單片機開發(fā)初探

做AT89C5X（51，52，55等等）的時間最長，知道的可能多些，主要談些實際應用中的經(jīng)驗與教訓。書可以參看北航出的一本專門講AT89系列的，還不錯，建議大家購買。

AT89C51我認為是一個非常標準的51單片機了，4個P口，1個串口，RAM只有標準的128Byte，F(xiàn)lash也只有4K，功能還算齊全，我就以它為基礎，所以開發(fā)過程中遇到的問題吧。

復位源的問題

大家最常用的復位方式就是電阻加電容吧，AT89C51是高電平復位，這種方式不穩(wěn)定，在產(chǎn)品調(diào)試時可以使用，因為在調(diào)試時我們一般使用了仿真器，而許多仿真器都會自己輸出復位信號，而屏蔽掉目標板產(chǎn)生的復位信號，所以調(diào)試時復位信號是沒有問題的，我們公司使用的是長沙菊陽的仿真器，用的是比較先進的技術(shù)，還算可以，仿真AT89系列的芯片一點問題沒有，還很穩(wěn)定的說。

這里有一個非常重要的問題要說下，大家有時候會遇到這樣的一個問題：自己的程序在仿真時運行一點問題也沒有，但燒錄后卻不行了。結(jié)合我的經(jīng)驗有兩種原因。一是時序可能變了，這個大家都知道，我不多說，還有一個原因就是復位信號的問題。具體情況如下：

（1）復位電路有問題，不能正常產(chǎn)生復位信號。因為調(diào)試時仿真器可能給你提供了復位信號，而脫離仿真器后就沒有了；

（2）看門狗的問題。有些51芯片帶有看門狗復位功能，如At89c55WD，當程序開啟了看門狗后，有時候程序的初始化內(nèi)容太多了，往往會產(chǎn)生了復位信號，特別是用C語言編程功能時，有時候雖然你明明在程序開始時某個地方關(guān)閉了看門狗，但程序依然會復位，這是因為C語言執(zhí)行效率比匯編低，看似幾行代碼，有時候要很長時間的，所以在使用開門狗時一定要注意這個問題。

而這個問題在使用仿真器時容易被忽視，因為即使你的程序里看門狗復位了，但是仿真器（菊陽仿真器可以開啟/屏蔽這個功能）往往會屏蔽了這個復位信號，所以程序仍然會正常運行的。

當你把程序燒好后再運行時，你卻為發(fā)現(xiàn)剛調(diào)試好的程序卻無法正常運行了，那是因為你的程序一直在不停復位了，注意用示波器觀察RST腳可能看不到復位信號的，因為看門狗復位并不影響RST腳的電平。

再一種情況就是芯片內(nèi)部不帶看門狗，但是電路中有CPU監(jiān)控芯片的，它往往是可以提供復位信號的，而且是多種原因的復位信號，如果你發(fā)現(xiàn)上述情況，就可以用示波器查看RST腳看是否有電平變化。

所以建議大家做51產(chǎn)品開發(fā)時盡量使用CPU監(jiān)控芯片，向X5045就是非常好用的，因為它還帶有Eprom功能，這在很多場合使用的到的，也可以用MAX708等專用復位芯片了，既穩(wěn)定又方便。

筆記歸納

以下是結(jié)合自己的實際做的幾點筆記歸納：

1、與發(fā)光二極管串聯(lián)的電阻（排阻）的計算和選取，一般發(fā)光二極管的正常發(fā)光的電流是3~10mA，在發(fā)光二極管上產(chǎn)生的壓降是1.7V（軌管） R=（5-1.7）/3~10 （k）

2、單片機TTL電平高電平：+5V；低電平：0V。

RS232串口電平高電平：—12V ；低電平：+12V。 可以通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換之間的電平。

3、單片機上電I\O口的寄存器為高電平，其余寄存器為低電平。

4、三極管的開關(guān)作用：在B、E間接正向電壓，E、C是導通的。

5、蜂鳴器：

1） 有源蜂鳴器直接接上額定電壓就可以連續(xù)發(fā)聲。

2）無源蜂鳴器和電磁揚聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。

3）有源蜂鳴器帶振蕩源，無源的不帶。

4）有源蜂鳴器的理想信號是直流電。

5）無源蜂鳴器的理想信號為方波信號。

方波發(fā)聲函數(shù)：void beep（）

{ fmq=0;

delay 500us（）;

fmq=1;

delay 500us（）;

}

6、計算單片機指令周期：

指令周期（us） = 12 / 晶振頻率（Mhz）

選用12M的晶振，一個指令周期為1us

7、89C51的芯片最高支持24M的晶振

拋磚引玉——向前輩學習

上面只是筆者粗陋的小見解，筆者和大家都會感覺到不是很過癮，它山之石可以攻玉，我們還需向更多的前輩學習，筆者經(jīng)過整理前人的經(jīng)驗總結(jié)，看到了很多值得很大家一起分享的一些開發(fā)經(jīng)驗！

目前介紹單片機應用的文章很多，但介紹單片機開發(fā)工具制作的文章卻較少。由于單片機是一門實踐性很強的課程，如果采用傳統(tǒng)的開發(fā)模式，則要購買價格昂貴的仿真器、編程器等開發(fā)工具來作實驗。

其實由于芯片功能的日益完善，我們可以利用芯片的在系統(tǒng)編程（ISP）功能制作出實用而低價的開發(fā)工具。下面就幫助DIY愛好者開發(fā)制作出適合自己的開發(fā)工具。

1 當前常用開發(fā)模式

目前，基本上有兩種開發(fā)模式可供選擇：用仿真器、用編程器。

① 用仿真器。優(yōu)點：方便，可以設置斷點，可以觀察存儲器及寄存器的內(nèi)容。缺點：價格昂貴，不同類型的單片機要購買不同的仿真器;仿真器終究不是單片機，有時代碼在仿真器上能通過，但在單片機中不能正常工作，反而增加了調(diào)試的難度。

② 用編程器。優(yōu)點：價格相對便宜，通常一款編程器可編程多種器件。缺點：操作相當不便，每次要將芯片在目標板與編程器之間轉(zhuǎn)移，并且還要在編譯操作界面與編程器操作界面之間切換，大部分時間在做簡單的重復工作。

2 新的開發(fā)模式介紹及芯片選擇

本文介紹的開發(fā)工具采用一種新的開發(fā)模式（類似于編程器開發(fā)模式）。由于利用了芯片的在系統(tǒng)編程功能，因此不需要移動芯片。在軟件設計時設計 成：一旦代碼文件被重新編過，即自動下載到芯片，并自動復位運行，是真正的“所編即所得”。

目前很多單片機都支持在系統(tǒng)編程。8051系列單片機支持在系統(tǒng)編程的也很多，但大多數(shù)是支持通過PC機的串口對單片機進行編程。

這樣有四個不方便的地方：一是項目本身與PC機串行通信不方便;二是要增加1片MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片;三是有的芯片要按特定的步驟進入下載模式，編程過程需要手工干預;四是有的芯片需要固件（定制的程序）的支持，如果不小心損壞了固件，則芯片的在系統(tǒng)編程功能也沒有了。

經(jīng)過比較，Atmel公司生產(chǎn)的AT89S8252是一種比較理想的芯片，適合制作開發(fā)工具。此芯片有如下特點：

◆ 與8051兼容;

◆ 內(nèi)含8KB可擦寫1000次的程序存儲器，2KB可擦寫超過100 000次的數(shù)據(jù)存儲器及256字節(jié)8位寬內(nèi)部RAM;

◆ 可通過SPI接口在系統(tǒng)串行編程，與8051兼容

◆ 串行編程時有自動擦寫周期，在調(diào)試大程序時可以分段下載，節(jié)約時間;

◆ 低電壓下載，無需12V編程電壓。

3 AT89S8252串行編程

（1）AT89S8252串行編程模式

當芯片的RST引腳置高電平時，所有程序和數(shù)據(jù)存儲器可以通過SPI總線接口［SCK，MOSI（input），MISO（output）］編程。RST變高以后，在編程或擦除操作之前必須首先發(fā)送一條編程允許命令。在串行編程模式下，芯片會在字節(jié)編程之前自動插入一個擦除周期。因此，除非芯片的代碼保護位被編程，編程之前不需要執(zhí)行全片擦除命令。SPI接口之SCK時鐘頻率須低于晶振頻率的1/40。

（2）AT89S8252串行編程步驟

① 在XTAL1與XTAL2之間連接一個3~24MHz的晶振;在VCC與GND之前加上電源電壓，將RST置高，等待10ms。

② 發(fā)送串行編程允許命令。

③ 發(fā)送寫/讀/擦除等命令及數(shù)據(jù)，串行數(shù)據(jù)高位在前，低位在后，數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿鎖定。

④ 如果上一步是寫命令，至少等待2.5ms。

⑤ 需要時重復③、④兩步。

⑥ 將RST置低，芯片開始運行。

（3）AT89S8252串行編程命令，AT89S8252串行編程命令如表1所列。

表1

（4） AT89S8252串行編程時序圖，AT89S8252串行編程時序如圖1所示。

圖1

4 硬件設計

① 通過計算機并口與單片機SPI口連接;

② 為了保護計算機并口，需要增加1片74HC244作為隔離。

實用的原理圖如圖2所示。（已經(jīng)過實踐檢驗，可放心使用。）

圖2

5 用VB編程進行并口控制

打印端口的基地址一般為0x278、0x378或0x3BC，可以從控制面板中查到。為了方便讀者，表2列出了常用打印端口引腳及寄存器位元的說明。

表2

在Windows環(huán)境下最簡單易學的語言恐怕非VB莫屬，所以我們的開發(fā)工具也選用VB作為編程語言。但由于Windows的保護，VB無法直接讀寫打印端口，因此我們需要另外的程序模塊來實現(xiàn)打印端口的直接讀寫。在Internet網(wǎng)上可以找到許多此類模塊，并且相當多的模塊可以免費使用。

經(jīng)過試用，筆者推薦使用Winio v2.0。

該模塊支持Win9X/NT/2000/XP（http://www.internals.com Yariv Kaplan ），并且?guī)в性敿毜膸椭?、例子程序及源碼。使用時，將Winio.sys、Winio.dll、Winio.vxd及Winio.bas四個文件拷貝到工作目錄下，在VB中直接添加Winio.bas模塊即可。本例中用到的函數(shù)有四個，分別說明如下。

① IniTIalize（）：允許端口控制函數(shù)。在使用端口輸入輸出函數(shù)之前調(diào)用一次，成功返回“1”，失敗返回“0”。

② Shutdown（）：關(guān)閉端口控制函數(shù)。在退出程序時執(zhí)行一次，成功返回“1”，失敗返回“0”。

③ GetPortVal（ByVal PortAddr As Integer， ByRef Portval As Long， ByVal bSize As Byte） As Boolean：讀取端口函數(shù)，PortAddr 為端口地址， Portval為端口值，bSize為要讀取的字節(jié)數(shù)。讀取成功時返回“1”，失敗時返回“0”。

④ SetPortVal（ByVal PortAddr As Integer， ByVal Portval As Long， ByVal bSize As Byte） As Boolean：寫端口函數(shù)。PortAddr 為端口地址， Portval為要寫的值，bSize為要寫入的字節(jié)數(shù)。寫入成功返回“1”，失敗返回“0”。

四個函數(shù)在Winio.bas模塊中的聲明如下：

Declare FuncTIon IniTIalizeWinIo Lib “WinIo.dll” （） As Boolean

Declare FuncTIon ShutdownWinIo Lib “WinIo.dll” （） As Boolean

Declare Function GetPortVal Lib “WinIo.dll” （ByVal PortAddr As Integer， ByRef Portval As Long， ByVal bSize As Byte） As Boolean

Declare Function SetPortVal Lib “WinIo.dll” （ByVal PortAddr As Integer， ByVal Portval As Long， ByVal bSize As Byte） As Boolean

6 Intel HEX 格式文件

由于一般編譯軟件產(chǎn)生的用于寫入芯片的文件都是Intel HEX格式的文件。Intel HEX文件屬于文本文件，可以用記事本查看。一個Intel HEX文件的一行稱為一個記錄，每個記錄都是由十六進制字符組成的，兩個字符表示一個字節(jié)的值。Intel HEX文件通常由若干條記錄組成，每個記錄都具有如下的形式：

：LLAAAATTDD.。.DDCC

“：”——記錄的起始標志;

LL——記錄長度，表示該記錄中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù);

AAAA——數(shù)據(jù)裝入的首地址（16位）;

TT——記錄類型，00表示數(shù)據(jù)記錄，01表示文件結(jié)束;（注意：有的編譯軟件會產(chǎn)生大于01的記錄類型，本應用中對大于01記錄類型的記錄忽略掉即可。）

DD——數(shù)據(jù)值（字節(jié)）;

CC——校驗和。（將其本身與記錄中除起始標志外的所有字節(jié)相加應為0，不為0則有錯。）

VB編程詳細說明見本刊網(wǎng)絡補充版（http://www.dpj.com.cn）。（由于各子程序的流程都較簡單，所以直接給出源碼，而未畫出流程圖。程序采用由底至頂?shù)脑O計方法。）

結(jié)語

雖然上述程序能實現(xiàn)各種基本的功能，但并不完善，并未考慮各種異常情況，讀者可根據(jù)實際情況進行完善。

由于AT89S8252的價格還是較貴，所以現(xiàn)在市場上較難買，不過Atmel公司推出的替代AT89C51/52的AT89S51/52也有在系統(tǒng)編程功能，且價格便宜。其在系統(tǒng)編程的實現(xiàn)方法與AT89S8252類似，對本例部分程序稍作修改即可支持該器件。筆者制作的“MCS51/AVR/PIC三合一下載器”增加了對AT89S51/52的支持。

因為C語言執(zhí)行效率比匯編低，看似幾行代碼，有時候要很長時間的，所以在使用開門狗時一定要注意這個問題。而這個問題在使用仿真器時容易被忽視，因為即使你的程序里看門狗復位了，但是仿真器（菊陽仿真器可以開啟/屏蔽這個功能）往往會屏蔽了這個復位信號，所以程序仍然會正常運行的。

當你把程序燒好后再運行時，你卻為發(fā)現(xiàn)剛調(diào)試好的程序卻無法正常運行了，那是因為你的程序一直在不停復位了，注意用示波器觀察RST腳可能看不到復位信號的，因為看門狗復位并不影響RST腳的電平。

再一種情況就是芯片內(nèi)部不帶看門狗，但是電路中有CPU監(jiān)控芯片的，它往往是可以提供復位信號的，而且是多種原因的復位信號，如果你發(fā)現(xiàn)上述情況，就可以用示波器查看RST腳看是否有電平變化。

所以建議大家做51產(chǎn)品開發(fā)時盡量使用CPU監(jiān)控芯片，向X5045就是非常好用的，因為它還帶有Eprom功能，這在很多場合使用的到的，也可以用MAX708等專用復位芯片了，既穩(wěn)定又方便。