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1、单片机C语言程序设计,侯殿有,第一章 嵌入式控制系统概论,1.1单片机和嵌入式控制系统的定义、嵌入式控制系统的分类 单片机就是在一片半导体硅片上集成了中央处理单元(CPU)、存储器（ARM/ROM）和各种I/O接口的微型计算机。这样一块集成电路芯片具有一台微型计算机的功能，因此被称为单片微型计算机，简称单片机。 有些单片机功能比较齐全，我们称之为通用单片机；有些单片机是专门为某一应用领域研制的，突出某一功能，例如专门的数控芯片、数字信号处理芯片等，我们称之为专用单片机。有时我们也把这两种单片机统称为微处理器。,单片机主要应用在测试和控制领域，由于单片机在使用时，通常处于测试和控制领域的核心地位
2、并嵌入其中，因此我们也常把单片机称为嵌入式控制器（Embedded MicroController Unit ），把嵌入某种微处理器或单片机的测试和控制系统称为嵌入式控制系统（Embedded Control System）。 嵌入式控制系统在航空航天、机械电子、家用电器等各个领域都有广泛应用，特别是家用电器领域是嵌入式控制系统最大的应用领域，MP3、MP4、数码像机、扫描仪、个人PC、车载电视、DVD、PDA，到处都可以看到嵌入式控制系统的应用。,随着超大规模集成电路工艺和集成制造技术的不断完善，单片机的硬件集成度也在不断提高，已经出现了能满足各种不同需要、具有各种特殊功能的单片机。在8位单
3、片机得到广泛应用的基础上，16位单片机和32位单片机也应运而生，特别是以ARM技术为基础的32位精减指令系统单片机（RISC Microprocessor）的出现，由于其性能优良、价格低廉，大有取代16位单片机而成为高挡主流机型的趋势。,嵌入式控制系统由于其内核嵌入的微处理器不同，在应用上大致分为两个层次，在系统简单、要求不高，成本低的应用领域，大多采用以MCS-51为代表的8位单片机。 随着嵌入式控制系统与Internet的逐步结合，PDA、手机、路由器、调制解调器等复杂的高端应用对嵌入式控制器提出了更高的要求，在少数高端应用领域以ARM技术为基础的32位精减指令系统单片机得到越来越多的青睐
4、。嵌入式控制系统在高端应用领域还分为代嵌入式操作系统支持和不代嵌入式操作系统支持两种情况。,1.2 MCS-51单片机在嵌入式控制系统中的地位和作用,1980年，Intel公司在MCS-48单片机基础上推出MCS-51单片机，MCS-51单片机包 括三个基本型8031、8051、8751，还包括三个CMOS工艺的低功耗型80C31、80C51、87C51。 虽然它们是8位单片机，但是它们品种多，兼容性好，功能强，价格低廉，性能稳定和使用方便，特别是设计和应用资料齐全，受到广大工程技术人员的青睐，成为我国应用最为广泛的机种。在今后相当一段时间，MCS-51单片机还是嵌入式控制系统的主流机型。,由
5、于MCS-51单片机技术先进，性能稳定，同时世界上许多大的半导体公司也在根据Intel公司技术生产MCS-51单片机或改进型MCS-51单片机。因此，MCS-51单片机也成为 8位单片机的实际技术标准。 在计算机技术飞跃发展的今天，16位和32位单片机已经出现并逐步得到推广应用，但MCS-51单片机的应用还是非常广泛。MCS-51单片机的设计思想在16位和32位单片机中得到了进一步的继承和发展。,我们掌握了MCS-51单片机的C语言程序设计方法，可以完成一般嵌入式控制系统的设计，并为进一步学习16位和32位单片机打下基础。,1.3 嵌入式控制系统的研究方法,1.3.1 交叉编译环境keil C
6、51 做为嵌入式控制器的单片机，不管是8位单片机还是16位单片机或32位单片机，由于受其本身资源限制，其应用程序都不能在其本身上开发，我们开发其应用程序，还需要一台通用计算机，如常用的IBM-PC机或兼容机，Mindows95/98/2000或XP操作系统，16M以上内存，20M以上硬盘内存空间（运行交叉编译环境keil C最低配置）。,我们也称这台通用计算机为“宿主机”，称做为嵌入式控制器的单片机为“目标机”，应用程序在“宿主机”上开发，在“目标机”上运行。“目标机”和“宿主机”之间利用计算机串口通过一台叫“仿真器”的设备相连，程序可以从“宿主机”传到“目标机”，这也叫程序下载，也可以从“宿
7、主机”传到“目标机”，叫程序上传。,应用程序通过“仿真器”的下载和上传，在“宿主机”上反复修改，这个过程叫“调试”。调试好的应用程序，在“宿主机”上编译成“目标机”可以直接执行的机器码文件，通过一台叫“固化器”的设备下载并固化到“目标机”的程序存储器中（8位单片机常用的程序存储器是EPROM），整个下载过程，叫烧片，也叫程序固化。,程序固化是单片机开发的最后一步，以后“宿主机”和“目标机”就可以分离，“宿主机”任务完成。“目标机”就可以独立执行嵌入式控制器的任务。 通过以上叙述可知，在“宿主机”上运行的开发工具软件的功能非常重要，我们也称这套开发工具软件为交叉编译环境，交叉编译环境首先应具有类
8、似“Word”的功能，对我们用C语言编写的程序进行编辑，同时它还具有调试和编译功能，可以把调试好的应用程序编译成“目标机”可以直接执行的机器码文件。,在我国，MCS-51单片机的开发多使用德国KEIL公司的Vision2/3或南京伟福的Wave6000，Vision2/3也叫keil C51，是一款非常优秀的MCS-51开发工具，它功能强、使用方便，特别是运行稳定、抗干扰和防病毒能力强给使用者留下深刻印象。 在人民邮电出版社教学服务与资料往免费下载区（http:/）可下载本书免费学习参考资料，内有keil C51，供读者下载学习使用。Wave6000可从南京伟福官方网站http:/www.wa
9、ve-免费下载。,keil C51的安装非常容易： 打开单片机编译器文件夹，再打开setup子文件夹，出现图1.1所示画面，选中setup.exe图标双击，出现图1.2所示选择安装类型对话框，我们第一次安装，选第一项。按Next键，出现图1.3所示选择安装版本对话框，我们选Full Version，系统就开始安装，确定安装路径C:keil和同意版权协议后，系统还要产品系列号，系列号在UP51V701.TXT文件夹中。,接着我们在图1.-4中击Browse键，在上一级文件夹中找到PK51专业开发软件路径 C51addon文件夹选中并确定，出现图1.5所示画面，继续击Next键就可一步步完成安装。
10、,图1.1 keil C51安装初始画面,1.3.2 程序的调试和运行 MCS-51单片机程序的编辑和调试均在交叉编译环境keil C51中完成，非常方便。keil C51的快捷键如图1.6所示，可以把它放在桌面上，使用方便。双击此图标，就会出现图1.7所示交叉编译环境keil C51的主界面，MCS-51单片机程序的编辑和调试均在此界面上完成，今后我们会经常在此界面上工作， 图1.6 keil C51的快捷键,keil C51在对程序进行编辑、编译和调试时都是以“项目”为单位来进行的，在一个项目中可以包含后缀为.C的C语言源文件、后缀为.h的C语言头文件和后缀为.A的汇编语言文件。 因此，使
11、用keil C51进行嵌入式控制系统程序开发，首先要建立一个项目，在开发环境10个主菜单中，选Project/New Project单击，就会出现图1.8所示建立项目对话框，我们给项目起个名字：HELLO，名字的后缀Uv2是系统自动加的，表示这是keil C51的一个项目。,图1.7 keil C51的集成开发环境,选好保存路径，单击保存即完成建立一个项目的工作。之后出现选择设备对话框，图1.9所示，就是请我们为项目选择一款单片机，假如我们选Inter公司8031A，就会出现设备描述对话框，图1.9所示。确认后返回主界面，在主界面中，右击Target1通过Options for target”
12、target1”对话框，设置Memory为大模式Large “Variables”in xdata（图1.11），产生16进制输出文件Create HEX Files（图1.12）。至此，为项目选设备和该项目编译器设置完成。,图1.8 建立keil C51的一个项目,图1.9 设备选择对话框,图1.10 设备功能描述对话框,图1.11 编译选大模式对话框,图1.12 产生16进制输出文件对话框,图1.13 在项目中添加文件对话框,现在我们打开一个已建立好的项目，简述一下程序的调试过程。 在主界面击Project/Open Project，在对话框中打开C:/Keil/C51/EXAMPLES/
13、HELLO.Uv2 项目，就会出现图1.14所示程序调试画面。画面分四部分，最上面是主菜单和快捷键，左面是项目工作区，显示项目结构、帮助文档资料等。中间部分则是程序编辑区，在项目工作区双击某个文件，该文件就会在程序编辑区打开，借助于主菜单(主要是Edit)和快捷键就可以对该文件进行编辑，Keil C51的编辑器功能非常强，类似小型WORD。,图1.14 程序的编辑环境,程序编辑结束，通过 三个快捷键将当前正在调试的文件或仅对修改过的文件或项目全部文件进行编译，连接，形成机器可执行的EXE文件。形成EXE文件后，还要对EXE进行调试，反复修改，才能最后形成正确程序。 EXE文件的调试也在此环境中
14、完成，单击快捷键图标 ，会出现图1.15的EXE文件调试界面。,图1.15 EXE文件调试环境,调试环境主要功能有连续执行程序、单步执行程序并进入函数内部、单步执行程序不进入函数内部，仅把函数当成一条语句、执行到光标处，可在程序一处或多处设置断点，使程序执行到断点处停止，也可取消一处或多处已设置的断点，还可在程序运行中对某些变量跟踪观察等。具体功能如图1.16所示。,图1.16常用EXE文件调试功能,MCS-51单片机C语言程序设计是一门实践性非常强的课程，在强调理论课学习的同时，必需安排一定的实验课，如：广州周立功公司DP-51PRO单片机仿真实验仪，南京伟福公司的LAB6000都是比较好的
15、教学实验系统。,第一章习题 1，什么是单片机？8位单片机和32位单片机的典型机型是什么机器? 2，什么是嵌入式控制系统？它有哪些应用? 3, 什么是交叉开发环境？MCS-51单片机的交叉开发环境有哪两种? 4, 什么是“宿主机”？ 什么是“目标机”？ 5，简述嵌入式控制系统的开发过程。 6，举几个身边实例，说明嵌入式控制系统的应用？ 7，从网上下载某版本KEIL C51，安装在你的个人电脑中。 8，把KEIL C51的快捷键安放在桌面上，双击运行KEIL C51，在主菜单打开Projec/Open Project，打开C：/keil/c51/examples/hello项目，初步了解和认识KEIL C51和程序调试过程。,
