谈８０５１单片机开发系统及开发过程

摘要：构建一个以单片机为核心的应用系统，从任务的提出到系统正式投入运行，称为单片机应用系统的开发。对目前最通用流行的单片机51系列，依照51单片机应用系统开发的基本步骤和思路，介绍单片机开发的基本知识和如何针对具体项目需求来设计解决方法及单片机一般开发过程。

关键词：单片机；开发系统；开发过程

1 完成机器码生成的方法

手工汇编：因为单片机工作时只认程序存储器中的机器码(十六进制的00-FF)，因此，将汇编语言写的程序对照指令手册逐条查出机器码，而后用写入器将机器码写入EPROM程序存储器，供单片机读入，经译码器再转换成二进制码，供单片机操作用。手工汇编实际上就是查表。例如，00H变成二进制数为00000000 B；FFH 11111111 B，55H 01010101 B等。

由于效率低、无法进行仿真调试，手工汇编（编程）目前己较少使用，但对业余开发一些简短的小程序，也不失为一种好的方法。

交叉软件开发（机器汇编）：这是把单片机汇编语言程序自动转换机器码的方法，可取代人工逐条查找机器码的繁重劳动。目前已在IBM PC／XT、AT，APPLE-II，TRS-80等微机上实现用交叉汇编的方式对诸多系列单片机进行编程，并具有排错调试功能。这种方法必须借助微机系统，解决了编程的方便和快速问题。

模拟调试开发。在开发目标系统的过程中，单片机的开发系统允许用户使用它内部的RAM存贮器和输入／输出来替代目标系统中的ROM程序存贮器、RAM数据存贮器以及I／O，使用户在目标系统样机还未完全配置好以前，便可以借用开发系统提供的资源进行软件开发。这种方法具有编程、程序汇编、调试、排错功能。用模拟调试方法开发，必须在微机系统上建立被开发单片机的开发环境，也就是用所选用的微机资源来模拟单片机的结构，并用该微机的指令模拟单片机指令的执行过程。它可以对单片机进行排错调试，并可进行程序执行过程的仿真，即具备单片机应用系统开发过程中所需的全部功能（编程、排错、调试、仿真）。

重要的是目标机的程序存贮器模拟功能。因为在研制目标系统开始的初始阶段，目标程序还未生成，谈不上在目标系统中通过EPROM写入器将经过模拟调试好的机器码程序写入到EPROM中。因此，用户的目标程序必须存放在开发系统RAM存贮器内，以便于在调试过程中对程序修改。开发系统所能出借的作为目标系统程序存贮器的RAM，常称为仿真RAM。开发系统中仿真RAM的容量和地址映射应和目标机系统完全一致。对于MCS-51系列单片机开发系统，最多应能出借64K字节的仿真RAM，地址为0～65535，并保持原有的复位入口和中断入口地址不变。

该系统通常由三部分组成即交叉汇编（机器汇编）、排错／模拟软件包、EPROM编程板。

评价板开发装置：它是单板机开发装置的改进型，增加了RS-232C微机系统接口，可在微机系统支持下进行联机开发单片机，也可以视为交叉软件开发或模拟调试开发与单片单板机开发装置的结合。

此种开发也称联机评价调试系统开发，又称在线开发。在微机上利用交叉汇编来编程，通过RS-232C串行通信口将汇编好的机器码传送给评价板，控制其运行，看是否满足预定结果．如不满足，可进一步修改程序，直到满足全部预定要求为止，它为程序的排错调试提供了一个硬件环境。此方法目前使用较为普遍，可满足一般应用系统的开发需要，且投资较小。

ROM仿真器：ROM仿真器特别适合于单片机的开发，因为单片机本身就是一台完整的计算机最小应用系统，所谓单片机的开发，其主要工作是对在片EPROM、E2PROM或外接EPROM、E2PROM进行编程。

由于单片机组成的完整计算机系统较为少见，故通常采用通用的微机系统来开发单片机。即通常以双机通信的方式对单片机进行仿真开发（如在IBM-PC机、APPLE-II机上）对两个不同的CPU的双机进行通信，最简单的方法是采用公用存储器，利用系统微机的RAM（即公共存储器）作为目标机（单片机）的ROM，由此称为ROM仿真。开发中目标机的ROM采用EPROM（E2PROM），故也称为EPROM(E2PROM)仿真。

ROM仿真器结构简单，通用性强。但由于它是通过24脚(或28脚)的EPROM插座来对目标机进行仿真的，地址范围将受到限制，对目标机排错调试功能较弱。由于其通用性强，仿真速度快，并可全面考核单片机应用系统的综合性能，因此很受重视，得到广泛应用。

CPU仿真器：由于单片机是一台完整的计算机，是一个最小的应用系统，故对单片机进行CPU仿真的难度将大大超过一般的μP的开发。因为有的地址线、数据线、片内I/O等没有引出脚（特别是EPROM、ROM版本的芯片）。

仿真器使用ASM-51宏汇编，PL/M-5l高级语言，连接/浮动程序，库实用程序，二进制到十六进制转换程序。高级语言通用性好、功能强，程序设计人员只要掌握该种语言的特点和使用方法，不需要完全掌握具体的单片机指令系统，就可以编写程序。MCS-51系列单片机的编译型高级语言有：PL／M51、C-51、MBASIC-51等。解释型高级语言有BASIC-52、TINY BASIC等。编译型高级语言可生成机器码，解释型高级语言必须在解释程序的支持下直接解释执行。

与使用汇编语言编写程序相比，使用高级语言具有程序短、易于编写、便于软件维护，确保程序的可移植性、达到缩短单片机产品的开发周期等优点。在程序设计时可以交叉使用汇编语言和高级语言。

2 单片机应用系统的开发过程

单片机应用系统开发特点是：选用合适机型，开发实用软件。单片机应用系统开发的过程如图所示。

在该过程中，系统硬件设计是指设计电路原理图、设计印制电路板或用万用板直接焊出实验板；对硬件、软件分模块调试是指测试、调整部分电路模块和程序模块；系统统调是指在独立测试各部分电路模块、程序模块正确后，将系统各电路模块全部连接起来，运行完整的系统程序，测试各个模块的配合情况以及系统整体性能；“编程器烧写固化后运行”是指将程序直接写入单片机或程序存储器，让系统现场运行、工作，然后测试系统的各种功能是否正常、可靠性是否符合要求。

当系统能够稳定地完成所有功能时，即可认为设计已达到要求。

3 单片机软件开发的特点与方法

由于单片机通常是为应用系统而设计的，本身一般不具有自我开发和编程的能力，因此必须借助于开发工具来开发。单片机最突出的特点是其本身就是一个完整的应用系统，可以通过对单片机的选型和多个联用满足不同要求。若无特殊需要，不必进行扩展（如ROM、RAM、I/O、A/D等扩展）。而是合理选用以达到最佳利用单片机的资源，在设计时，通常可留有适量余地。

单片机既然是一个完整的应用系统，必然与外界有较多的联系，这些联系通常通过I/O接口进行，以满足用户的不同要求。

因此，单片机的产品开发特点是：选用合适机型，开发实用软件。单片机产品开发全过程见图。说明两点：

项目的可行性论证：在着手系统设计之前，必须提出任务及要求，确定系统设计的技术指标。

系统总体方案：是开发产品的关键环节。在充分调研的基础上选择好单片机机型和关键元器件；要充分考虑货源、开发工具及外围电路等；还要分配协调好软、硬件功能，通常硬件和软件具有一定的互换性。

从图中可看出，开发单片机应用系统产品，开发工具处于重要地位。在硬件调试、程序调试及联调时，都需使用开发系统，甚至在进行总体设计时，某些技术问题也需要验证。开发系统还是鉴定性能的得力工具，因此，在选用开发系统时，要选择性能优良的开发系统。

参考文献

[1] 张友德、赵志英、涂时亮．单片微型机原理、应用与实验．上海：复旦大学出版社，2005．6．

[2] 张丽娜．单片机原理及应用．武汉：华中科技大学出版社，2004．7．

[3] 徐维祥、刘旭敏．单片机微型计算机原理及应用．大连：大连理工大学出版社， 2002．7．

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