环境就建立起来了。 图 28 模块上电以后在超级终端窗口得到的监控界面 图 29 监控程序的主交互界面 (1) 监控程序 监控程序建立了一个串口命令方式的开发环境，可以它为平台完成程序初期 24 的开发与调试。 需要说明的是监控程序把 $中 断向量表移到 $，顺序不变。可以使用 $的中断向量表，此中断向量表和 册上的中断向量表顺序相同，只是从 $到了 $控程序起来时，如果串口在 4 秒内没有收到数据，就会检查 $位向量表）是否为 $果不是，说明 有程序。程序 自 动 调 转 到 $。 如果 4秒内串口接到数据或者 $进入监控程序。 (2) 常用命令组合 向实验板下载 程序 先在 过软仿真对程序进行调试，直至达到满意的效果。然后，把编译成功的目标代码下载到实验板上运行。在监控程序的环境中可以使用组合命令 E+L 来下载程序。 注意：为了减小工作量，所有的程序编写和调试都应该在 后在实验板上通过实物连线来验证实现效果。 首先使用 E 命令来擦除片内 接下来使用 L 命令把编译成功的 标文件下载的本地的微控制器内，具体操作如下： 先键入 L，然后按“传送”，选“发送文本文件 ”，如图 30 所示：图 30 在超级终端选项中选“发送文本文件” 25 找到刚才 录下的 “打开（ O）”。如图 31 所示。记住，文件类型要选“所有文件（ *.*），才能看到 件。” 图 31 向开发板发送 录下的 件 这样，程序就下载到微控制器中去了。开发板每接收到 件的一个记录（ 1行），就把代码写入到 ，并在屏幕上显示一个“ *”号，直到文件传送完，如图 32所示。图 32 用 L 命令向开发板下载程序 注意：下载之前一定要先使用 E 把相应的 擦除掉。 26 运行本地程序 运行本地程序是通过修改 针到的程序起始地址实现的，具体操作如下。修改程序计数器 值，按 ，输入当前程序的起始地址，假如下载程序是用 C 语言编辑的， 件中定义的起始地址为 0以输入 1860，再键入 图 33所示，这样程序就跑起来了。图 33 运行程序 (3) 通过 A 端口输出，驱动 8 个 路原理参见图 34。 P T B 0M C 9 S 0 8 A W 6 0 B 7 B 6 B 2 B 3 B 5 B 4 B 1 00000000V C 4 验 电路原理图 27 6 参考程序： ;* *本程序将 连的 1 个二极点亮，并闪烁。 现低电平时亮。 ;* ;头文件， 定附加源文件 ;定义一个可用的公共符号 ;当一个绝对文件 产生 时，指定入口 地址 ;量起始地址 ;设置程序的起始 地址 _ # ;初始化堆栈 ;(H:X)-$0001 ;中断使能 #$53 ;关闭看门狗 #$ ;定义 A 口输出 #$ ;将与 连的二极管点亮 ;调用延时程序 #$ ; 将与 连的二极管熄灭 ; 继续循环 ;* ;* ;延时程序 ;函数功能 :利用寄存器 A， X 实现两重循环 28 ;* #$ff #$ff $ $ $ *中断向量 $ ;复位矢量 29 第四章 通用 I/O 端口控制 (实验 3) 1 实验目的 (1) 掌握 言对 I/O 口的编程操作。 (2) 掌握程序中循环方法。 (3) 学会使用程序延时。 2 实验任务 在与 与相连的柱状 循环显示跑马灯。 3 实验说明 选择 I/中 数据方向寄存器 定 x 端口各引脚是输入还是输出，各个端口的每一个引脚都对应数据方向寄存器中的一位。若 ， 相应的 x 端口的 n 引脚作为输入引脚，读取 返回该引脚值 。 当 ， 相应 x 端口的n 引脚作为输出引脚，读取 返回最后一次写入 值 。 在应用程序设计时，欲将某端口的某个引脚设为输出，通常应先设置该端 口的方向寄存器（即写入 1），然后再向相应端口的数据寄存器 入输出数据（ 0 或 1）。 复位后 所有与 I/O 共用的外围设备功能被禁止，各管脚被默认配置为输入( 0)，斜率控制使能（ 0）、选定低驱动强度（ 0）、内部上拉被禁止（ 0）。 30 实验原理图如图 35 所示 : 图 35 实验原理图 4 预习要求 (1) 查询要使用的各端口的寄存器。 (2) 了解跑马灯的实现方法。 5 实验步骤： (1) 启动 件 。（按照前面所述的方法建立工程，然后编写程序） (2) 编写程序，并 用软仿真模式 调试程序。将有错误的程序改正，直至编译生成可执行的 C 文件 ，注意观察 关寄存器的数据变化 。 (3) 分别用导线将实验母板上的 分的柱状 7 相连。 (4) 在确认 验系统未加电的前提下， 将核心子板的 与 口电缆线相连，启动超级终端。 (5) 接通核心子板的 5V 电源，观察电源指示灯是否正常。 (6) 通过 程序下载 到 存中 。 (如果是用 通过 试器将程序下载到 存中 。 ) (7) 在实验板上运行程序，观察 分析 运行结果。 31 6 参考 C 程序 跑马灯显示程序（直接对 A 口赋值输出）： # /* 中断宏 */ # /* 外设定义包含文件 */ /* 延时子程序 */ i， j， k; i=0;i /* 中断宏 */ # /*外设定义 */ ; /*定义延时时间常数 */ ; /*置为输出 */ ; /*出高电平 */ /*中断使能，选择总线时钟频率， 64 分频 */ /*预置数寄存器高位 */ /*预置数寄存器低位 */ /*开中断 */ ;) _; /* 看门狗计数器复位 */ /定时器 1溢出中断程序 /*关中断 */ 0; /*清中断标志位 */ *反转 出 */ /*开中断 */ /*中断返回 */ 36 7 参考汇编程序： ;*硬件接线 : :指示灯 * ;头文件， 定附加源文件 ;定义一个可用的公共符号 ;当一个绝对文件产生时，指定入口地址 ;量起始地址 ;设置程序的起始地址 _ # ;初始化堆栈 ;(H:X)-$0001 SP ;关总中断 #$53 ;关看门狗 ， ;令指示灯引脚为输出 ， ;初始时，指示灯 暗 #$4E ;中断使能，选择总线时钟频率， 64 分频 #$ ;预置数寄存器高位 #$24 ;预置数寄存器低位 ;开总中断 ;保护 H ， 0， ;若原来灯暗，则变亮 0， ;若原来灯亮，则转暗 ， ;清中断标志位 ;恢复 H *中断向量 $ ;定时器中断向量 $ ;复位向量 37 第六章 键盘和显示 程序设计 (实验 5) 1 实验目的 了解键盘结构，学习键盘中断和数码显示的编程方法，该实验是综合性实验。 2 实验任务 利用实验板上的 44 键盘和数码管，通过编程，实现键盘输入，数码管显示按键数值。 3 实验说明 (1) 键盘内部连接原理图 ,如图 36 所示。 图 36 键盘线路连接图 (2) 数码管显示电路 ，如图 37所示。 图 37 数码管显示电路 38 母板为提供了数码管显示模块。整个模块包括四个选通信号、八个控制 信号。 注 :为了减小 部分没有在图 37中标明。关于 74详细信息可以查阅相关的技术文档。 4 预习要求 预习键盘防抖动的方法和措施。 5 实验步骤： (1) 启动 件。 (2) 编写程序，并调试程序，直至编译生成可执行的 C 文件。 (3) 分别用导线将实验母板上的 分中的 分中的 连， 的 连， 的 (4) 在确认 验系统未加电的前提下， 将核心子板的 与 口电缆线相连，启动超级终端 (如果是使用 将核心子板的 6 针 口与 察调试指示灯是否正常 )。 (5) 接通核心子板的 5V 电源，观察电源指示灯是否正常。 (6)通过 程序下载到 存中 (如果是用 通过 试器将程序 下载到 存中 ) (7) 在实验板上运行程序，观察运行结果 6 参考 C 程序： # /* 中断宏 */ # /*外设定义 */ 6， i=0; /*定义全局变量 */ /*延时程序 */ i=0;i /*中断使能宏 */ #* 外设定义 */ ; *设置为输出 */ /*输出高电平 */ *设置为输出 */ ; /*输出低电平，选通 数码管 */ *设置为输出 */ /*输出高电平 */ *下降沿 /低电平有效，中断使能 */ * 开中断 */ ;) _; 51 /*关中断 */ ; /*清除外部中断标志位 */ ; if(1) if(2) if(3) If(4) if(5) if(6) if(7) if(8) 52 if(9) if(10) if(11) if(12) if(13) if(14) if(15) /*开中断 */ 53 第八章 A/D 转换实验 (实验 7 选作 ) 1 实验目的 了解 A/D 转换原理，学习 A/D 转换和数码显示的编程方法，该实验是综合性实验。（选作） 2 实验任务 利用实验板上 A/D 模块和 数码管，通过编程，实现 可调电压测量的 A/D 转换 ，数码管显示 实际的测量值 。 4 实验说明 （ 1） A/D 转换 电路 目标评估母板为 微控制器 的 A/D 模块提供了 两路模拟电平输入，其原理图如图 39 所示 图 39 A/D 模拟电平输入电路 其 中， 于接入外部电路的待测电平，经过保护电路后，电平被限制在 间，再从 出。用户也可以通过调节可调电阻，在 05V 输出端产生 0 5V 的模拟电平 。 4 预习要求 预习 A/D 原理，复习数码管显示原理。 54 5 实验步骤： (1) 启动 件。 (2) 编写程序，并调试程序，直至编译生成可执行的 C 文件。 (3) 用导线将实验母板上的 05v 与 连， 的 连， 别 与 的 连。 (4) 在确认 验系统未加电的前提下， 将核心子板的 与 口电缆线相连，启动超级终端 。 (如果是用 将核心子板的 6 针 口与 试器相连 ， 观察调试指示灯是否正常 ) 。 (5) 接通核心子板的 5V 电源，观察电源指示灯是否正常。 (6) 通过 程序下载到 存中 (如果是用 通过 试器将程序下载到 存中 ) (7) 在实验板上运行程序，观察运行结果 6 参考 C 程序： #*中断使能宏 */ #* 外设定义 */ =0， 10， 0， 0， 0; /*延时子程序 */ k=0; k D 命令（ 示一段内存的内容。按下 D 键后要填入需要显示的内存的 16 进制起始地址和终止地址，低地址在前，高地址在后。就会显示这一段地址 地址的内容。如图 41 所示 : 59 图 41 D 命令，显示内存中的内容 3 M 命令 M M 命令（ 变 存中的内容。按“ M”后填入要改变的 存地址。然后会显示此 存地址的内容，接着用户可以填入希望改成的内容。修改后会在结尾显示“ 如果 修改成功，则显示修改后内容；如果修改失败，则显示原来内容。如果不需要修改，直接输入回车就指向下一个地址，按“，”键，回到上一个内存地址，按“ .”结束修改。 M 命令如图 42 所示：图 42 用 M 命令显示和修改 存 4 L 命令 下载程序到 ，可识别 式的 件。按“ L”键后，开发板上的微控制器等待接收来自串行口的数据文件。然后选择“发送” “发送文本文件”，找到要下载的 *件，按“打开 (O)”，这样，就把文件下载到 去了， 每成功下载一个 *“，如图 43 所示。注意，发送前文件类型应选“所有文件”。 60 图 43 用 L 命令下载应用程序到 5 E 命令 E 命令（ 擦