[工学]《mcs-51单片机原理与应用》第2章 单片机开发快速入门

2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,1,本章导读本章以AT89C2051单片机控制的单灯闪烁实验为例，来阐述集编辑、编译、连接、调试、仿真于一体的著名51工具软件Keil Vision3的设置和使用，让读者一开始就初步掌握单片机开发过程，在动手中迅速入门，建立起单片机软硬件控制的整体概念。,第2章 单片机开发快速入门,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,2,用AT89C2051单片机控制一个LED灯的亮与灭。2.1.1 AT89C2051引脚功能AT89C2051是Atmel公司生产的一种低功耗、高性能CMOS八位单片机, 20个引脚的双列直式芯片,其实物外形如图2.1（a）所示。单片机的基本功能部件都集成在这个小小的芯片中,AT89C2051是40个引脚AT89C51的简化版，电气特性都与AT89C51基本一样,2.1 初识单片机 1,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,3,只是FEPROM容量减少到2KB,I/O口线,减少到15个。AT89C2051是PDIP封装,引脚排列如图2.1（b）。对比上面两个图,容易看出引脚的排列规律。引脚功能说明：（1）VCC:电源输入,12MHz下电压范围为2.7V6.0V。（2）GND:接地端。（3）RST:复位输入。晶振工作时，RST引脚持续保持2个机器周期高电平将使单片机复位。（4）XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。（5）XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。（6）P1.0P1.7，P3.0P3.5、P3.7共15个I/O引脚。引脚的第二功能,在图2.1（b）中是用括号括起来的。,2.1 初识单片机 2,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,4,1. 单灯闪烁的硬件线路AT89C2051控制单灯闪烁的完整电路如下图2.2所示, 只需一个引脚P1.0控制LED灯的亮与灭。在图2.2中, 电源电压是5V,即第20脚VCC接正极,第10脚,2.1.2 AT89C2051控制的单灯闪烁 1,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,5,GND接负极。单片机振荡电路：在4脚和5脚间接12MHz晶振T1,T1两端分别接两只20pF小电容到地,以保证振荡器稳定。C3和R2组成了高电平复位电路。P1.0引脚与LED阴极相连,采用了P1.0低电平直接驱动LED电路。当P1.0为高电平时,LED没有正向偏压而不会点亮;只有当P1.0为低电平时,LED因正向偏置而点亮。R1是LED的限流电阻,流过LED的电流I可以用以下公式估算：I =（5V-VD）/ R1 ,其中VD是LED的导通压降,在1.51.8V之间。2. 单灯闪烁的汇编源程序控制要求:单灯闪烁间隔为0.1s。P1.0置1: SETBP1.0,并延时0.1s使LED熄灭。P1.0清0: CLR P1.0,延时0.1s使LED点亮。,2.1.2 AT89C2051控制的单灯闪烁 2,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,6,ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART:CLR P1.0;使P1.0=0，LED点亮ACALL DELAY;调用0.1秒延时子程序，等待0.1秒SETB P1.0;使P1.0 =1，LED熄灭ACALL DELAY;调用0.1秒延时子程序，等待0.1秒LJMP START;返回到标号START处再循环DELAY:MOV R0,#255;延时子程序，延时0.1秒D1:MOV R1,#195DJNZ R1,$DJNZ R0,D1RETEND START,2.1.2 AT89C2051控制的单灯闪烁 3,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,7,汇编源程序需要在Keil Vision3软件中编辑、汇编,直到最后得到对应的十六进制代码的目的文件,然后用编程器将该文件写入到89C2051中。将固化好的芯片插入用户板的座子上,就可以进行本实验了。Keil Vision3是Keil C51（V8.02）工具包中的一个重要组件,Vision3是用于多种8051MCU的集成开发环境(IDE，Integrated Development Environment),集编辑、编译、连接、调试、仿真于一体，支持汇编和C语言的程序设计。Vision3提供对多种最新的8051类MCU支持,其内嵌的仿真器不但可以对目标系统进行实时在线仿真,而且允许模拟仿真, 从而对没有仿真器的用户带来了便利。,2.2Keil Vision3软件的安装与界面,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,8,2.2.1 Keil Vision3软件的安装 1,1. Keil Vision3软件的安装供学习目的用的Keil C51最新版V8.02的安装步骤：（1）双击安装执行文件c51v802.exe,出现安装向导,一路按提示进行,直到结束。若选用默认的安装路径,Vision3就安装在c:keiluv3目录中,同时在桌面会出现一个Vision3的执行图标： 。（2）双击Vision3的执行图标,首次运行此软件时,要选择菜单命令：“File_License Management”,在弹出窗口的“New License ID Code”中输入注册码,然后单击Add LIC；成功的标志是在此窗口中注册码行的末端可以看到软件的使用期限。（3）复制ccKeilVxx.exe文件到c:keilc51bin下面并,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,9,2.2.1 Keil Vision3软件的安装 2,运行它,以修正0xFD的BUG。（4）双击keil C51的汉化执行文件“汉化程序.exe”,执行完后,就可以在中文环境中使用此软件了。2 Keil Vision3软件的启动双击桌面上Keil Vision3图标 ,先出现的是软件的Logo窗,如图2.3所示。几秒后即出现Vision3的IDE窗口,如图2.4所示。,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,10,2.2.2 Keil Vision3 软件的界面 1,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,11,2.2.2 Keil Vision3 软件的界面 2,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,12,2.2.2 Keil Vision3 软件的界面 3,表2.1列出了几个常用按钮的功能,以及对应的快捷键和菜单命令,这些按钮以后会陆续用到的。,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,13,以单灯闪烁程序说明Keil Vision3集成开发环境使用。2.3.1如何创建一个新工程1. 创建新工程选择菜单命令：“工程_新建工程”,如图2.5所示。在弹出的如图2.6所示“Create New Project”窗口中,选择工程文件存放的路径并输入文件名,2.3Keil Vision3集成开发环境使用之一 1,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,14,oneled.Uv2,单击“保存”按钮。单灯闪烁工程文件就建立了,可以看到在工程区创建了缺省的目标target1和文件组Source Group1,如图2.7所示。若看不到此目录结构,可以单击工程区下部的File标签。,2.3Keil Vision3集成开发环境使用之一 2,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,15,接着,会弹出如图2.8所示选择CPU厂家和型号的对话框, 应选择Atmel公司的89C2051,在窗口的右边栏中将同时显示所选的单片机的简要说明,然后单击“确定”按钮。,2. 选择CPU厂家和型号,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,16,3. 复制启动代码到工程这时会弹出如图2.9所示的对话框,对于大多数器件Vision3会询问是否将CPU的特殊启动代码拷贝到工程中。如果工程中需要使用这些启动代码,选择“是（Y）”；如果不使用Keil编写启动代码,或者是库工程文件以及附加工程文件,则选择“否（N）”。这里单击“否（N）”，工程创建完成。,2.3Keil Vision3集成开发环境使用之一 4,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,17,1. 创建新源文件选择菜单命令：“文件_新建”, 在主工作区打开一个空源文件编辑窗。建议先保存该空白的文件,用菜单命令：“文件_另存为”,在弹出的如图2.10所示“另存为”窗口中,输入文件名oneled.asm。注意,对于汇编源程序,其扩展名asm也必须输入；单击“保存”按钮,将此文件保存在同一工程文件夹中。新文件成功创建。,2.3.2如何创建新源文件 1,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,18,2. 将源文件添加到工程输入完源程序后,移动鼠标到工程区,单击“Target 1”前面的“+”号,展开后在“Source Group 1”上单击鼠标右键,将弹出一个快捷菜单,屏幕如图2.11所示。,2.3.2如何创建新源文件 2,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,19,在快捷菜单中选择并单击“Add File to Group Source Group 1”命令,在出现如图2.12所示“Add File to Group Source Group 1”窗中,选择要加入的文件oneled.asm,单击“Add”按钮, 再单击“Close”按钮,关闭此窗口。,2.3.2如何创建新源文件 3,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,20,如果源文件已存在,同样可用此法把它添加到工程中。添加源程序文件后的Vision3窗口如图2.13所示。,2.3.2如何创建新源文件 4,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,21,2.4.1如何编译连接工程程序代码编写完成后需要编译连接生成目的代码,然后进行模拟仿真或硬件调试。选择菜单命令：“工程_创建目标”,就会对源文件进行编译、连接。如果有错误或警告产生,就会在输出区显示出错信息提示。用户可据此来纠错,直至把程序调试出来,成功的标志是在输出区显示：“0 Error(s), 0 Warning(s).”,同时也会显示系统资源占用情况，如图2.14所示。,2.4Keil Vision3集成开发环境使用之二 1,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,22,2.4Keil Vision3集成开发环境使用之二 2,表2.1中的最后三个按钮都可用来编译，须注意区别:第10号按钮 用于单个源文件编译, 没有产生应用,不能进入调试模式中运行。第11号按钮 是用于编译修改过的源文件并生成应用,如果源文件编译后,在没有改变的情况下再次单击它,将不会重新执行编译、连接的操作,原来生成的目标文件oneled.obj将不会变化。第12号按钮 是用于重新编译所有的文件并生成应用,不管源文件是否改动过,只要单击它,就会重新执行编译、连接的操作。,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,23,2.4.2如何调试运行程序 1,1. 进入调试模式单击调试模式按钮 ,系统进入调试模式。选择菜单命令：“外围设备_I/O-Ports_Port 1”, 出现P1口的调试窗口如图2.15所示。因程序尚未运行,图2.15中显示了上电复位后的状态,P10xFF,表示P1口初始状态输出全1,所以P1.7P1.0各位均是打“”的。这里以“”表示“1”,否则表示“0”。图中也有Ins=xFF,其对应各位也均是打“”的,表示P1口中还未发现受指令控制的引脚位,这也是因为程序尚未运行之故。,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,24,2. 单步运行方式以单步运行的方式来调试程序,可选择菜单命令：“调试_单步”,或用快捷键F10,系统进入运行时,源程序调试窗口如图2.16所示。这时出现一个指令指针PC,PC首先指向第一条指令LJMP START,每按一次F10,系统就会执行一条指令，同时PC指向下一条指令。,2.4.2如何调试运行程序 2,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,25,当PC指向指令CLRP1.0,且尚未按下F10时,观察到P1口调试窗的屏幕如图2.17（a）,即P1.0输出高电平,模拟LED灯不亮。接着按下F10,P1.0清零的指令就会被执行,观察到P1口调试窗的屏幕变为如图2.17（b）,即P1.0输出低电平,模拟LED灯亮。继续按F10,将执行调用延迟子程序ACALL DELAY。F10单步会穿越子程序的,这时PC指向指令SETB P1.0,当按下F10时,P1.0置1的指令就会被执行,调试窗回到图2.17（a）,模拟LED灯变暗。,2.4.2如何调试运行程序 3,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,26,2.4.2如何调试运行程序 4,当程序运行到LJMP START后,程序将循环重复。3. 全速运行方式 选择菜单命令：“调试_ 运行”,或单击全速运行按钮 ,或用快捷键F5。系统进入全速运行状态,在P1口调试窗口中可以看到如图2.17（a）和(b)交替出现的屏幕。在这两个图中均有ins0xFE,即对应P1.0没有打“”,表示受指令控制的只有P1.0引脚。4. 停止程序的运行要停止程序运行回到文件编辑状态,分如下两种情况。（1）停止程序的单步运行再单击调试模式按钮 ,就可退出调试模式,停止单步运行。可见，调试模式按钮是一个乒乓开关。,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,27,2.4.3如何产生十六进制文件 1,（2）停止程序的全速运行要先单击停止按钮 ,再单击调试模式按钮 ,才能退出全速运行,回到文件编辑状态。Intel HEX文件格式是按地址排列的数据信息,数据宽度为字节,所有数据均采用十六进制表示,常用来保存单片机的目的代码。通用编程器都支持Intel HEX格式。Vision3的缺省设置将不会产生十六进制文件,可按以下步骤设置编译器。（1）用菜单命令：“工程_ 打开工程”，选择前面做好的工程oneled.Uv2,并打开它。（2）在工程区单击“Target 1”前面的“”号，展开后在“Source Group 1”上单击鼠标右键,在弹出的快捷菜,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,28,单中选择命令“Options for Target Target 1”,屏幕如图2.18所示。（3）出现如图2.19所示“Options for Target Target 1”选项设置窗口,单击“输出”标签,按如下步骤设置: 在“创建HEX文件”的复选项前打“”,这样编译后就能得到十六进制文件； 单击“选择目标路径”按钮,选择目标输出的路径在同一个工程文件夹中；,2.4.3如何产生十六进制文件 2,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,29, 在“执行文件名”栏中,可以设置编译生成的执行文件名,这里是oneled。设置好后,单击“确定”按钮。,2.4.3如何产生十六进制文件 3,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,30,现在按前面介绍的方法,重新编译源文件,完成后注意观察输出窗口的编译信息,HEX文件已经创建到指定的路径中了,如图2.20所示。打开工程文件夹,会发现多了一个oneled.hex文件。将此十六进制代码下载到通用编程器,并写入到89C2051。再将固化好的89C2051插入用户板的芯片座上,并给用户板加上电源的,就可看单灯闪烁实际效果了。,2.4.3如何产生十六进制文件 4,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,31,有时会出现不能进行模拟仿真的对话框,如图2.22所示。这是因为编译器已经被设置在硬件仿真后引起的。用菜单命令：“工程_ Options for Target Target 1”,出现图2.19编译器设置窗口后,单击“调试”标签,在出现的如图2.22所示对话框中,选中“使用模拟仿真”单选框,再单击“确定”按钮。这样就可以进行模拟仿真了。,2.4.4如何进行模拟仿真的设置 1,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,32,2.5 如何用编程器写入芯片,用炜煌WH-500APU编程器将oneled.hex的内容写入到89C2051中的步骤如下：（1）用USB通讯电缆将计算机与编程器连接好,接通编程器电源,指示灯闪亮。（2）双击桌面执行图标,启动WH-500APU编程器软件,编程器初始化成功后的界面参看图2.23。（3）用菜单命令：“芯片选择_手动选择型号”,出现如,2018/2/14,MCS-51单片机原理与应用,33,2.5 如何用编程器写入芯片 2,2018/2/14,MCS