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1、单片机与PLC,开发环境和C简介编者:胡学海,开发环境,开发系统主要包括：软件开发系统硬件开发系统,软件开发系统,系统主要包括：编译器：指能通过集成开发环境编译、连接，完成将用户程序转换为单片机可执行机器语言的程序 。仿真器：在一定的开发环境下，将普通微机仿真成一个特定的单片机。 编程器 ：编程器则是用来将已经编译好的单片机程序写入单片机的ROM中，使之形成一个独立运行的单片机系统。,编译器,集成开发环境（编译器）在这种开发环境下，设计者不仅可以对程序进行编写，还可以完成编译、连接和汇编工作，甚至可以完成软件的仿真调试。主要有MCS51和KEIL公司推出的集成开发环境Keil Vision。M
2、CS51是一个专用汇编语言开发器，由于在中国进入市场时间较早，流行的范围较宽。Keil Vision集成程度高，应用方便。虽然这个开发环境主要是用来开发单片机C语言程序的，但也可以开发汇编语言程序，能够进行程序的仿真调试。,简单介绍MCS51，具体使用在试验课介绍,仿真器,仿真器最关键的性能指标是可仿真的单片机种类。早期的仿真器都只能仿真特定系列中特定型号的单片机，如8031/32、8051、8751或是PIC的单片机等等，通用性不强，性能较低而且价格极为昂贵。有的单片机生产厂家甚至在单片机内部集成了简单在线调试功能。,编程器 ：,与仿真器类似，编程器是对特定的芯片进行编程。因此，一个编程器的
3、性能也在很大程度上取决于其能编程芯片的种类、数量。此外，编程器的编程速度、稳定性等也是在选择编程器时需要考虑的因素。近几年来，许多单片机内部集成了在线可编程技术（ISP），通过串口便可以方便的对单片机进行编程。,在线下载的电路图4-10中电路的基本原理：RST置高电平，然后向单片机串行发送编程命令。P1.7（SCK）输入移位脉冲，P1.6（MISO）串行输出，P1.5（MOSI）串行输入（要了解详细编程原理可以参考AT89S51的数据手册）。使用并口发出控制信号，74373只是用于信号转换，因为并口直接输出高电平的电压有点没到位，使用其他芯片也可以，还有人提出直接接电阻。并口引脚1控制P1.7
4、，引脚14控制P1.5，引脚15读P1.6，引脚16控制RST，引脚17接74373 LE（锁存允许），18-25这些引脚都可以接地。建议在你的单片机系统板上做个6芯的接口。注意：被烧写的单片机一定是最小系统（单片机已经接好电源、晶振，可以运行），VCC、GND是给74373提供电源的。,软件可以使用一些共享软件，如聂忠强编写的EASY 51，稳定性高，如图4-11所示。,图4-11 EASY 51软件编程环境示意图,该软件看上去简单但易于使用，有一点特别，当右击图中按钮后，可以把相关操作设置为自动模式（只有打开文件、擦除芯片、写FLASH ROM、读FLASH ROM和效验数据可以设置），单
5、击“自动完成”后会依次完成这些操作，并在开始时检测芯片。当“打开文件”设为自动后，第2次烧写同一个文件时不必再去打开文件，软件会自动刷新缓冲。软件在Windows XP、Windows 2000可以使用（管理员登陆的），在Windows 98、Windows ME使用并口模式时会更快些。这个软件同时支持串口编程器和并口下载线。操作正常结束后会有声音提示。如果没有声卡或声卡坏了，则声音会从机箱扬声器中发出。,注意：记得在CMOS设置中把并口设为ECP模式。,硬件调试环境主要包括：信号源：信号发生器，用来仿真单片机应用系统监控的被测信号示波器：实时监视和真实显示被测信号，可以监控单片机应用系统工作
6、是否正常。万用表 ：用来测量电阻、电压、电流等基本电参数。在这里介绍一种直接使用计算机声卡的综合硬件调试系统,图4-12综合硬件调试系统界面图,五种工作方式如下：l X：单踪示波器；l X1 ,X2：双踪示波器；l X1X2：两路信号相加；X-Y：两路信号分别做X轴，Y轴输入。这一种方式类似通用示波器中用李萨如图形测频率的方式； 频域：显示信号的频谱分布。,它的使用非常简单，首先要制作测试电缆，简单的方法是用两个3.5的立体声插头，并将两段三芯屏蔽线接上，另一端可接上鱼夹，如果要求不高可直接使用耳机线。但这样一定要注意输入信号的幅度，否则容易烧坏声卡。启动程序后，示波器已处于工作状态，有五种工
7、作方式可供选择。,图4-13 示波器工作状态选择界面图,增益的调节如图4-14所示。,PAUSE可将示波器屏幕暂停，以便观察，再次按下结束暂停。暂停时仍能调整各项参数。可将示波器屏幕存为位图文件，需先将屏幕暂停，调整好后再保存。,图4-14中的两个滑尺用于调节左右声道增益（-12dB），上下两排按钮调节范围是-30dB，总增益为二者相加（-44dB）。,图4-14增益调节界面图,图4-15文件保存界面图,按下RECORD 可将输入信号保存为WAV文件，再次按下停止记录，如图4-15所示。,需要按下电源按钮来启动频率计，如图4-16所示,图4-16 频率计使用界面图,频率是对输入信号进行FFT得
8、到的，每秒可以更新约10次，显示误差约有10hz，如果想得到准确的频率值，可利用信号发生器的输出信号和示波器利用李萨如图形法测得。如果将FFT取样数提高，误差可以小于1hz,但会加大运算量，在实际中似乎没有必要，如图4-17所示。,信号发生器（如图4-18所示）：需要按下电源按钮来启动信号发生器。这是一个频率很准确的双路正弦波发生器，由于采样的特性所限，高频部分有所失真，但在50Hz-15KHz时波形都相当好，输出幅度可通过调节增益按钮实现，可以拉动滑尺调节频率，按下左边的按钮可精确设置输出频率。,万用表（如图4-19所示）是一个有趣的附件，需要按下电源按钮来启动它。它可以测电阻、电容、电感和
9、交流电压的有效值。测电阻、电容、电感时需要同时打开信号发生器，选择合适的输出信号频率。按照原理图把待测元件和标准元件接入电路。按下输入基准，把基准值输入，选择测量方式，LED屏上即可显出待测值，如图4-20所示。图4-19万用表界面图 图4-20LED显示结果图,声卡的正确设置是该软件正常工作的前提， 设置时大致按以下步骤进行：（1）打开声音高级控制。（2）选择录音属性，打开录音音量控制面板，将输入方式选择“LINE”。（3）关闭不必要的声音特效，如混响环绕等，以避免左右声道互相干扰。（4）如果无信号时背景噪声较大，可尝试将一些选项静音，特别是CD音频。 （5）调整输出和输入的平衡，可借助示波
10、器部分和信号发生器部分实现。如果使用其他声卡，可参照以上步骤设置。,51单片机C语言程序设计,51的C语言与ANSI C语言兼容，但是具有单片机的一些特殊表达方法。C51的编程高手是先学习汇编语言的人。他能根据单片机结构特点编写出最简短有效的程序。当前常见的C51编译器是：Keil CKeil C 可以从许多网站下载Keil C 支持多种单片机仿真，对一些单片机的仿真功能需要购买。Keil C 还支持一种在SST89C58单片机中固化了仿真软件的自制仿真器，只需安装一个RS232C驱动电路就可以进行硬件仿真,C51变量定义特点,位变量：SBIT 变量名可位寻址字节位号，可位寻址字节可为SFR中
11、寄存器的位，也可以是用BDATA定义过的片内RAM中可位寻址的变量。存储类型：data直接寻址片内数据区(00-7fH)长度8位bdata可位寻址片内数据区(20-2fH) 长度8位idata间接寻址片内数据区(00-ffH) 特别52系列的80FFH区间，汇编中必须使用r0,r1寻址。pdata分页片外数据区 类似movx a, r0xdata片外数据区 类似movx a, dptr code代码存储区 8位变量：用 CHAR 定义，它实际已经可以不代表字符。前面冠以Unsigned 定义0FFH的8位变量，signed 定义-128+127之间的变量。,C51的头文件简介,用 #inclu
12、de 语句REG51.h：专用寄存器include文件。例如8031/8051均为REG51.h 其中包括了所有8051的SFR及其位定义，一般系统都必须包括本文件。Keil c在你选择芯片型号时能自动选择对应文件。absacc.h：绝对地址include文件。该文件中实际只定义了几个宏，以确定各存储空间的绝对地址。stdlib.h：动态内存分配函数。string.h：缓冲区处理函数。 其中包括拷贝比较移动等函数如：memccpy memchr memcmp memcpy memmove memset这样很方便地对缓冲区进行处理。stdio.h：输入输出流函数。 流函数通8051的串口或用户定
13、义的I/O口读写数据，缺省为8051串口，如要修改，比如改为LCD显示，可修改lib目录中的getkey.c及putchar.c源文件，然后在库中替换它们即可。intrins.h ：本征库函数（参看下页）。,intrins.h ：本征库函数,C51的本征库函数只有9个，数目虽少，但都非常有用，列如下：_crol_,_cror_：将char型变量循环向左(右)移动指定位数后返回_iror_,_irol_：将int型变量循环向左(右)移动指定位数后返回_lrol_,_lror_：将long型变量循环向左(右)移动指定位数后返回_nop_： 相当于插入NOP_testbit_： 相当于JBC bit
14、var测试该位变量并跳转同时清除。_chkfloat_： 测试并返回源点数状态。,KEIL环境下编程,作为单片机的开发，首先是要在开发环境中选择合适的目标CPU，keil支持很多种51核的单片机。在keil中选择单片机型号，如图4-0、图4-1所示。,图4-0 单片机型号的选择示意图1,（1）图4-0是keil的主界面，在图4-0执行“Project”/“New Project”命令，即出现图4-1的画面，然后选择所用的单片机即可。S52和C52的内部结构完全一致，只是前者多了ISP功能，所以选择AT89C52作开发可以完全烧写到S52单片机中。,图4-1单片机型号的选择示意图2,（2）选择好
15、单片机后，建立一个新文件，并保存为后缀为“.c”的文件。（3）然后在新建的文件中添加头文件，AT89X52.H 。 （4）接下来向工程中添加文件，如下图4-2、图4-3所示。,图4-2文件添加示意图1,图4-3文件添加示意图2,（5）然后再依次加入相应的文件，头文件等就构成了一个开发工程。当所有编程工作完成后选择工具栏的编译按钮即可对工程进行编译，如图4-4所示。,图4-4程序编译调用示意图结果如图4-5所示。,图4-5程序编译结果示意图,从上面可以看出程序的大小等信息，如代码长度为4006个字节，即占用ROM4k左右的空间。如没有错误即可进行仿真调试。使用工具栏上“debug”中的“红色的d
16、”按钮进入，如图3-6所示。图4-6仿真调试按钮位置图,进入调试的画面如图4-7所示。,通过选择外设菜单（peripherals）下面的子菜单，可以打开I/0端口窗口、中断串口和串口窗口等。,调试通过后，即可生成hex代码，但需要进行设置才能生成，方法是在“project”窗口执行“Target”/“option for target”命令，如图4-8所示。,图4-8hex代码生成设置图,再随后出现的窗口中选择“create hex file”，如图4-9所示。,图4-9hex文件创建图,完成后单击“确定”按钮，再重新编译项目，即可在相应的工程文件目录中生成hex文件，利用此文件通过ISP口就可以将写好的程序写入单片机中。前面所述的调试是软件调试，keil也支持硬件调试，但需要相应的硬件仿真器，具体操作可参考相应生产厂商的手册。,
