許京雷 常靜

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2023.14.139

摘? 要? 通過對微處理器課程教學(xué)目標(biāo)的分析，確定該課程實驗內(nèi)容設(shè)置的原則，以此為依據(jù)對實驗內(nèi)容進(jìn)行合理設(shè)置，對51和STM 32實驗分別舉例分析具體實驗內(nèi)容，說明具體步驟和實驗要求，通過具體實踐，實現(xiàn)課程對操作技術(shù)的要求。

關(guān)鍵詞? 微處理器；實驗；51開發(fā)板；STM 32

中圖分類號：G642.423? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）14-0139-03

Setting of Experiment Content of Microproce-ssor Course//XU Jinglei， CHANG Jing

0? 引言

微處理器課程是本科測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門學(xué)科必修課，是一門實用性較強(qiáng)的課程。本課程通過對微處理器中的典型產(chǎn)品51和STM 32的總體性能，中斷、并行、串行等技術(shù)的分析，說明產(chǎn)品如何實現(xiàn)良好的可編程性，如何將微處理器技術(shù)融入產(chǎn)品研發(fā)流程[1]。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠針對微處理器復(fù)雜工程問題進(jìn)行理論分析和實際測算，找出關(guān)鍵因素，解決相關(guān)問題[2]。了解微處理器的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學(xué)生在已有的微處理器理論和實踐基礎(chǔ)上，能創(chuàng)新地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。通過課程學(xué)習(xí)，在學(xué)生具備扎實的微處理器設(shè)計基本理論和設(shè)計分析的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生具有對于測控過程、裝置或系統(tǒng)工程問題，設(shè)計合理的微處理器方案的能力[3]。微處理器實驗內(nèi)容設(shè)置為24學(xué)時，占總學(xué)時60學(xué)時的40%，實驗內(nèi)容的設(shè)置直接關(guān)系到課程目標(biāo)的實現(xiàn)，意義十分重要，筆者對實驗內(nèi)容設(shè)置原則，具體設(shè)置內(nèi)容進(jìn)行分析。

1? 實驗內(nèi)容設(shè)置原則

本課程內(nèi)容包括兩種微處理器，一種是初級微處理器51，其代表型號是AT89S51，初級微處理器的特征是主頻10 MHz左右，盡管性能有限，但推出時間早，應(yīng)用廣泛，時至今日，仍然有大量兼容產(chǎn)品使用，包括大量包含51內(nèi)核的產(chǎn)品，因此，通過實驗加強(qiáng)51的掌握仍然十分必要。另一種是中級微處理器STM 32，其代表型號是STM 32F103VET6，

中級微處理器的特征是主頻100 MHz左右，性能得到了很大提升，顯示能力也有大幅提高，常規(guī)帶有觸摸彩色液晶顯示屏。更為重要的是，隨著主頻和內(nèi)存的全面提升，在應(yīng)用層面上，發(fā)生了全新的質(zhì)的變化，可以運行操作系統(tǒng)。這是初級微處理器不具備的特征，具體是中級微處理器可運行嵌入式操作系統(tǒng)或者微處理器操作系統(tǒng)。

針對以上分析，實驗內(nèi)容的設(shè)置應(yīng)該遵守三條原則。

一是均衡性原則，即對于51和STM 32應(yīng)設(shè)置同樣的實驗時間；既可熟練51的使用，又可掌握STM 32的使用，51結(jié)構(gòu)簡單，容易應(yīng)用，應(yīng)該達(dá)到熟練的程度；STM32結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不要求全面深入掌握，只要求掌握常規(guī)的操作。

二是C語言原則，本課程實踐特色比較突出，應(yīng)拋棄側(cè)重原理分析的匯編語言，無論51還是STM 32，均全面采用C語言，符合工程開發(fā)實際情況，著重思維算法，提高開發(fā)效率。

三是操作系統(tǒng)原則，針對STM 32的全新特征：安裝和運行操作系統(tǒng)，了解和練習(xí)多任務(wù)運行的機(jī)制，是在實驗設(shè)置時必須考慮的內(nèi)容。

2? 微處理器51實驗內(nèi)容設(shè)置

本部分可設(shè)置12學(xué)時實驗，具體為51并口，51點陣，51矩陣鍵盤，51外部中斷，51定時器，51串口，對51的基本功能做全面練習(xí)。實驗之前要講解注意事項：不要觸摸實驗板的金屬部分，如銅箔、管腳和導(dǎo)線接頭。實驗板盒輕拿輕放，正面朝上，放在桌子內(nèi)側(cè)，摔壞要賠償。實驗前檢查液晶屏，實驗后破裂要賠償。實驗盒的STM 32開發(fā)板的仿真器必須放在液晶旁邊以保護(hù)液晶，壓裂要賠償。數(shù)據(jù)線不要從開發(fā)板拔掉。實驗結(jié)束后關(guān)閉電腦，清理垃圾，實驗盒集中存放在后面箱子，課代表關(guān)好電燈門窗。以51并口實驗為例，51并口實驗?zāi)康氖菍W(xué)習(xí)并口P2口的使用方法，學(xué)習(xí)延時子程序的編寫和使用，為驗證實驗。

2.1? 學(xué)習(xí)實驗器材和開發(fā)環(huán)境的使用

51開發(fā)板所用的微處理器是STC89C52，是AT89S51的升級版，軟件上完全兼容后者，主要區(qū)別是程序存儲器增加4 KB。安裝51開發(fā)板軟件：打

開51開發(fā)板軟件＼KeilC51＼C51V901.exe安裝，注意檢查安裝目錄為C：＼Keil，電腦賬戶為字母，進(jìn)入控制面板修改，并注冊，Win10系統(tǒng)要在Keil4圖標(biāo)上右擊以管理員身份運行。

2.2? 建立C51工程框架

先在磁盤建立工程文件夾，例如，D：＼test1，再打開Keil uVision4，點擊菜單project→new μvision project，選中D：＼test1文件夾，把工程

的名字命為test1，點擊保存，在select device對

話框選擇Atmel的AT89C51，點擊ok，在隨后的復(fù)

制啟動代碼對話框選擇否。點擊菜單file→new，

再點擊工具欄按鈕save，將文件命名為main.c。

在左側(cè)project框雙擊Source Group 1，點擊main.c，點擊Add，再點擊Close。點擊工具欄按

鈕target options，在target標(biāo)簽的xtal填入

12，在output標(biāo)簽勾選create HEX file，點擊ok。下次打開工程點擊菜單project→open或右擊uvproj選UV4。

C51程序結(jié)構(gòu)：

1）包含頭文件，打開main.c，輸入#include ；

2）宏，類型和全局變量定義（可以沒有）；

3）子函數(shù)（局部變量定義寫在開頭位置，可以沒有）；

4）主函數(shù)void main（）{}（必須有）。

編寫程序并保存，點擊工具欄按鈕rebuild或build，顯示0 Error（s）， 0 Warning（s）即表示通過編譯連接。

2.3? 學(xué)習(xí)51開發(fā)板使用串口下載程序，安裝開發(fā)板串口驅(qū)動

打開51開發(fā)板軟件＼應(yīng)用驅(qū)動＼開發(fā)板USB轉(zhuǎn)串口CH340驅(qū)動＼CH341SER.EXE安裝。數(shù)據(jù)線連接開發(fā)板和計算機(jī)，打開下載軟件：51開發(fā)板軟件＼燒寫軟件＼PZ-ISP下載軟件.exe，點擊打開文件，選擇D：＼test1＼test1.hex，芯片類型選擇STC89Cxx（New），點擊程序下載，下載后自動運行。

2.4? 介紹51開發(fā)板LED的原理

如果要點亮一個LED就把單片機(jī)相對應(yīng)的IO賦

為低電平，板子最左為D8。如點亮D8，程序先添加

全局變量定義sbit? P27= P2^7；然后在main（）輸

入P27=0。提出實驗要求：P2口實現(xiàn)從左到右流水燈，左右來回流水燈，奇偶交替閃爍，每過程重復(fù)5次，過程間隔5 s。實驗步驟如下。

1）建立C51工程框架。編寫C51程序，需編寫延時程序等。編譯程序并下載運行。

2）對程序作出注釋和說明。

3? 微處理器STM 32實驗內(nèi)容設(shè)置

本部分可設(shè)置12學(xué)時實驗，具體為STM 32的GPIO口，STM32按鍵中斷，STM 32液晶觸摸屏，STM32嵌入式操作系統(tǒng)，液晶觸摸屏和嵌入式操作系統(tǒng)均為綜合性實驗，各自4學(xué)時。以STM 32的GPIO口實驗為例，該實驗?zāi)康氖橇私釭PIO的概念，掌握GPIO口的數(shù)據(jù)操作，為驗證實驗。

3.1? 學(xué)習(xí)STM 32開發(fā)板的主要特性以及Keil5的環(huán)境搭建

STM 32開發(fā)板所用的微處理器是STM32F103ZET6，

是STM 32F103VET6的升級版，軟件上完全兼容后者，主要區(qū)別是GPIO管腳增加32個。安裝STM32開發(fā)板軟件：打開STM 32開發(fā)板軟件＼KeilMDK＼mdk514.exe安裝，注意檢查安裝目錄為C：＼Keil_v5，賬戶為字母，然后安裝芯片包：雙擊Keil.STM32F1xx_DFP.1.0.5.pack。最后注冊，Win10系統(tǒng)要在Keil5圖標(biāo)上右擊以管理員身份運行。

3.2? 建立STM 32工程框架

先在磁盤建立工程文件夾，例如D：＼test7，然

后把STM 32固件庫文件夾Libraries復(fù)制進(jìn)去，再

打開Keil uVision5，點擊菜單project→new

μvision project，選中D：＼test7文件夾，把工程

的名字命為test7，點擊保存，在select device對

話框選擇STMicroelectronics的STM32F103ZE，點

擊ok，在隨后的manage run對話框點關(guān)閉。點擊

菜單file→new，再點擊工具欄按鈕save，將文

件命名為main.c。點擊工具欄按鈕file extensi-

ons，在groups框新建分組CMSIS，StdPeriph_Driver，點ok。雙擊分組Source Group 1添加

main.c，點ok關(guān)閉。雙擊分組CMSIS添加core_

cm3.c，system_stm32f10x.c ，startup_stm32f10x_

hd.s（均在文件夾Libraries＼CMSIS，文件類型選

擇all files），分組StdPeriph_Driver添加stm

32f10x_gpio.c和stm32f10x_rcc.c（均在文件夾Libraries＼StdPeriph_Driver＼src）。點擊工具欄按鈕options for target，在target標(biāo)簽的xtal填入8并選中Use MicroLib，在C標(biāo)簽的define框填入USE_STDPERIPH_DRIVER，STM32F10X_HD，在

include框點右側(cè)按鈕添加.＼Libraries＼CMSIS和.

＼Libraries＼ StdPeriph_Driver＼inc，點ok關(guān)閉。

打開已有工程點擊菜單project→open或雙擊uv-

projx。

STM32程序結(jié)構(gòu)：

1）包含頭文件，打開main.c，輸入#include “stm32f10x.h”；

2） 宏，類型和全局變量定義（可以沒有）；

3）子函數(shù)（局部變量定義寫在開頭位置，可以沒有）；

4）主函數(shù)int main（）{}（必須有）。

點擊工具欄按鈕rebuild或者build，顯示0 Error（s）， 0 Warning（s）即表示通過編譯連接。若編譯出現(xiàn)找不到*.o文件，把計算機(jī)賬戶改為字母，右擊我的電腦—屬性—高級，找到環(huán)境變量，把TEMP和TMP的值改為D：＼user＼temp，文件夾需先創(chuàng)建。

3.3? 練習(xí)下載程序

STM32開發(fā)板使用仿真器下載程序，仿真器免驅(qū)版自動識別不需要安裝驅(qū)動，仿真器連接開發(fā)板和計算機(jī)，點擊工具欄按鈕options for target，在debug標(biāo)簽右側(cè)選擇use CMSIS-DAP-Debugger，選中run to main，點settings，在cortex對話框的debug標(biāo)簽的reset框，選擇SYSRESETREQ，在

Flash Download標(biāo)簽選擇Reset and Run，點ok關(guān)

閉cortex對話框，點ok關(guān)閉options對話框。點工具欄按鈕download下載程序，下載后自動運行，若不運行，按復(fù)位鍵或從電腦usb口拔掉插頭重新插上。

3.4? 介紹STM32開發(fā)板的LED模塊的原理

從左到右D1—8連接到GPIO的PC0—7上，低電平亮。提出實驗要求：對連接在GPIO的LED模塊實現(xiàn)從左到右流水燈效果。實驗步驟如下。

1）建立STM 32工程框架。編寫STM 32程序，需編寫時鐘使能程序，端口配置程序等。編譯程序并下載運行。

2）對程序作出注釋和說明。注釋的漢字若有亂碼點菜單edit/configuration，選擇GB2312編碼。

4? 結(jié)束語

以微處理器課程實驗內(nèi)容設(shè)置為研究對象，在分析教學(xué)目標(biāo)基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的實驗內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，增加STM 32相關(guān)實驗，并且對STM 32的全新特征，設(shè)置嵌入式操作系統(tǒng)的實驗，以滿足工程實踐中對于中級微處理器的性能需求。通過合理設(shè)置相關(guān)實驗具體內(nèi)容，實現(xiàn)微處理器課程的教學(xué)目標(biāo)。

5? 參考文獻(xiàn)

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[2] 李暾，賀旭，屈婉霞，等.微處理器敏捷設(shè)計方法綜述

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[3] 吳愛萍.新時代應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)下的微處理器

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作者簡介：許京雷、常靜，副教授。