微处理器课程实验内容设置

2023-10-26许京雷常静

中国教育技术装备 2023年14期

关键词：工具栏开发板文件夹

许京雷常静

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

摘要通过对微处理器课程教学目标的分析，确定该课程实验内容设置的原则，以此为依据对实验内容进行合理设置，对51和STM 32实验分别举例分析具体实验内容，说明具体步骤和实验要求，通过具体实践，实现课程对操作技术的要求。

关键词微处理器；实验；51开发板；STM 32

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）14-0139-03

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

0 引言

微处理器课程是本科测控技术与仪器专业的一门学科必修课，是一门实用性較强的课程。本课程通过对微处理器中的典型产品51和STM 32的总体性能，中断、并行、串行等技术的分析，说明产品如何实现良好的可编程性，如何将微处理器技术融入产品研发流程[1]。通过本课程的学习，学生能够针对微处理器复杂工程问题进行理论分析和实际测算，找出关键因素，解决相关问题[2]。了解微处理器的应用现状及发展趋势，培养学生在已有的微处理器理论和实践基础上，能创新地应用于各个领域。通过课程学习，在学生具备扎实的微处理器设计基本理论和设计分析的基础上，培养学生具有对于测控过程、装置或系统工程问题，设计合理的微处理器方案的能力[3]。微处理器实验内容设置为24学时，占总学时60学时的40%，实验内容的设置直接关系到课程目标的实现，意义十分重要，笔者对实验内容设置原则，具体设置内容进行分析。

1 实验内容设置原则

本课程内容包括两种微处理器，一种是初级微处理器51，其代表型号是AT89S51，初级微处理器的特征是主频10 MHz左右，尽管性能有限，但推出时间早，应用广泛，时至今日，仍然有大量兼容产品使用，包括大量包含51内核的产品，因此，通过实验加强51的掌握仍然十分必要。另一种是中级微处理器STM 32，其代表型号是STM 32F103VET6，

中级微处理器的特征是主频100 MHz左右，性能得到了很大提升，显示能力也有大幅提高，常规带有触摸彩色液晶显示屏。更为重要的是，随着主频和内存的全面提升，在应用层面上，发生了全新的质的变化，可以运行操作系统。这是初级微处理器不具备的特征，具体是中级微处理器可运行嵌入式操作系统或者微处理器操作系统。

针对以上分析，实验内容的设置应该遵守三条原则。

一是均衡性原则，即对于51和STM 32应设置同样的实验时间；既可熟练51的使用，又可掌握STM 32的使用，51结构简单，容易应用，应该达到熟练的程度；STM32结构比较复杂，不要求全面深入掌握，只要求掌握常规的操作。

二是C语言原则，本课程实践特色比较突出，应抛弃侧重原理分析的汇编语言，无论51还是STM 32，均全面采用C语言，符合工程开发实际情况，着重思维算法，提高开发效率。

三是操作系统原则，针对STM 32的全新特征：安装和运行操作系统，了解和练习多任务运行的机制，是在实验设置时必须考虑的内容。

2 微处理器51实验内容设置

本部分可设置12学时实验，具体为51并口，51点阵，51矩阵键盘，51外部中断，51定时器，51串口，对51的基本功能做全面练习。实验之前要讲解注意事项：不要触摸实验板的金属部分，如铜箔、管脚和导线接头。实验板盒轻拿轻放，正面朝上，放在桌子内侧，摔坏要赔偿。实验前检查液晶屏，实验后破裂要赔偿。实验盒的STM 32开发板的仿真器必须放在液晶旁边以保护液晶，压裂要赔偿。数据线不要从开发板拔掉。实验结束后关闭电脑，清理垃圾，实验盒集中存放在后面箱子，课代表关好电灯门窗。以51并口实验为例，51并口实验目的是学习并口P2口的使用方法，学习延时子程序的编写和使用，为验证实验。

2.1 学习实验器材和开发环境的使用

51开发板所用的微处理器是STC89C52，是AT89S51的升级版，软件上完全兼容后者，主要区别是程序存储器增加4 KB。安装51开发板软件：打

开51开发板软件＼KeilC51＼C51V901.exe安装，注意检查安装目录为C：＼Keil，电脑账户为字母，进入控制面板修改，并注册，Win10系统要在Keil4图标上右击以管理员身份运行。

2.2 建立C51工程框架

先在磁盘建立工程文件夹，例如，D：＼test1，再打开Keil uVision4，点击菜单project→new μvision project，选中D：＼test1文件夹，把工程

的名字命为test1，点击保存，在select device对

话框选择Atmel的AT89C51，点击ok，在随后的复

制启动代码对话框选择否。点击菜单file→new，

再点击工具栏按钮save，将文件命名为main.c。

在左侧project框双击Source Group 1，点击main.c，点击Add，再点击Close。点击工具栏按

钮target options，在target标签的xtal填入

12，在output标签勾选create HEX file，点击ok。下次打开工程点击菜单project→open或右击uvproj选UV4。

C51程序结构：

1）包含头文件，打开main.c，输入#include ；

2）宏，类型和全局变量定义（可以没有）；

3）子函数（局部变量定义写在开头位置，可以没有）；

4）主函数void main（）{}（必须有）。

编写程序并保存，点击工具栏按钮rebuild或build，显示0 Error（s）， 0 Warning（s）即表示通过编译连接。

2.3 学习51开发板使用串口下载程序，安装开发板串口驱动

打开51开发板软件＼应用驱动＼开发板USB转串口CH340驱动＼CH341SER.EXE安装。数据线连接开发板和计算机，打开下载软件：51开发板软件＼烧写软件＼PZ-ISP下载软件.exe，点击打开文件，选择D：＼test1＼test1.hex，芯片类型选择STC89Cxx（New），点击程序下载，下载后自动运行。

2.4 介绍51开发板LED的原理

如果要点亮一个LED就把单片机相对应的IO赋

为低电平，板子最左为D8。如点亮D8，程序先添加

全局变量定义sbit P27= P2^7；然后在main（）输

入P27=0。提出实验要求：P2口实现从左到右流水灯，左右来回流水灯，奇偶交替闪烁，每过程重复5次，过程间隔5 s。实验步骤如下。

1）建立C51工程框架。编写C51程序，需编写延时程序等。编译程序并下载运行。

2）对程序作出注释和说明。

3 微处理器STM 32实验内容设置

本部分可设置12学时实验，具体为STM 32的GPIO口，STM32按键中断，STM 32液晶触摸屏，STM32嵌入式操作系统，液晶触摸屏和嵌入式操作系统均为综合性实验，各自4学时。以STM 32的GPIO口实验为例，该实验目的是了解GPIO的概念，掌握GPIO口的数据操作，为验证实验。

3.1 学习STM 32开发板的主要特性以及Keil5的环境搭建

STM 32开发板所用的微处理器是STM32F103ZET6，

是STM 32F103VET6的升级版，软件上完全兼容后者，主要区别是GPIO管脚增加32个。安装STM32开发板软件：打开STM 32开发板软件＼KeilMDK＼mdk514.exe安装，注意检查安装目录为C：＼Keil_v5，账户为字母，然后安装芯片包：双击Keil.STM32F1xx_DFP.1.0.5.pack。最后注册，Win10系统要在Keil5图标上右击以管理员身份运行。

3.2 建立STM 32工程框架

先在磁盘建立工程文件夹，例如D：＼test7，然

后把STM 32固件库文件夹Libraries复制进去，再

打开Keil uVision5，点击菜单project→new

μvision project，选中D：＼test7文件夹，把工程

的名字命为test7，点击保存，在select device对

话框选择STMicroelectronics的STM32F103ZE，点

击ok，在随后的manage run对话框点关闭。点击

菜单file→new，再点击工具栏按钮save，将文

件命名为main.c。点击工具栏按钮file extensi-

ons，在groups框新建分组CMSIS，StdPeriph_Driver，点ok。双击分组Source Group 1添加

main.c，点ok关闭。双击分组CMSIS添加core_

cm3.c，system_stm32f10x.c ，startup_stm32f10x_

hd.s（均在文件夹Libraries＼CMSIS，文件类型选

择all files），分组StdPeriph_Driver添加stm

32f10x_gpio.c和stm32f10x_rcc.c（均在文件夹Libraries＼StdPeriph_Driver＼src）。点击工具栏按钮options for target，在target标签的xtal填入8并选中Use MicroLib，在C标签的define框填入USE_STDPERIPH_DRIVER，STM32F10X_HD，在

include框点右侧按钮添加.＼Libraries＼CMSIS和.

＼Libraries＼ StdPeriph_Driver＼inc，点ok关闭。

打开已有工程点击菜单project→open或双击uv-

projx。

STM32程序结构：

1）包含头文件，打开main.c，输入#include “stm32f10x.h”；

2）宏，类型和全局变量定义（可以没有）；

3）子函数（局部变量定义写在开头位置，可以没有）；

4）主函数int main（）{}（必须有）。

点击工具栏按钮rebuild或者build，显示0 Error（s）， 0 Warning（s）即表示通过编译连接。若编译出现找不到*.o文件，把计算机账户改为字母，右击我的电脑—属性—高级，找到环境变量，把TEMP和TMP的值改为D：＼user＼temp，文件夹需先创建。

3.3 练习下载程序

STM32开发板使用仿真器下载程序，仿真器免驱版自动识别不需要安装驱动，仿真器连接开发板和计算机，点击工具栏按钮options for target，在debug标签右侧选择use CMSIS-DAP-Debugger，选中run to main，点settings，在cortex对话框的debug标签的reset框，选择SYSRESETREQ，在

Flash Download标签选择Reset and Run，点ok关

闭cortex对话框，点ok关闭options对话框。点工具栏按钮download下载程序，下载后自动运行，若不运行，按复位键或从电脑usb口拔掉插头重新插上。

3.4 介绍STM32开发板的LED模块的原理

从左到右D1—8连接到GPIO的PC0—7上，低电平亮。提出实验要求：对连接在GPIO的LED模塊实现从左到右流水灯效果。实验步骤如下。

1）建立STM 32工程框架。编写STM 32程序，需编写时钟使能程序，端口配置程序等。编译程序并下载运行。

2）对程序作出注释和说明。注释的汉字若有乱码点菜单edit/configuration，选择GB2312编码。

4 结束语

以微处理器课程实验内容设置为研究对象，在分析教学目标基础上，对现有的实验内容进行调整，增加STM 32相关实验，并且对STM 32的全新特征，设置嵌入式操作系统的实验，以满足工程实践中对于中级微处理器的性能需求。通过合理设置相关实验具体内容，实现微处理器课程的教学目标。

5 参考文献

[1] 郝尚富，马艳丽，武晓琴.以学生为中心的“微处理器

与接口技术”课程思政建设[J].教师，2021（11）：52-53.

[2] 李暾，贺旭，屈婉霞，等.微处理器敏捷设计方法综述