任务1.3 掌握单片机系统开发常用工具的使用

1.任务书

2.活动

活动① 示波器是电子实验中非常重要的一个仪器，主要用来观测各种频率模拟或者数字信号波形。通过回顾示波器知识，请记录使用示波器来测试数字方波信号过程和测试注意事项。

活动② 现场测试，将任务1.1制作的线路板加载+5V电源，进行如下测试内容。

活动③ 在单片机网络课程中心“设计制作”栏目——制作实例中下载STC串口下载部分，完成STC串口下载的焊接并按要求回答问题。

活动④ 通过学习项目1中知识点1.2的材料，将下列有符号数的二进制补码转换成十进制和十六进制数，并注明其正负。

3.任务拓展

4.任务考核

附：资料收集情况

__________________

__________________

__________________

知识点1.3 单片机系统开发的常用工具

1.3.1 单片机系统开发

一个单片机控制系统，从提出任务到设计、调试、最终正确地投入运行并完成既定目标这一过程称为开发。开发是从元器件设计到单片机系统应用，由于单片机本身只是一个微控制器，自身不具备调试功能，即无法验证所设计的硬件和软件的正确性，因此需要借助其他工具才能完成调试工作，这个过程称为单片机系统开发。

单片机开发系统又称为开发机或者仿真机。单片机开发系统通过自身提供的屏幕编辑软件进行汇编语言和高级语言的输入和编辑，并利用开发系统提供的调试软件中的各项命令完成对目标系统的软、硬件的排错。最终完成程序固化，同时将固化程序的单片机芯片植入单片机系统中，实现目标系统的独立运行。由此可见，单片机开发系统的功能主要体现在4个方面：辅助设计、在线仿真、调试和固化程序。通常情况下单片机应用开发一般可分为以下5个过程。

（1）单片机硬件系统设计与调试。这个阶段主要完成硬件电路设计与电子元器件的选取、PCB印刷电路绘制和电路板焊接。

（2）应用软件程序的设计与调试。软件设计与调试主要利用各种汇编工具软件进行源程序的编写、编译以及调试。

（3）系统联调。这个阶段主要依托仿真器对设计制作的硬件进行在线调试或使用仿真软件对软件程序进行仿真调试，不断修改、完善制作的硬件系统和软件程序。

（4）单片机软件程序固化（烧写）。该阶段是利用专用的单片机编程器将编译产生的二进制代码或者十六进制代码文件写入单片机ROM的过程。

（5）系统脱机运行。

1.3.2 单片机系统开发工具

单片机的开发包括硬件开发和软件开发两部分，因此开发工具也需要硬件开发工具和软件开发工具两部分。

1.硬件开发基本工具

1）计算机

单片机的程序设计以及汇编、仿真都是在计算机上完成的，因此进行单片机开发必须有一台计算机。配置没有什么具体要求，现在基本配置的PC已足以满足要求。

2）示波器

示波器是用来观测各种高低频率模拟或者数字信号波形的。基本上可以分为两种类型，一种是模拟示波器，另外一种是数字示波器。通常数字示波器功能强，价格也比较贵，它具有画面锁定功能，对观察瞬时现象时特别有用，在记录实验过程或者信号调试上十分有利。如果开发的是数字信号，也可以借助逻辑笔来调试。如果开发是模拟信号，就必须用模拟示波器来调试了。示波器如图1-11和图1-12所示，示波器的详细使用请参阅教材附带素材。

3）万用表

其主要用做电压的测量和短路、断路的判断。现在万用表很多都做成数字式，同时配有短路声响警示功能。只要测试端测量到短路的情况，它就会发出声音来告知，此功能在做硬件线路检查时相当方便，在硬件的初步调试上有很大帮助。万用表如图1-13、图1-14所示。

4）逻辑笔

逻辑笔是微处理器系统开发中的必备工具，因为对于数字电路而言，其信号不外乎高电平、低电平、脉冲或者高阻抗状态，一旦了解此数字系统的特性后，便不难使用逻辑笔来帮忙做线路的调试和分析了。逻辑笔是最便宜的微处理器电路检修和测试工具，以实际操作经验来看，单片机开发使用逻辑笔做检修已经是绰绰有余。逻辑笔如图1-15所示。

5）编程器

编程器也称为烧录器，是单片机开发不可缺少的工具之一。主要功能是将调试通过的单片机目标程序固化到单片机程序存储器中或者单片机中。目前市面上有很多种类，但大体上可以分为两类：一类是专用的编程器（本教材后续任务制作使用的编程器是广州市长兴晶工科技开发有限公司生产的TOP2000编程器），另一类是专用的数据下载线（通常需要芯片支持）。编程器的安装使用请参阅教材附带素材。编程器如图1-16所示。

6）仿真器

仿真器是单片机开发效率比较高的工具。一般是通过RS-232或者USB接口与PC联机，经过引脚连线，连至目标电路板的CPU插座上。由于它直接模拟CPU动作，因此功能相当强，对于系统上硬件的调试、软件测试与调试皆可，是单片机设计者的最佳工具伙伴，但是市场价格偏高。单片机仿真器如图1-17所示。

7）紫外线擦除器

紫外线擦除器是用来将EPROM存储器清空数据的一个工具。这跟开发所使用存储器类型有关。紫外线擦除器也可自制，价格不贵。紫外线擦除器如图1-18所示。

8）直流电源设备

单片机系统工作需要电源，大多单片机的工作电压是5V，因此需要配备一部5V的专用直流电源设备。

9）面包板

面包板是做模拟以及数字逻辑实验必备的器材，可以将电子零件及IC反复地插在板子上，通过单芯线做电路实验。通常前期实验均可以在面包板上先实验，然后再进行实验线路板。

10）基本焊接工具

基本焊接工具主要是电烙铁、焊锡、剪线钳、尖嘴钳、芯片起拔器、镊子等，主要完成线路的焊接和硬件的组装功能。

2.软件开发基本工具

单片机软件开发其实就是程序设计，但如何保证开发的程序符合设计要求呢？这就涉及软件开发的工具。单片机软件开发工具种类很多，但不管是那一种，最终实现的基本功能都大体相同。单片机软件开发工具通常就是指汇编编译器（也称仿真器），即实现程序编辑、修改、汇编及编译、下载等。其中重要的功能就是仿真功能。一般编译器都可以实现软件仿真，同时再配置仿真头（或者其他硬件）来实现硬件仿真。其中美国Keil Software公司的Keil C51是单片机应用开发比较优秀的软件之一。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，具有全Windows界面，操作简单。同时生成的目标代码效率非常高，是业界最常用的开发工具之一。关于仿真软件的安装使用请参阅教材附带素材。