学习情境2音调发声器的设计与制作.doc

单片机应用技术学习情境2 音调发声器的设计与制作21资讯知识准备211 音调发声器系统介绍音调发声器在电子乐器制造企业、各类音乐乐团、音乐学院声乐训练室、广播电视单位的声音控制室、各种录音室、音乐制作室等行业应用非常广泛，音调发声器的类型很多，用途也各不相同。音调发声器主要有两部分组成：音调发生器和控制器。音调发生器产生音调、声调不同的信号，可以机械方式实现，也可电子方法实现，控制器控制音调发生器输出不同的音调、声调信号，经发声器发出声音。控制器可以是机械开关控制方式，也可以是电子控制方式和单片机控制方式。音调发声器的实现有多种方式：机械发声机械控制方式，例如钢琴；电子发声机械控制方式，例如电子琴；电子发声电子控制方式，例如模拟调音台；电子发声单片机控制方式，例如数字调音台等。有机械开关控制方式，电子开关控制方式，软件控制方式。应用单片机对音调发生器实现的控制方式，是一种软件控制方式，这种控制方式具有控制电路简单、控制灵活、操作方便等一系列优点，在声乐训练室、录音室、声音控制室应用非常广泛。从原理上讲,目前声调控制系统有四种类型。它们的特点为第一类是机械电气开关控制方式，这种控制方式应用机械电气开关，控制复杂，连接困难，体积庞大，灵活性差。第二类是用中小规模数字、模拟电路构成,其中包括了组合逻辑电路和时序电路，设计这一类声调控制系统时，要用到数字、模拟电路等知识，电路结构复杂、灵活性差、调试困难。第三类是用可编程逻辑器件PLD构成,可以由FPGA或CPLD组成，设计这一类声调控制系统时，要用到VHDL语言和PLD专用开发软件，有相当的难度。第四类是用单片机构成，单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点。可以由各个厂家、各种类型的单片机及相应的外围电路组成，设计这一类声调控制器时，要用到单片机软硬件、接口及产品开发等很多有关单片机的开发系统知识。因此，应用单片机对声调控制方式优点多，使用广泛。要完成声调控制器的设计制作，首先了解单片机的开发系统。212 单片机的开发系统一个单片机应用系统从提出任务到正式投入运行的过程，称为单片机的开发。开发过程所用的设备称为开发工具。虽然单片机造价低、功能强、简单易学、使用方便，可用来组成各种不同规模的应用系统，但由于它的硬件和软件的支持能力有限，自身无调试能力，因此必须配备一定的研制工具，借助于开发工具来排除应用系统（或称目标系统）样机中的硬件故障，生成目标程序，并排除程序错误。当目标系统调试成功以后，还需要用开发工具把目标程序固化到单片机内部或外部EPROM芯片中。本章简述单片机应用系统设计制造中所必需的开发工具以及用它们调试单片机应用系统的基本方法。2121什么是单片机开发系统单片机应用系统建立以后，电路正确与否，程序是否有误，怎样将程序装入机器等，这都必须借助单片机开发系统（装置），单片机开发系统是单片机编程调试的必需工具。单片机开发系统和一般通用计算机系统相比，在硬件上增加了目标系统的在线仿真器、编程器等部件，所提供的软件除有类似一般计算机系统的简单的操作系统之外，还增加了目标系统的汇编和调试程序等。单片机开发系统有通用和专用两种类型。通用的单片机开发系统配备多种在线仿真器和相应的开发软件，使用时，只要更换系统中的仿真器板，就能开发相应的单片机或微处理器。只能开发一种类型的单片机或微处理器的开发系统称为专用开发系统。功能强、操作方便的单片机开发系统能加快单片机应用系统的研制周期。国外早已研制出这一类功能较全的产品，但价格昂贵，在国内没有得到推广。国内很多单位根据我国国情研制出以8031作为开发芯片的MCS-51单片机开发系统系列产品。例如MICE-51、DVCC-51、SICE、SYBER等。这些产品大部分是开发型单片单板机，通过软件手段达到或接近国外同类产品水平。尽管它们的功能强弱并不完全相同，但都具有较高的性能价格比。2122单片机开发系统的功能单片机开发系统的性能优劣和单片机应用系统的研制周期密切相关。一个单片机开发系统功能强弱可以从在线仿真、调试、软件辅助设计、目标程序固化等几个方面来分析。1 在线仿真功能单片机的仿真器本身就是一个单片机系统，它具有与所要开发的单片机应用系统相同的单片机芯片（如8031或8051等）。当一个单片机用户系统接线完毕后，由于自身无调试能力，无法验证好坏，那么我们可以把应用系统中的单片机芯片拔掉，插上在线仿真器提供的仿真头（参考图2.1），此时单片机应用系统和仿真器共用一块单片机芯片，当在开发系统上通过在线仿真器调试单片机应用系统时，就像使用应用系统中真实的单片机一样，这种觉察不到的“替代”称之为“仿真”。在线仿真器的英文名为In Circuit Emulator(简称ICE)。ICE是由一系列硬件构成的设备。开发系统中的在线仿真器应能仿真目标系统（即应用系统）中的单片机，并能模拟目标系统的ROM、RAM和I/O口。使在线仿真时目标系统的运行环境和脱机运行的环境完全“逼真”，以实现目标系统的一次性开发。仿真功能具体地体现在以下几个方面。1）单片机仿真功能在线仿真时，开发系统应能将在线仿真器中的单片机完整地出借给目标系统，不占用目标系统单片机的任何资源，使目标系统在联机仿真和脱机运行时的环境（工作程序、使用的资源和地址空间）完全一致，实现完全的一次性仿真。单片机的资源包括：片上的CPU、RAM、SFR、定时器、中断源、I/O口以及外部可扩充的程序存储器和数据存储器地址空间。这些资源应允许目标系统充分自由地使用，不应受到任何限制，使目标系统能根据单片机固有的资源特性进行硬件和软件的设计。2）模拟功能在开发目标系统的过程中，单片机的开发系统允许用户使用它内部的RAM存储器和输入输出来替代目标系统中的ROM程序存储器、RAM数据存储器和输入输出，使用户在目标系统样机还未完全配置好以前，便可以借用开发系统提供的资源进行软件的开发。在研制目标系统开始的初级阶段，目标程序还未生成，此时用户编写的程序必须存放在开发系统RAM存储器内，以便于对程序进行调试和修改。开发系统所能出借的可作为目标系统程序存储器的RAM，我们常称之为仿真RAM，开发系统中仿真RAM容量和地址映射应和目标机系统完全一致。对于MCS-51系列单片机开发系统，最多能出借64K字节的仿真RAM，并保持原有复位入口和中断入口地址不变，但不同的开发系统所出借的仿真RAM容量不一定相同，使用时应参考有关说明。2.调试功能开发系统对目标系统软、硬件的调试功能强弱，将直接关系到开发的效率。性能优良的单片机开发系统应具有下列调试功能。1）运行控制功能开发系统应能使用户有效地控制目标程序的运行，以便检查程序运行的结果，对存在的硬件故障和软件错误进行定位。（1）单步运行：能使CPU从任意的程序地址开始执行一条指令后停止运行。（2）断点运行：允许用户任意设置断点条件，启动CPU从规定地址开始运行后，当碰到断点条件（程序地址和指定断点地址符合或者CPU访问到指定的数据存储器单元等条件）符合以后停止运行。（3） 全速运行：能使CPU从指定地址开始连续地全速运行目标程序。（4）跟踪运行：类似单步运行过程，但可以跟踪到子程序中运行。2）目标系统状态的读出修改功能当CPU停止执行目标系统的程序后，允许用户方便地读出或修改目标系统资源的状态，以便检查程序运行的结果、设置断点条件以及设置程序的初始参数。可供用户读出/修改的目标系统资源包括：（1）程序存储器（开发系统中的仿真RAM存储器或目标机中的程序存储器）（2）单片机中片内资源（工作寄存器、特殊功能寄存器、I/O口、RAM数据存储器、 位单元）；（3）系统中扩展的数据存储器、I/O口。3）跟踪功能高性能的单片机开发系统具有逻辑分析仪的功能，在目标程序运行过程中，能跟踪存储目标系统总线上的地址、数据和控制信号的状态变化，跟踪存储器能同步地记录总线上的信息，用户可以根据需要显示跟踪存储器搜集到的信息，也可以显示某一位总线状态变化的波形。使用户掌握总线上状态变化的过程，对各种故障的定位特别有用，可大大提高工作效率。3.辅助设计功能在单片机应用系统中常要扩展EPROM或EEPROM作为存放程序和常数的程序存储器，当应用程序尚未调好之前可借用开发系统的存储器，当系统调试完毕，确认软件无故障时，应把用户应用系统的程序固化到软件辅助设计功能的强弱也是衡量单片机开发系统性能高低的重要标志。单片机应用系统软件开发的效率在很大程度上取决于开发系统的辅助设计功能。1）程序设计语言单片机的程序设计语言有机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言只在简单的开发装置中才使用，程序的设计、输入、修改和调试都很麻烦。只能用来开发一些非常简单的单片机应用系统。汇编语言具有使用灵活、程序容易优化的特点，是单片机中最常用的程序设计语言。但是用汇编语言编写程序还是比较复杂的，只有对单片机的指令系统非常熟悉，并具有一定的程序设计经验，才能研制出功能复杂的应用程序。高级语言通用性好、程序设计人员只要掌握开发系统所提供的高级语言的使用方法，就可以直接用该语言编写程序。MCS-51系列单片机的编译型高级语言有：PL/M51、C-51、MBASIC-51等。解释型高级语言有BASIC-52、TINY BASIC等。编译型高级语言可生成机器码，解释型高级语言必须在解释程序支持下直接解释执行，因此编译型高级语言才能作为微机开发语言。高级语言对不熟悉单片机指令系统的用户比较适用，这种语言的缺点是不宜编写出实时性很强的、高质量的、紧凑的程序。2）程序编辑单片机大都在一些简单的硬件环境中工作，因此大都直接使用机器代码程序。如何将用户系统的源程序翻译成目标程序呢？可借助开发系统提供的软件来完成。通常几乎所有的单片机开发系统都能与PC机连接，允许用户使用PC机的编辑程序编写汇编语言或高级语言编写程序。例如PC机上的EDLIN行编辑和PE、WS等屏幕编辑程序，可使用户方便地将源程序输入到计算机开发系统中，生成汇编语言或高级语言的源文件。然后利用开发系统提供的交叉汇编或编译系统在PC机上，将源程序编译成可在目标机上直接运行的目标程序。由于开发型单片机一般都具有能和PC机串行通信的接口，在PC机上生成的目标程序可通过命令直接传输到开发机的RAM中，这大大减轻了人工输入机器码的繁重劳动。一些单片机的开发系统还提供反汇编功能，并可提供用户宏调用的子程序库，以减少用户软件研制的工作量。4程序固化功能在单片机应用系统中常要扩展EPROM或EEPROM作为存放程序和常数的程序存储器，当应用程序尚未调好之前可借用开发系统的存储器，当系统调试完毕，确认软件无故障时，应把用户应用系统的程序固化到EPROM中去，EPROM写入器就是完成这种任务的专用设备，它也是单片机开发系统的重要组成部分。2123单片机应用系统的调试在完成了用户系统样机的组装和软件设计以后，便进入系统的调试阶段。用户系统的调试步骤和方法基本上是相同的，但具体细节和所采用的开发机以及用户系统选用的单片机型号有关。单片机应用系统调试的一般方法如下。1.硬件调试方法单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不开的，许多硬件故障是在调试软件时才发现的。但通常是先排除系统中明显的硬件故障后才和软件结合起来调试。1）常见的硬件故障（1）逻辑错误样机硬件的逻辑错误是由于设计错误和加工过程中的工艺性错误所造成的。这类错误包括：错线、开路、短路等几种，其中短路是最常见的故障。在印刷电路板布线密度高的情况下 ，极易因工艺原因造成短路。（2）器件失效元器件失效的原因有两个方面：一是器件本身已损坏或性能不符合要求；二是由于组装错误造成的元器件失效，如电解电容、二极管的极性错误，集成块安装方向错误等。（3）可靠性差引起系统不可靠的因素很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏；内部和外部的干扰、电源纹波系数过大、器件负载过大等造成逻辑电平不稳定；另外，走线和布局的不合理等也会引起系统可靠2）硬件调试方法（1）脱机调试脱机调试是在样机加电之前，先用万用表等工具,根据硬件电气原理图和装配图仔细检查样机线路的正确性，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。应特别注意电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并重点检查扩展系统总线是否存在相互间的短路；或其它信号线的短路。对于样机所用的电源事先必须单独调试，调试好后，检查其电压值、负载能力、极性等均符合要求，才能加到系统的各个部件上。在不插片子的情况下，加电检查各插件上引脚的电位，仔细测量各地点电位是否正常，尤其应注意单片机插座上的各点电位是否正常，若有高压，联机时将会损坏开发机。（2）联机调试通过脱机调试可排除一些明显的硬件故障。有些硬件故障还是要通过联机调试才能发现和排除。联机前先断电，把开发系统的仿真插头插到样机的单片机插座上，检查一下开发机与样机之间的电源、接地是否良好。一切正常，即可打开电源。通电后执行开发机读写指令，对用户样机的存储器、I/O端口进行读写操作、逻辑检查，若有故障，可用样机的存储器、I/O端口进行读写操作、逻辑检查，若有故障，可用示波器观察波形（如输出波形、读写控制信号、地址数据波形以及有关控制电平）。通过对波形的观察分析，寻找故障原因，并进一步排除故障。可能的故障有：线路连接上有逻辑错误、有断路或短路现象、集成电路失效等。在用户系统的样机（主机部分）调试好后，可以插上用户系统的其它外围部件如键盘、显示器、输出驱动板、A/D、D/A板等，再对这些部件进行初步调试。在调试中若发现用户系统工作不稳定，可能有下列情况：电源系统供电电流不够，联机时公共地线接触不良；用户系统主机板负载过大；用户系统各级电源滤波不完善等。对于工作不稳定的问题一定要认真查出原因，加以排除。2.软件调试方法软件调试与所选用的软件结构和程序设计技术有关。如果采用模块程序设计技术，则逐个模块调好以后，再进行系统程序总调试。如果采用实时多任务操作系统，一般是逐个任务，下面进一步予以说明。 对于模块结构程序，要一个个子程序分别调试。调试子程序时，一定要符合现场环境，即入口条件和出口条件。调试的手段可采用单步运行方式和断点运行方式，通过检查用户系统CPU的现场、RAM的内容和I/O口的状态，检测程序执行结果是否符合设计要求。通过检测，可以发现程序中的死循环错误、机器码错误及转移地址的错误，同时也可以发现用户系统中的硬件故障、软件算法及硬件设计错误。在调试过程中不断调整用户系统的软件和硬件，逐步通过一个个程序模块。各程序模块通过后，可以把各功能块联合起来一起进行整体程序综合调试。在这阶段若发生故障，可以考虑各子程序在运行时是否破坏现场，缓冲单元是否发生冲突，零位的建立和清除在设计上有否失误，堆栈区域有否溢出，输入设备的状态是否正常，等等。若用户系统是在开发系统的监控程序下运行时，还要考虑用户缓冲单元是否和监控程序的工作单元发生冲突。单步和断点调试后，还应进行连续调试，这是因为单步运行只能验证程序的正确与否，而不能确定定时精度、CPU的实时响应等问题。待全部完成后，应反复运行多次，除了观察稳定性之外，还要观察用户系统的操作是否符合原始设计要求、安排的用户操作是否合理等，必要时还要作适当修正。对于实时多任务操作系统的调试方法与上述方法有很多相似之处，只是实时多任务操作系统的应用程序是由若干个任务程序组成，一般是逐个任务进行调试，在调试某一个任务时，同时也调试相关的子程序、中断服务程序和一些操作系统的程序。逐个任务调试好以后，再使各个任务同时运行，如果操作系统中没有错误，一般情况下系统就能正常运转。在全部调试和修改完成后，将用户软件固化于EPROM中，插入用户样机后，用户系统即能脱离开发机独立工作，至此系统研制完成。2124单片机开发系统举例我们以MICE-51单片机开发系统为例，介绍利用单片机开发系统进行软件和硬件的仿真调试过程。1. 单片机开发系统的连接单片机开发系统在购买时一般包括单片机仿真器及其附件、支持软件工具盘等，它们必须同PC机或兼容机连接起来使用，才能构成一个完整的开发系统，如图2.1所示。图2.1 MICE-51单片机开发系统连接图仿真器通过RS232串行通信电缆与计算机相连，通过扁平仿真电缆将仿真主机的仿真插座与实验板的单片机插座相连，工具软件安装到计算机上。2. 工具软件的安装在计算机硬盘上建立一个子目录MBUG，工具软件盘插入A驱动器，将内容拷贝到新建子目录MBUG中即可。DOS命令如下：CMD MBUGCCD MBUGC:MBUGCOPY A:*.*3. 输入、编辑汇编语言源程序利用DOS提供的EDIT或其它文本编辑软件QE、SK等，输入第一章的程序1、程序2，保存文件时，程序名后缀应为ASM，例如：L1.ASM、L2.ASM。MBUG调试器也提供了文本编辑功能。4. 汇编源程序在计算机上运行MBUG调试软件。C:MBUGMBUG屏幕首先显示MBUG版本号等信息，再按任意键便可进入多窗口工作状态，屏幕中央显示如图2.2所示的主菜单。图2.2 MBUG的主菜单使用“”和“”键移动高亮条到“Assemble”选项，再按回车键（或按“A”键），出现英文提示，按照提示输入源文件名和汇编后的文件名（可以缺省）。汇编完成后，如果程序有错误，屏幕上会给出错误提示，如果没有错误，汇编生成十六进制文件*.HEX。5. 用户程序的装载源程序汇编后生成的十六进制文件必须装载到单片机仿真器的仿真RAM中才能运行。装载过程如下：(1) 打开仿真器的电源，数码管上显示“P”，表示仿真器自检通过，可以使用，否则必须马上关掉电源，检查电源连线和仿真器，直到显示“P”。在程序运行过程中，可随时按仿真器的“MON”键（监控键），系统进入监控状态，显示“P”，或按“RESET”键（复位键），系统复位后，显示“P”。(2) 在MBUG主菜单中，选择Load Program项，按照提示输入十六进制文件名，填写装载程序的起始地址（按回车键为默认值0000H）。(3) 程序装载到仿真器的仿真RAM后，屏幕进入多窗口工作状态，多窗口屏幕格式如图2-3所示。图2.3 MBUG多窗口屏幕格式 在图2.3所示的MBUG多窗口工作状态中，程序窗口用于显示装载到仿真RAM中的用户程序；寄存器窗口用于显示在执行程序过程中所有寄存器的值；存储器窗口用于显示指定存储区域的内容；版本号区域用于显示MBUG的版本。状态行提示的内容有：CPU类型（Ctrl+E改变）、被调试的文件名、仿真模式、与计算机连接的串行口等。热键提示行显示MBUG在调试过程中可以使用的热键，便于用户操作。6. 用户程序的运行用户程序装载到单片机仿真器之后，必须先选择仿真模式。在MBUG与仿真器联机工作状态下，可以用Ctrl+S键在以下四种仿真模式中切换选择：I_PS I_RW单片机模式（取指令、读写数据都在仿真器内部）U_PS I_RW仿真用户程序模式（取指令在用户系统、读写数据在仿真器内部）I_PS U_RW仿真用户数据模式（取指令在仿真器内部、读写数据在用户系统）U_PS U_RW全仿真模式（取指令、读写数据都在用户系统） 当用户程序存放在仿真器的仿真RAM中，控制实验板上的I/O口时，选择仿真用户数据模式，即I_PS U_RW。MBUG提供了断点运行程序（F4）、单步运行程序（F5）、跟踪运行程序（F8）和连续运行程序（F9），调试过程中运行程序最好使用断点、单步或跟踪运行。现在就可以一边运行程序，一边修改硬件实验板或软件，直到运行结果完全达到设计要求。22 计划学习的设想221 学习目的知识目标：1单片机与单片机开发系统2单片机开发系统的功能3单片机开发系统的调试功能 4单片机开发系统的应用能力目标：1.能够掌握单片机开发系统的组成。2.能够掌握单片机开发系统的应用。3.能应用单片机开发系统设计电路。222学习条件教室：用于讨论和自学。多媒体：用于预备知识的讲授及答辩。单片机实训室：拥有50台微型计算机和50套启东Dais单片机实验箱，启东Dais单片机实验箱内部嵌有仿真器并提供开发环境，可完成音调发声器设计的软硬件的验证工作。虚拟仿真实训室：拥有1台服务器和25台微型计算机，并装有服务器版的单片机仿真软件Proteus。Proteus可完成MCS-51单片机的软硬件仿真，可初步验证音调发声器的软硬件设计方案。也可用于自学。数字化综合服务平台：该平台是我院购置的大型教学软件，教师和学生都可登录。教师可上载教学材料供学生使用。在本项目中，该平台为学生复习和自学提供大量资源。223 项目技术要求（1）声调发声器按升调、降调规律不停地循环变化。（2）仿真器来调试程序。（3）单片机开发系统调试功能。224 学习团队 按每班50人计算，25台微机，并考虑到机器有可能损坏，大约23人一组。225 项目设计任务书要求学生填写任务书。 项目设计任务书学习子领域单片机开发系统页数：项 目 名 称音调发声器的设计与制作专 业班 级项目设计人一、项目描述1、项目工作要求（任务书）请根据要求分析设计音调发声器的原理图并实现连接，要求如下：（1）在对单片机开发系统这部分内容进行学习的同时，在掌握单片机开发系统原理的基础上，了解其应用的条件，进而掌握单片机开发系统的理论知识。（2）通过分析音调发声器的电路的工作原理，理解并掌握并会设计音调控制电路与制作。 图2、已具备资料（1）单片机AT89C51基本结构原理图（2）单片机开发系统连接图二、项目资讯1、单片机AT89C51结构原理。2、单片机开发系统的应用。3、调试程序。三、项目计划1、根据设计要求，选择确定设计方案，分析设计原理图并实现连接。2、确定本工作任务需要使用的工具和辅助设备，填写下表。项目名称各工作流程使用的工具辅助设备备注四、项目决策1、分小组讨论，分析阐述各自音调发声器的理解和设计思路。2、老师指导确定最终设计方案和设计电路。3、每组选派一位成员阐述设计方案。五、项目实施1、 设计前的准备工作具体有哪些？2、设计时要注意哪些事项？3、选择电路的流程？主要注意什么问题？4、音调发声器原理图中器件如何选择？选择器件型号时的注意事项？5、如何对设计好的原理图进行检测？如何排除错误处？6、你认为完成该项工作需要注意哪些事项？7、工作过程中如何提升效率？提出你的建议。8、对整个工作的完成进行记录。六、项目检查1、学生填写检查单。2、教师填写评价表。3、撰写音调发声器的电路图的设计说明书。七、项目评估1、小组讨论，自我评述完成情况及发生的问题，小组共同给出提升方案和效率的建议。2、小组准备汇报材料，每组选派一人进行汇报。3、老师对方案评价说明。4、整理相关资料，列表说明项目资料及资料来源，注明存档情况。 项目名称项目资料名称资料来源存档备注5、成品上交资料备注。项目名称音调发声器的设计与制作上交资料名称项目设计方案音调发声器的设计方案项目进度表项目总结报告七、备注（需要注明的内容）指导老师评语：项目完成人签字：日期：年月日指导老师签字：日期：年月日23 决策项目方案的设计231 项目实施的器材设备(1) 设备：单片机开发系统。(2) 器件器件包括AT89C51、74LS240、发声器模块、8个1 k电阻.232 项目实施的要求(1)根据给的实验器材设备完成的发声器按升调、降调规律不停地循环变化的电路设计；（2）独立完成电路的制作与检查；（3）完成源程序的输入、调试与运行。233项目实施的参考电路 图2.4是单片机开发系统的连接图，图2.5是单片机实现音调发声器电路图的参考电路，学生根据掌握的知识也可自己设计实施项目的电路。图2.4单片机开发系统的连接图，图2.5单片机实现音调发声器电路24 实施制作过程241 连接电路根据自己设计的电路或提供的参考电路首先将计算机、单片机仿真器及实验板连接起来。这一步是使用单片机开发系统的必需步骤。然后再将AT89C51的P1口与音调发生器一一连接(电路中74LS240为反相驱动器)。注意仿真器和实验板电源的正确连接。242 输入源程序输入、编辑汇编语言源程序。先打开计算机中的仿真软件，进入仿真环境，新建源文件，输入下面的程序。注意，分号后面的文字为说明文字，输入时可以省略。保存文件时，程序名后缀应为.asm，例如音调发生器2.asm。程序 ；说明 ORG 0000H；程序从地址0000H开始存放 MOV A，#0FEH；把立即数FEH送ASTART：MOV P1，A ；把A送P1口，音调发生器 1发声 RL A ；左移 ACALL DELAY ；延时 AJMP START ；重复发声DELAY：MOV R3，#200 ；延时(200 ms)子程序开始音调发生器2： MOV R4，#250 音调发生器1： NOP NOP DJNZ R4，DEL1 DJNZ R3，DEL2 RET ；子程序返回 END ；汇编程序结束注：下一次打开该文件时，可直接用Open命令打开。243启动单片机开发系统调试软件使用的单片机开发系统不同，所用的调试软件也不同。例如：MICE-51单片机开发系统的调试软件是MBUG，Insight-51单片机开发系统的调试软件是Medwin，美国Keil Software公司出品的51单片机开发系统的调试软件是Keil。不同的调试软件，其功能大致相同。在调试软件中，可完成以下操作： 打开(Open)上一步输入的汇编语言源程序文件。 将汇编语言源程序汇编(Assembly)，生成十六进制文件。 将汇编后生成的十六进制文件装载(Load)到单片机开发系统的仿真RAM中。244运行及调试程序 运行(Execute)程序，观察实验板上音调发生器状态。 单步运行(Step)程序，观察每一句指令运行后实验板音调发生器发声状态。245修改、运行程序将程序的第2行MOV A，#0FEH修改为MOV A，#01H，重复步骤(2)步骤(4)。246结果与检查接上电源启动运行，观察音调发生器发声状态。若不符合设计的要求，对硬件电路和软件进行检查调试。1硬件电路检测首先，应便于检查、排除故障和更换器件。在制作过程中，有错误布线引起的故障，常占很大比例。布线错误不仅会引起电路故障，严重时甚至会损坏器件，因此，注意布线的合理性和科学性是十分必要的，正确的布线原则大致有以下几点：1）接插集成电路芯片时，先校准两排引脚，使之与实验底板上的插孔对应，轻轻用力将芯片插上，然后在确定引脚与插孔完全吻合后，再稍用力将其插紧，以免集成电路的引脚弯曲，折断或者接触不良。2）不允许将集成电路芯片方向插反，一般IC的方向是缺口（或标记）朝左，引脚序号从左下方的第一个引脚开始，按逆时钟方向依次递增至左上方的第一个引脚。3）导线应粗细适当，一般选取直径为0.60.8mm的单股导线，最好采用各种色线以区别不同用途，如电源线用红色，地线用黑色。4）布线应有秩序地进行，随意乱接容易造成漏接错接，较好的方法是接好固定电平点，如电源线、地线、门电路闲置输入端、触发器异步置位复位端等，其次，在按信号源的顺序从输入到输出依次布线。5）连线应避免过长，避免从集成器件上方跨接，避免过多的重叠交错，以利于布线、更换元器件以及故障检查和排除。6）当电路的规模较大时，应注意集成元器件的合理布局，以便得到最 佳布线，布线时，顺便对单个集成器件进行功能测试。这是一种良好的习惯，实际上这样做不会增加布线工作量。7）应当指出，布线和调试工作是不能截然分开的，往往需要交替进行，对大型电路元器件很多的，可将总电路按其功能划分为若干相对独立的部分，逐个布线、调试（分调），然后将各部分连接起来（联调）。电路不能完成预定的逻辑功能时，就称电路有故障，产生故障的原因大致可以归纳以下四个方面：1）操作不当（如布线错误等）2）设计不当（如电路出现险象等）3）元器件使用不当或功能不正常4）仪器（主要指数字电路实验箱）和集成器件本身出现故障。因此，上述四点应作为检查故障的主要线索，以下介绍几种常见的故障检查方法：(1) 查线法由于大部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路是否插牢、集成电路是否插反等。(2) 观察法用万用表直接测量各集成块的Vcc端是否加上电源电压；输入信号、时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障。(3) 信号注入法在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而确定该级是否有故障，必要时可以切断周围连线，避免相互影响。(4)信号寻迹法在电路的输入端加上特定信号，按照信号流向逐级检查是否有响应和是否正确，必要时可多次输入不同信号。(5) 替换法对于多输入端器件，如有多余端则可调换另一输入端试用。必要时可更换器件，以检查器件功能不正常所引起的故障。(6) 动态逐线跟踪检查法对于时序电路，可输入时钟信号按信号流向依次检查各级波形，直到找出故障点为止。(7) 断开反馈线检查法对于含有反馈线的闭合电路，应该设法断开反馈线进行检查，或进行状态预置后再进行检查。以上检查故障的方法，是指在仪器工作正常的前提下进行的，如果电路功能测不出来，则应首先检查供电情况，若电源电压已加上，便可把有关输出端直接接到01显示器上检查，若逻辑开关无输出，或单次CP无输出，则是开关接触不好或是内部电路坏了，一般就是集成器件坏了。需要强调指出，经验对于故障检查是大有帮助的，但只要充分预习，掌握基本理论和实验原理，就不难用逻辑思维的方法较好地判断和排除故障。.软件的调试本系统的软件系统不是很大，全部用汇编语言来编写，选用一般的伟福仿真器对汇编语言进行调试。除了语法差错外，当确认程序没问题时，通过直接下载到单片机来调试。采取的是自下到上的调试方法，即单独调试好每一个模块，然后再连接成一个完整的系统，最后完成一个完整的系统调试。. 统调系统做好后，进行系统的完整调试。主要任务是检验实现的功能及其效果并校正数值。根据实测数据，逐步校正数据，使测量结果更准确。单片机软件先在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。147结果与分析(1) 利用单片机开发系统运行、调试程序的步骤一般包括：输入源程序、汇编源程序、装载汇编后的十六进制程序及运行程序。(2) 为了方便程序调试，单片机开发系统一般提供以下几种程序运行方式：全速运行(简称运行Execute)、单步运行(Step)、跟踪运行(Trace)、断点运行(Breakpoint)等。全速运行可以直接看到程序的最终运行结果，本实训中程序的运行结果是实验板上声调发声器按升调、降调规律不停地循环变化。单步运行可以使程序逐条指令地运行，每运行一步都可以看到运行结果。单步运行是调试程序中用得比较多的运行方式。跟踪运行与单步运行类似，不同之处在于跟踪运行可以进入子程序运行。试将本实训中的程序跟踪运行，观察它与单步运行过程的不同。断点运行是预先在程序中设置断点，当全速运行程序时，遇到断点即停止运行，用户可以观察此时的运行结果。断点运行给调试程序提供了很大的方便。试将本实训中的程序进行断点运行，观察其运行过程。(3) 程序调试是一个反复的过程。一般来讲，单片机硬件电路和汇编程序很难一次设计成功，因此，必须反复调试，不断修改硬件和软件，直到运行结果完全符合要求为止25 检查过程中的学习状态的反馈251 知识型习题2.1 单项选择题。(1) 仿真器的作用是( )。A. 能帮助调试用户设计的软件 B. 能帮助调试用户设计的硬件 C. 能帮助调试用户设计的硬件和软件 D. 只能做各种模拟实验(2) 使用单片机开发系统调试程序时，对原程序进行汇编的目的是( )。 A. 将源程序转换成目标程序 B. 将目标程序转换成源程序C. 将低级语言转换成高级语言 D. 将高级语言转换成汇编语言(3) 使用单片机开发系统调试汇编语言程序时，首先应新建文件，该文件的扩展名是( )。A.c B.hex C.bin D.asm(4) 单片机能够直接运行的程序是( )。A. 汇编源程序 B. C语言源程序 C. 高级语言程序 D. 机器语言源程序253 技能型习题2.2 什么是单片机应用系统？什么是单片机开发系统？为什么研制单片机应用系统必须要有开发装置？2.3 常用的单片机开发系统有哪些类型？应如何选用？2.4 一般来说开发系统应具备哪些基本功能？2.5 开发单片机应用系统的一般过程是什么？253综合检查表学习情镜检查单项目名称项目承接人编 号音调发声器的设计与制作检查人 检查开始时间 检查结束时间检 查 内 容是否软件设计：1、文件命名是否正确2、是否有流程图3、存储器分配是否合理4、程序书写是否美观、规范4、开发系统的连接、设置是否正确5、硬件连接是否正确6、原理图正确美观，符合作图规范安全操作与环保：1衣冠整洁、大方2遵守劳动纪律，操作台位保持整干净。3工作认真细致，培养一丝不苟的敬业精神4严格遵守本专业操作规程，符合安全文明生产要求请简练描述你本项目的整个工作过程：教师审核：项目承接人签名检查人签名老师签名26 评估总结和提高261 项目总结2611 项目总结的要求 对知识点和技能点都要总结。2612 项目总结的范例 单片机的开发系统是单片机应用系统设计的重要组成部分，介绍了单片机开发系统的概念、功能及使用。由于目前市场上流行的单片机开发系统很多，尤其是今年来各大单片机厂商推出了Windows界面下的单片机开发系统，因此本章没有强调单片机开发系统的具体型号，从宏观上介绍了单片机开发系统的组成、功能及调试步骤和方法。最后以MICE-51单片机开发系统为例简介了程序调试运行过程。本章介绍了单片机的初步使用方法，对单片机开发系统的深入认识和熟练应用必须在以后章节中逐步建立起来。单片机的开发系统包括单片机仿真器及其附件、支持软件工具盘等，它们必须同PC机或兼容机连接起来使用，才能构成一个完整的开发系统。单片机应用系统建立以后，电路正确与否，程序是否有误，怎样将程序装入机器等，这都必须借助单片机开发系统（装置），单片机开发系统是单片机编程调试的必需工具。单片机开发系统和一般通用计算机系统相比，在硬件上增加了目标系统的在线仿真器、编程器等部件，所提供的软件除有类似一般计算机系统的简单的操作系统之外，还增加了目标系统的汇编和调试程序等。单片机开发系统有通用和专用两种类型。通用的单片机开发系统配备多种在线仿真器和相应的开发软件，使用时，只要更换系统中的仿真器板，就能开发相应的单片机或微处理器。程序设计的关键是掌握解题思路。程序设计的步骤一般分为：题意分析、画流程图、分配寄存器和内存单元、源程序设计、程序调试等。 程序设计中还要注意单片机软件资源的分配，内部RAM、工作寄存器、堆栈、位寻址区等资源的合理分配对程序的优化、可读性和可移植性等起着重要作用。本设计以单片机为核心，采用MCS-51 MCU结构，以音调发生器为控制对象，实现音调发生器按升调、降