实验一、C51单片机编程环境以及宝贝车电路板
一、实验目的
熟悉Keil uVision 3开发环境，以及单片机程序烧录的步骤。对单片机执行程序的过程有初步的认识。
二、实验概要
1、下载并安装编程软件
2、连接宝贝车到电池供电的电源
3、连接宝贝车的ISP接口到计算机，以便编程
4、连接宝贝车的串行接口到计算机，以便交互
5、运用C语言初次编写少量的程序，运用编译器编译生成可执行文件
三、实验具体内容
有以下几部分：
1. C51系列单片机Keil uVision IDE（集成开发环境）软件和ISP下载软件的下载和安装
2. 机器人用C51教学板与计算机或者笔记本的连接
3. 如何在集成开发环境中创建目标工程文件，并添加和编辑C语言源程序
4. C语言程序的编译和下载
5. 串口调试终端的使用
6. C语言基本知识：基本数据类型、常量、变量、运算符、表达式
7. printf格式输出函数的使用
下面我们来一步一步的了解。
（一）单片机与C51系列单片机
什么是单片机？
一台能够工作的计算机要有这样几个部份：CPU（Central Processing Unit，中央处理单元：进行运算、控制）、RAM（Random Access Memory，随机存储器：数据存储）、ROM（Read Only Memory，只读存储器：程序存储）、输入/输出设备（串行口、并行口等）。在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片或者插卡，安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部份全部被做到一块集成电路芯片中，所以就称为单片机。
学习单片机有必要吗？
与我们经常使用的个人计算机、笔记本电脑相比，单片机的功能是很小的，那学它干啥吗？实际生活中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能，比如空调温度的控制，冰箱温度的控制等都不需要很复杂高级的计算机。应用的关键是看是否够用，是否有很好的性能价格比。
单片机凭借体积小、质量轻、价格便宜等优势，已经渗透到我们生活的各个领域：导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、工业自动化过程的实时控制和数据处理、广泛使用的各种智能IC卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录象机、摄象机、全自动洗衣机、程控玩
具、电子宠物等等。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。
因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用、嵌入式系统设计与智能化控制的科学家、工程师，同时，学习使用单片机也是了解通用计算机原理与结构的最佳选择。
C51系列单片机
一提到单片机，你就会经常听到这样一些名词：MCS51、8051、C51等等，它们之间究竟是什么关系呢？
MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称。这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751等，其中8051是最典型的产品，该系列单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机。
INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求。实验使用的P89V51RD2单片机是在80C51基础上改进而来，也可认为是增强型51单片机。
P89V51RB2/RC2/RD2是一款80C51微控制器，包含16/32/64kB Flash和1024字节的数
据RAM。
Flash程序存储器支持并行和串行在系统编程（ISP）。并行编程方式提供了高速的分组编程（页编程）方式，可节省编程成本和上市时间。ISP允许在软件控制下对成品中的器件进行重复编程（反复擦写10000次），应用固件的产生/更新能力实现了ISP的大范围应用。
P89V51RB2/RC2/RD2也可采用在应用中编程（IAP），允许随时对Flash程序存储器重新配置，即使是应用程序正在运行也不例外。
什么是单片机的位数？
现在市场上闹得沸沸扬扬的微软新推出的系统VISTA是64位操作系统；大家常用的系统，如WINDOWS XP、WINDOWS 2003等，是32位操作系统；这里你将用到的单片机AT89S52是8位的，而有些厂家生产的单片机则是16位的。那么，这些位数：64、32、16、8代表什么意义呢？
简单地说，这些位数指的是CPU能一次处理的数据的最大长度。当然，这里的位是指二进制的位，而非十进制的位。AT89S52是8位的单片机，意味着它如果要处理16位数据的话
就应该分两次处理。
嵌入式系统
嵌入式系统是指嵌入到工程对象中能够完成某些相对简单或者某些特定功能的计算机系统。与从8位机迅速向16位、32位、64位过渡的通用计算机系统相比，嵌入式系统有其功能的特殊要求和成本的特殊考虑，从而决定了嵌入式系统在高、中、低端系统三个层次共存的局面。在低端嵌入式系统中，8位单片机从20世纪70年代初期诞生至今还一直在工业生产和日常生活中广泛使用。
嵌入式系统嵌入到对象系统中，并在对象环境下运行。与对象领域相关的操作主要是对外界物理参数进行采集、处理，对对象实现控制，并与操作者进行人机交互等。
鉴于嵌入式低端应用对象的有限响应要求、嵌入式系统低端应用的巨大市场以及8位机具有的计算能力，可以预测在未来相当长的时间内，8位机仍然是嵌入式应用中的主流机型。
早期的单片机应用程序开发通常需要仿真机、编程机等配套工具，要配置这些工具需要一笔不小的投资。本教材采用的P89V51RD2，不需要仿真机和编程机，只需运用串行数据线
就可以对单片机的FLASH反复擦写10000次以上，因此使用起来特别方便简单，尤其适合初学者使用，而且配置十分灵活，可扩展性特别强。
In-system Programmable（ISP，系统在线编程）
In-system programmable是指用户可把已编译好的程序代码通过一条“下载线”直接写入到器件的编程（烧录）方法，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。ISP所用的“下载线”并非不需要成本，但相对于传统的“编程器”成本已经大大下降了。通常FLASH型芯片会具备ISP下载能力。
下面的一些列实验将引导你运用P89V51RD2作为机器人的大脑制作一款教育机器人，并采用C语言对单片机进行编程，使机器人实现下述四个基本智能任务：
1．电脑编程软件下载免费下载安装传感器以探测周边环境；
2．基于传感器信息做出决策；
3．控制机器人运动（通过操作带动轮子旋转的电机）；
4．与用户交换信息；
通过参与这些任务，你有机会接触和了解C51单片机原理与应用开发技术，以及C语言程序设计技术，对身边的形形的电子产品的实现原理有所了解，如果感兴趣，初步了解后可以进一步的进行深入的学习研究。
为了方便单片机微控制器与电源、ISP下载电缆、串口线以及各种传感器和电机的连接，需要制作一个电路板，并将单片机插在教学板上，如图1-1所示。
图1-1 C51单片机教学板
（二）机器人与C51单片机
图1-2所示的是实验的机器人工程对象，它采用P89V51(或AT89S52)单片机作为大脑，通过教学板安装在机器人底盘上。后面的实验将以此机器人作为典型工程对象，完成上节提到的机器人所需具备的四种基本能力，使机器人具有基本的智能。
图1-2 采用C51单片机的机器人
首先通过以下步骤告诉你如何安装和使用C51单片机的C语言编程开发环境，如何开发第一个简单机器人程序，并在机器人上如何运行你写的这个程序。实验的的具体任务包括：
● 寻并安装开发编程软件
● 连接机器人到电池或者供电的电源
● 连接单片机教学板ISP接口到计算机，以便编程
● 连接单片机教学板串行接口到计算机，以便调试和交互
● 运用C语言初次编写少量的程序，运用编译器编译生成可执行文件，然后下载到单片机上，通过串口观察机器人上的单片机教学板的执行结果
● 完成后断开电源
任务一  获得软件
在本课程的学习中，你将反复用到三款软件：Keil uVision3 IDE集成开发环境、Flash Magic下载软件、串口调试软件等。
1．Keil uVision3 IDE集成开发环境
该软件是德国KEIL公司出品的51系列单片机C语言集成开发系统。如果你已经学习过《基础机器人制作与编程》，并掌握了PBASIC语言编程思想和基本技能，你将会发现，C语言在语法结构上更加灵活，功能更加强大，但同时学习和理解起来也稍困难些。
你可以在KEIL公司的网站www.keil上获得该软件的安装包。
2．Flash Magic下载工具
该软件是专门面向Philips公司（NXP）生产的单片机产品的程序烧录软件，使用该软件你可以将可执行文件下载到你的机器人单片机上。该软件的使用需要你的计算机有串口。
你可以在网站上到这个软件（我们用3.12版本或低于3.12的版本，高版本会出现问题）。
3．串口调试软件
此软件是用来显示单片机与计算机的交互信息的。在硬件上，你的计算机至少要有串口或USB接口来与单片机教学板的串口连接（用USB需要有USB-UART的下载线）。
任务二  安装软件
软件的安装很简单，与你安装的其他软件过程一样。
安装Keil uVision 3
1. 执行Keil uVision 3安装程序，选择安装Eval Version版进行安装
2. 在后续出现的窗口中全部选择Next按钮，将程序默认安装在C:\Program Files\Keil文件目录下
3. 将头文件“Boebot.h”和“uart.h”拷贝到C:\Program Files\Keil\C51\INC文件夹里
Keil uVision IDE软件安装到你的电脑上的同时，会在你的计算机桌面建立一个快捷方式。
安装Flash Magic下载软件与此类似。
任务三  硬件连接
C51教学板（或者说机器人大脑）需要连接电源以便运行，同时也需要连接到PC机（或笔记本电脑）以便编程和交互。以上接线完成后，你就可以用编辑器软件来对系统进行测试。下面将告诉你如何完成上述硬件连接任务。
串口的连接
图1-3 串口与串行数据线
机器人教学板通过串口电缆（如图1-3）连接到PC机（或笔记本电脑）上以便与用户交互。如果你的计算机有串行接口，直接使用串口连接电缆。如果没有，此时需要使用USB转串口适配器，如图1-4所示。你只需将该串口线一端的串口连接到你的机器人教学板，而另一端连接到计算的USB口上。需要安装专门的驱动程序。

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