2.2 单片机应用系统开发工具介绍

Posted 2021-04-25 四维舒心

帮助单片机应用系统进行研制的工具称为单片机开发工具或叫单片机开发系统，分为通用和专用两种类型。通用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；专用单片机开发系统只能用于开发一种类型的单片机或微处理器。基本包括如下工具：

这些工具可以分为2类，软件和硬件。

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2.2.1  电路设计与仿真软件

电路设计与仿真软件，用于设计和仿真单片机应用系统的电路，常称为EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）软件，如Protel、PSPICE、multiSIM10（原EWB的最新版本）、OrCAD、PCAD、、LSIIogic、MicroSim，ISE，modelsim等等。目前，最为流行的用于开发MSC-51单片机应用系统的EDA是英国Lab Center Electronics公司出品的Proteus软件（安装方法）。它从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。

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2.2.2  程序设计语言与程序编辑器

单片机应用系统开发，必须对单片机编程，这就要选择合适的程序设计语言与程序编辑器。适合于单片机程序设计的语言有机器语言、汇编语言和高级语言。

1. 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。它只能用来开发一些非常简单的单片机应用系统。

2. 汇编语言具有使用灵活、程序容易优化的特点，是单片机中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时，才能研制出功能复杂的应用程序。

3. 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、C51、MBASIC-51等；解释型高级语言有BASIC-52、TINY BASIC等。目前用于MCS-51单片机开发的最为流行的语言系统为C51。单片机C51语言是由C语言继承而来的。和C语言不同的是，C51语言运行于单片机平台，而C语言则运行于普通的桌面平台。C51语言具有C语言结构清晰的优点，便于学习，同时具有汇编语言的硬件操作能力。对于具有C语言编程基础的读者，能够轻松地掌握单片机C51语言的程序设计。

至于程序编辑器，现在基本上都是集成开发环境（IDE，Integrated Development Environment ），它一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面工具，集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等，如微软的Visual Studio系列，Borland的C++ Builder、Delphi系列等。用于单片机应用系统开发的IDE有许多，往往针对性很强，只适用于某系列或某型号的单片机，如WAVE6000、Keil uV2/uV3等 。Keil μVision（安装方法）则是MCS-51常用的IDE。它是美国Keil Software公司出品的MSC-51系列兼容单片机C语言软件开发系统，提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。

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2.2.3  编程器

所谓的编程器，就是将已经生成好的单片机功能程序写入单片机ROM的装置。早先，使用编程器为单片机写入程序时，需要将单片机从装好的目标电路板上拆下，装到编程器上，才能完成写入工作，比较麻烦，目前已基本淘汰。现在多数单片机的ROM为EEPROM或Flash ROM，可以多次改写，因而可以采用在线编程。在线编程分为2种方式：系统在线编程（ISP，In-System Programming）技术和应用编程（IAP，In Application Programming）技术。这2种技术都可以将HEX或BIN文件随时写入单片机，而不必将单片机从目标板上拆下。

（1）ISP

ISP一般通过单片机专用的串行编程接口对单片机内部的Flash存储器进行编程。ARM单片机、ATMEL公司的AT89S5x系列的单片机的下载模式都属于ISP。早期的ISP是通过UART接口（通用异步收发传输器，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）实现的，后来发展成USB接口。

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（2）IAP

IAP技术是从结构上将Flash存储器映射为两个存储体，当运行一个存储体上的用户程序时，可对另一个存储体重新编程，之后将控制从一个存储体转向另一个。IAP的实现更加灵活，通常可利用单片机的串行口接到计算机的RS232口，通过专门设计的固件程序对内部的FLASH存储器编程，如SST公司的89E564。具体步骤是：

①检查是否需要对第二部分代码进行更新；

②如果不需要更新则转到④；

③执行更新操作；

④跳转到第二部分代码执行

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2.2.4  仿真器

单片机的仿真器本身就是一个单片机系统，也叫在线仿真器（ICE，In Circuit Emulator），它具有与所要开发的单片机应用系统拥有相同的单片机芯片（如8031或8051等），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。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。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”。

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2.2.5  单片机实验板

单片机实验板也称单片机开发板、单片机学习板，是用于学习51、STC、AVR型号的单片机实验设备。根据单片机使用的型号又有51单片机开发板、STC单片机开发板、AVR单片机开发板。常见配套有硬件、实验程序源码、电路原理图、电路PCB图等学习资料。例如电子人单片机开发板DZR-01A，针对部分学者需要特别配套有VB上位机软件开发,游戏开发等教程学习资料。开发此类单片机开发板的公司一般提供完善的售后服务与技术支持。