详解单片机的硬件开发过程

在进行单片机应用系统开发时，一般先进行硬件开发，再进行软件开发。单片机的硬件开发一般可按下面几个步骤进行。

明确单片机应用系统要实现的功能

在进行单片机开发时，一定要明确开发出来的单片机应用系统需要实现什么样的功能，之后的硬件、软件设计都要围绕着单片机要实现的功能进行。

例如，要开发一个控制发光二极管亮灭的单片机应用系统，具体功能要求如下。

① 采用4个开关控制4只发光二极管。

② 按下某个开关，相应的发光二极管会发光;松开开关，发光二极管会熄灭。

③ 同时按下4个开关，4只发光二极管都亮。

选择单片机型号

明确单片机应用系统要实现的功能后，再选择单片机的种类和型号。单片机的种类很多，如PIC系列单片机、MCS-51系列单片机等，这些单片机又有很多型号，不同型号的单片机结构和功能有所不同，编程时软件指令也有所不同。

在选择单片机型号时，一般应注意以下两点。

① 在功能够用的情况下，考虑性能价格比。有些型号的单片机功能强大，但相应的价格也较高，而选择单片机型号时功能足够即可，不要盲目选用功能强大的单片机。

② 选择自己熟悉的单片机。不同系列的单片机内部硬件结构和软件指令或多或少有些不同，而选择自己熟悉的单片机可以提高开发效率，缩短开发时间。

这里选择Atmel公司的AT89S51型号的单片机，选择的理由除了AT89S51单片机与8051单片机完全兼容(引脚数及功能相同，软件指令也相同，内部结构基本相同)外，AT89S51单片机在市场上也比较容易获得(8051已不生产)，另外AT89S51单片机内部的程序存储器采用可反复擦写的EEPROM，这样有利于反复修改程序，而8051单片机内部的程序存储器只能写一次。

设计单片机外围电路

单片机的外围电路主要有基本工作条件电路、输入电路和输出电路。根据单片机要实现的功能设计出来的单片机外围电路如图3-2所示。

图3-2 单片机外围电路

(1)基本工作条件电路

单片机的VCC电源引脚接+5V电源，C3、R5构成复位电路，晶振X和电容C1、C2与内部电路构成时钟电路，这些电路分别为单片机提供电源、复位信号和时钟信号，单片机即开始工作。

(2)输入电路

按键S1～S4构成输入电路。当按下某按键时，单片机相应的输入引脚为低电平;当按键弹起时，相应的输入引脚为高电平。

(3)输出电路

发光二极管VD1～VD4和电阻R1～R4构成单片机的输出电路，其中R1～R4为限流电阻，用于防止流过发光二极管的电流过大而损坏发光二极管。当单片机的某个输出引脚为低电平或高电平时，该引脚外接的发光二极管就会亮或灭。

单片机外围电路设计好后，可以将这些电路做在一块电路板上，为了方便之后的单片机软件开发，可在安装单片机的位置处安装一个40引脚的插座，这样在仿真、编程时可使单片机容易插入和取出。这样制作出来的电路板常称作实验板。

单片机的软件开发过程

单片机软件开发过程是先编写程序，再编译、仿真和调试程序，然后用编程器将程序写入单片机。这几个过程可以分别用几个软件完成，也可以在一个软件中完成。现在很多单片机开发人员都采用Keil公司开发的KeilC51软件来编写、编译、仿真和调试程序。

3.2.1、编写程序

在编写程序前，需要先安装 KeilC51 软件，然后在该软件中建立项目和源程序文件，再在源程序文件中编写程序。

1．KeilC51软件的获取与安装KeilC51软件是德国Keil公司开发的51系列单片机编程软件，在该软件中，用户可用汇编语言或C语言编写程序，然后对程序进行编译、仿真和调试。

如果读者需要该软件，可到Keil公司网站http://www. Keil.com下载Eval（评估）版本，也可登录易天教学网（www.eTV100.com）下载。下载该软件后获得的是一个压缩包，解压后运行SETUP文件夹中的Setup.exe文件，即开始安装软件。在安装时，首先会出现图3-3所示的对话框，如果不是商业用户，单击“Eval Version”（评估版本）按钮，软件即开始安装，后面的安装过程与一般的软件安装过程相同，这里不再赘述（注：评估版本软件对编写的程序要求不能大于 2KB，其他与商业版软件相同。对于初学者来说， KeilC51评估版本基本够用）。

图3-3 选择软件安装版本对话框

2．新建项目和源程序文件

KeilC51 软件安装完成后，双击桌面上的“Keil μVision2”图标，或单击桌面左下角的“开始”按钮，在弹出的菜单中选择“程序”→“Keil μVision2”命令，就可以启动 Keil μVision2，进入图3-4所示的“μVision2”软件窗口。

（1）新建项目

在进行单片机程序开发时，为了便于管理，需要先在“μVision2”中建立一个项目，然后在该项目中编写、仿真和调试程序。新建项目的操作过程如下。

① 选择“Project”→“New Project”菜单命令，如图3-5所示，立刻弹出图3-6所示的“Create New Project”（建立新项目）对话框。

② 在“Create New Project”对话框中选择文件保存的位置，再输入项目文件名“test1”，文件的默认扩展名（类型）为“.uv2”，然后单击“保存”按钮，立刻弹出图3-7所示的对话框，要求选择为哪种型号的单片机编写程序。

图3-4 μVision2软件窗口

图3-5 执行新建项目命令

图3-6 建立新项目对话框

图3-7 选择单片机型号对话框

③ 在图3-7所示对话框左侧的选择区内选择单片机型号为 Atmel 公司的“AT89S51”，然后单击“确定”按钮，会弹出图3-8所示的对话框，该对话框询问是否要把标准8051的启动代码添加到项目中。

图3-8 询问是否将标准8051的启动代码加入到项目中

KeilC51既支持C语言编程也支持汇编语言编程，如果欲用汇编语言编写程序，则应单击“否”按钮；如果想用C语言编写程序，一般也单击“否”按钮；但是如果用到了某些增强功能需要初始化配置时，则可以单击“是”按钮。这里单击“否”按钮（即不添加启动代码），新建项目结束，在图3-9所示μVision2 软件窗口左边的项目管理器中新增了一个“Target 1”文件夹，该文件夹中还有一个“Source Group 1”文件夹。

图3-9 新建项目完毕，在μVision2软件窗口中新增“Target 1”文件夹

（2）新建源程序文件

要编写程序，还需要新建一个源程序文件，再在该文件中编写程序。

新建源程序文件的操作过程如下。

① 新建源程序文件。单击工具栏中的新建按钮，也可选择“File”→“New”菜单命令，即新建一个默认名为“Text 1”的空白文件，同时该文件在软件窗口中打开，如图3-10所示。

图3-10 新建源程序文件

② 保存源程序文件。单击工具栏上的保存按钮，也可选择“File”→“Save As”菜单命令，弹出图3-11所示的“Save As”对话框。在对话框中打开之前建立的项目文件所在的文件夹，再将文件命名为“test1.asm”（扩展名.asm表示为汇编程序，不能省略），单击“保存”按钮即将该文件保存下来。

图3-11 保存源程序文件对话框

③ 建立源程序文件与项目关联。新建的源程序文件与新建的项目没有什么关联，需要将它加入到项目中。打开项目管理器的“Source Group 1”文件夹，右击该文件夹，弹出图3-12所示的快捷菜单，在该快捷菜单中选择“Add Files to Group’Source Group 1’”项，会出现图3-13所示的加载文件对话框。在该对话框中选文件类型为“Asm Source file”，找到新建的“test1.asm”文件，再单击“Add”按钮，test1.asm文件即被加入到项目中，此时对话框并不会消失，可以继续加载其他文件，单击“Close”按钮关闭对话框。在Keil软件项目管理器的“Source Group 1”文件夹中可以看到新加载的“test1.asm”文件，如图3-14所示。

图3-12 在快捷菜单中选择加载文件命令

图3-13 在对话框中选择要加载的文件

3.编写程序

编写程序有两种方式：一是直接在 Keil 软件中编写；二是在其他软件中编写，再加载到 Keil软件中。

图3-14 软件项目管理器中出现加载的文件

（1）在Keil软件中编写程序

在Keil软件的源程序文件中用汇编语言编写程序（也可以用C语言编写），如图3-15所示。

图3-15 在源程序文件的文本框内编写程序

源程序文件中的汇编语言程序如下：

MAIN:

MOV　　P3，#0FFH

LOOP:

MOV　P1，P3

LJMP　LOOP

END

有关程序的编写方法在后面的章节将专门介绍。

（2）加载其他软件编写的程序

Keil 软件源程序文件的文本框对中文的支持不是很好，在输入中文时，有时会出现文字残缺现象。编程时也可以使用其他文本编辑器（如 Windows 自带的记事本）编写程序，再将程序加载到Keil软件中进行编译、仿真和调试。加载其他软件编写的程序的过程如下。

① 用文本编辑器编写程序。打开Windows 自带的记事本，在其中编写程序，如图3-16所示。编写完后将该文件保存下来，文件的扩展名为.asm或.a51，这里将文件保存为test1S.asm

图3-16 用记事本编写程序

② 将程序文件装载进 Keil 软件。加载程序文件的过程与图3-12～图3-14所示的过程相同，具体操作过程如下。

打开Keil软件，在项目管理器中的“Source Group 1”文件夹上右击，弹出快捷菜单，选择其中的“Add Files to Group’Source Group 1’”项，会出现加载文件对话框，在对话框中选文件类型为“Asm Source file”，然后找到之前编写的“test1S.asm”文件，再单击“Add”按钮，test1S.asm文件即被加载进Keil软件中，单击“Close”按钮关闭对话框。

加载程序结束后，可以在项目管理器的“Source Group 1”文件夹中看到加载进来的“test1S.asm”文件，如图3-17所示，双击可以打开该文件。

图3-17 用记事本编写的程序被加载进项目管理器

3.2.2、编译或汇编程序

用汇编语言写好程序后，程序还不能直接写入单片机，因为单片机只接受二进制数，所以要将汇编语言程序转换成二进制或十六进制代码（又称机器代码）。将汇编语言程序或其他程序（如 C语言程序）转换成二进制或十六进制代码的过程称为汇编或编译。

汇编要用到汇编器，汇编器可以将汇编语言程序转换成二进制或十六进制代码；编译要用到编译器，编译器可以将高级语言程序（如C语言程序）转换成二进制或十六进制代码。不同类型的单片机需要使用不同的汇编器或编译器，MCS-51系列单片机对汇编语言程序汇编时采用A51汇编器，而对C语言程序编译时采用C51编译器。

KeilC51 软件本身带有汇编器和编译器，在对程序进行汇编或编译时，会自动调用相应的汇编器或编译器。下面以汇编test1.asm程序为例，说明汇编和编译的过程。

（1）汇编或编译前的设置

在汇编或编译程序前需要对项目进行一些设置。设置时，选择“Project”→“Options for Target ’Target 1’”菜单命令，弹出图3-18所示的对话框。该对话框中有 10 个选项卡，每个选项卡中都有一些设置内容，其中“Target”和“Output”选项卡较为常用，默认打开“Target”选项卡，这里保持默认值。

图3-18 Target选项卡中的内容

单击“Output”选项卡即可切换到该选项卡，该选项卡的内容如图3-19所示。这里只选中“Create HEX Fi”复选框，选中该复选框后在汇编或编译时会生成扩展名为.hex的十六进制文件

图3-19 Output选项卡中的内容

（2）进行汇编或编译

在图3-19所示的“Options for Target’Target 1’”对话框中设置完成后，单击“确定”按钮，返回到Keil软件界面，然后单击编译或汇编按钮，软件就开始对test1.asm文件中的程序进行编译或汇编，完成后，在软件窗口下方的输出窗口中可看到有关的编译或汇编信息。如图3-20所示，如果出现“0 Error(s)，0 Warning(s)”，则表示程序没有问题（至少在语法上不存在问题）；如果存在错误或警告，则要认真检查程序，修改后再编译或汇编，直到通过为止。