片机应用系统设计与实例课件.ppt

本章内容：本章内容：0.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计0.2 单片机应用系统的开发与调试单片机应用系统的开发与调试附篇附篇 单片机应用系统设计与实例单片机应用系统设计与实例 0.3 单片机应用系统实例单片机应用系统实例9.1 单片机应用系统设计单片机应用系统设计 单片机应用系统单片机应用系统是指以单片机为核心，配以一定的外围电路是指以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，能实现某种或几种功能的应用系统和软件，能实现某种或几种功能的应用系统单片机应用系统的设计应包括：单片机应用系统的设计应包括：硬件设计和软件设计硬件设计和软件设计单片机应用系统由单片机应用系统由硬件和软件硬件和软件两部分组成两部分组成一、一、需求分析、方案论证和总体设计阶段需求分析、方案论证和总体设计阶段 9.1.1 9.1.1 设计步骤设计步骤 需求分析需求分析: :被测控参数的形式（电量、非电量、模拟量、数被测控参数的形式（电量、非电量、模拟量、数字量等）、被测控参数的范围、性能指标、系统功能、工作字量等）、被测控参数的范围、性能指标、系统功能、工作环境、显示、报警、打印要求等。

环境、显示、报警、打印要求等方案论证方案论证：根据用户要求，设计出符合现场条件的软硬件方：根据用户要求，设计出符合现场条件的软硬件方案既要满足用户要求，案既要满足用户要求，又要使系统简单、经济、可靠又要使系统简单、经济、可靠总体设计总体设计：根据方案论证的结果，进行系统的总体设计：根据方案论证的结果，进行系统的总体设计二、硬件设计二、硬件设计 单片机基本系统设计单片机基本系统设计 主要完成主要完成时钟电路、复位电路、供电电路时钟电路、复位电路、供电电路的设计单片机系统的扩展部分设计单片机系统的扩展部分设计 主要包括：主要包括：存储器扩展和接口扩展存储器扩展和接口扩展存储器的扩展存储器的扩展指程序存储器和数据存储器的扩展；指程序存储器和数据存储器的扩展；接口的扩展接口的扩展指指I/O接口和其它功能器件的扩展接口和其它功能器件的扩展人机界面设计人机界面设计 主要完成主要完成按键、开关、显示器、报警等电路按键、开关、显示器、报警等电路的设计的设计 绘制系统的电路原理图、底板图绘制系统的电路原理图、底板图 手工、手工、PROTEL 组装样机组装样机 制电路板、购买元件、焊接制电路板、购买元件、焊接 三、软件设计三、软件设计应用软件应用软件数据采集数据采集数据处理数据处理控制算法实现控制算法实现人机联系人机联系数据管理数据管理设计方法设计方法模块化设计模块化设计自顶向下设计自顶向下设计 设计单片机应用系统时，在完成硬件设计之后，必须设计单片机应用系统时，在完成硬件设计之后，必须配备相应的应用软件。

配备相应的应用软件 设计注意设计注意绘制程序流程图绘制程序流程图合理分配系统资源合理分配系统资源 9.2 单片机应用系统开发与调试单片机应用系统开发与调试 9.2.1 9.2.1 单片机应用系统的开发与开发工具单片机应用系统的开发与开发工具 一、单片机应用系统的开发一、单片机应用系统的开发 正确无误的硬件设计和良好的软件功能设计是一正确无误的硬件设计和良好的软件功能设计是一个实用的单片机应用系统的设计目标个实用的单片机应用系统的设计目标完成这一目标的过程称为完成这一目标的过程称为单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发 二、单片机应用系统的开发工具二、单片机应用系统的开发工具 目前，使用较多的仿真开发系统分为两类：目前，使用较多的仿真开发系统分为两类： 通用型单片机开发系统通用型单片机开发系统PC机+仿真软件仿真器目标板仿真头软件模拟开发系统软件模拟开发系统 这种系统是由这种系统是由通用通用PC加模拟开发软件加模拟开发软件构成 常用的模拟开发软件有：常用的模拟开发软件有：1、、Keil公司的公司的μVision2、、Proteus 9.2.2 9.2.2 单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程 一、电路板一、电路板(用户样机用户样机)制作制作 硬件电路硬件电路原理图原理图底板图底板图制板制板电路板电路板焊接焊接二、目标文件生成二、目标文件生成 利用利用PC上的集成开发软件编写上的集成开发软件编写用户源程序用户源程序，经汇编，经汇编(或编译或编译)生成生成目标文件目标文件(.hex) 三、仿真调试三、仿真调试 仿真调试包括：仿真调试包括： 对用户源程序的软件调试对用户源程序的软件调试 对用户样机的硬件调试对用户样机的硬件调试 仿真调试可以分为两种方式：仿真调试可以分为两种方式： 软件模拟：模拟开发软件软件模拟：模拟开发软件 硬件仿真：硬件仿真器硬件仿真：硬件仿真器四、目标程序写入四、目标程序写入 单片机程序仿真通过后，可将最终生成的目标文件单片机程序仿真通过后，可将最终生成的目标文件(.hex)装入到单片机芯片或存储器芯片中。

装入到单片机芯片或存储器芯片中 常用的方法：常用的方法：利用编程器利用编程器PC机及编程软件编程器及芯片利用在系统编程利用在系统编程（（ISP））技术技术PC机及ISP应用软件目标板及具有ISP功能的CPU用用ISP应用软件将程序写入到应用软件将程序写入到CPU中中五、运行五、运行 写入了目标程序的单片机或存储器芯片插到单片机应写入了目标程序的单片机或存储器芯片插到单片机应用系统电路板上，这一应用系统就可以独立运行了用系统电路板上，这一应用系统就可以独立运行了 设计开发过程设计开发过程 ：9.2 提高系统可靠性的一般方法提高系统可靠性的一般方法 9.2.1 9.2.1 电源干扰及其抑制电源干扰及其抑制 一、交流电源干扰及其抑制一、交流电源干扰及其抑制交流电源综合配置交流电源综合配置 ：二、直流电源抗干扰措施二、直流电源抗干扰措施 集成稳压路单独供电集成稳压路单独供电 采用低纹波高质量集成稳压电路每个稳压电采用低纹波高质量集成稳压电路每个稳压电路单独对电压过载进行保护路单独对电压过载进行保护 直流开关电源直流开关电源 无工频变压器，体积小、重量轻、效率高、电网无工频变压器，体积小、重量轻、效率高、电网电压范围宽、变化时不易输出过电压和欠电压，同电压范围宽、变化时不易输出过电压和欠电压，同时还具有较好的初、次级隔离作用。

时还具有较好的初、次级隔离作用 DC－－DC变换器变换器 输入电压范围大、输出电压稳定且可调整、效输入电压范围大、输出电压稳定且可调整、效率高、体积小、有多种封装形式率高、体积小、有多种封装形式  9.2.2 9.2.2 地线干扰及其抑制地线干扰及其抑制 一、一点接地和多点接地的应用一、一点接地和多点接地的应用 低频电路，采用一点接地低频电路，采用一点接地 寄生电感影响小，一点接地可以减少地线造成的寄生电感影响小，一点接地可以减少地线造成的地环路 高频电路，采用多点接地高频电路，采用多点接地 寄生电感及分布电容将造成各接地线间的耦合，寄生电感及分布电容将造成各接地线间的耦合，影响突出影响突出 频率小于频率小于1MHz时，采用一点接地；频率高于时，采用一点接地；频率高于10MHz时，采用多点接地；频率处于时，采用多点接地；频率处于1至至10MHz时，若采用一点接地，其地线长度不应超过波长时，若采用一点接地，其地线长度不应超过波长的二十分之一否则，应采用多点接地的二十分之一否则，应采用多点接地  二、数字地与模拟地的连接原则二、数字地与模拟地的连接原则 数字地数字地是数字逻辑电路的接地端，以及是数字逻辑电路的接地端，以及A/D、、D/A转换器的数字地。

转换器的数字地 模拟地模拟地是指放大器、采样保持器和是指放大器、采样保持器和A/D、、D/A中模拟信号的接地端中模拟信号的接地端 数字地和模拟地应分别接地数字地和模拟地应分别接地 避免数字回路通过模拟电路的地线再返回避免数字回路通过模拟电路的地线再返回到数字电源对模拟信号产生影响到数字电源对模拟信号产生影响 三、印刷电路板的地线分布原则三、印刷电路板的地线分布原则 逻辑器件接地线呈辐射网状，避免环形逻辑器件接地线呈辐射网状，避免环形 地线尽量加宽最好不小于地线尽量加宽最好不小于3mm 旁路电容地线不要太长旁路电容地线不要太长 功率地应较宽，必须与小信号地分开功率地应较宽，必须与小信号地分开四、信号电缆四、信号电缆屏蔽层最佳的接地点在信号源侧（一点接地）屏蔽层最佳的接地点在信号源侧（一点接地） 双绞线，有抑制电磁干扰的作用双绞线，有抑制电磁干扰的作用 屏蔽线，有抑制静电感应干扰的作用屏蔽线，有抑制静电感应干扰的作用一、使用微处理器监控电路一、使用微处理器监控电路基本功能：基本功能： 上电复位上电复位 监控电压变化监控电压变化 Watchdog功能功能 片使能片使能 备份电池切换开关等备份电池切换开关等9.2.3 9.2.3 其它提高系统可靠性的方法其它提高系统可靠性的方法 典型产品典型产品MAX703～～MAX709/813L，，MAX791等等 。

二、软件抗干扰措施二、软件抗干扰措施 输入输入/输出抗干扰输出抗干扰 开关量输入，多次读入，比较无误再确认开关量输入，多次读入，比较无误再确认 开关量输出，进行回读，比较无误再输出开关量输出，进行回读，比较无误再输出 按钮、开关，软件延时避免抖动误读按钮、开关，软件延时避免抖动误读条件控制：循环采样、处理、控制输出条件控制：循环采样、处理、控制输出可能酿成重大事故的输出，要设置可能酿成重大事故的输出，要设置人工干预人工干预 （（2）避免系统）避免系统“死机死机”的方的方法法 硬件硬件Watchdog 软件陷阱软件陷阱 办法是在未用到的中断矢量区及其它未使用的办法是在未用到的中断矢量区及其它未使用的EPROM区设置如下指令：区设置如下指令： … NOP NOP LJMP 0000H9.3 多路数字多路数字电压表的表的设计9.3.1 多路数字电压表的原理及功能多路数字电压表的原理及功能 多路数字式电压表应用系统主要利用多路数字式电压表应用系统主要利用A/D转换器 处理过程如下处理过程如下：： 先用先用A/D转换器对各路电压值进行采样，得到转换器对各路电压值进行采样，得到相应的数字量，再按数字量与模拟量成正比关系运相应的数字量，再按数字量与模拟量成正比关系运算得到对应的模拟电压值，然后把模拟值通过显示算得到对应的模拟电压值，然后把模拟值通过显示器显示出来。

器显示出来 功能要求如下功能要求如下：： 假设待测的输入电压为假设待测的输入电压为8路，电压值的范畴为路，电压值的范畴为0~5V，要求能在四位，要求能在四位LED数码管上轮流显示或单路数码管上轮流显示或单路选择显示测量的最小分辨率为选择显示测量的最小分辨率为0.019V，测量误差，测量误差为为 0.02V9.3.2 方案设计方案设计 器件选择器件选择 单片机单片机: AT89C52 A/D转换器转换器: ADC08098路路8位位A/D转换器，分辨率转换器，分辨率为为0.0196V（5/255） LED数码管数码管：：4位，共阳极采用动态显示方式位，共阳极采用动态显示方式 独立按键独立按键：：通过按键选择通过按键选择8路循环路循环/单路显示；单路单路显示；单路显示可通过按键选择显示的通道数显示可通过按键选择显示的通道数 设计方案设计方案时钟电路时钟电路9.3.3 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 简易数字电压表硬件电路主要由简易数字电压表硬件电路主要由A/D转换电路、转换电路、显示控制电路及按键电路显示控制电路及按键电路等组成，原理图如下：等组成，原理图如下：在连接时，在连接时，ADC0809的数据线的数据线D0～～D7与与AT89C52的的P0口相连，口相连，ADC0809的地址引脚、地址锁存端的地址引脚、地址锁存端ALE、启动信号、启动信号START、数据输出允许控制端、数据输出允许控制端OE分分别与别与AT89C52的的P2口相连，转换结束信号口相连，转换结束信号EOC与与AT89C52的的P3.7相连。

时钟信号输入端相连时钟信号输入端CLOCK由单由单片机的地址锁存信号片机的地址锁存信号ALE通过通过14024二分频后得到二分频后得到 AT89C52的的P1、、P3.0～～P3.3端口作为端口作为4位位LED数码数码管显示控制管显示控制P1口为口为LED数码管的字段码输出端，数码管的字段码输出端，P3.0～～P3.3为为LED数码管的位选码输出端数码管的位选码输出端 K1和和K2是两个按键开关，它与单片机的是两个按键开关，它与单片机的P3.5和和P3.6相连：相连：K1用于单路显示或多路循环显示转换控制，用于单路显示或多路循环显示转换控制，K2用于单路显示时选择显示的通道用于单路显示时选择显示的通道 9.3.4 系统软件程序的设计系统软件程序的设计一、主程序一、主程序 主程序包含主程序包含初始化部分、调用初始化部分、调用A/D转换子程序和转换子程序和调用显示程序调用显示程序，如下图开始初始化调用A/D转换子程序调用显示子程序二、二、A/D转换子程序转换子程序 用于对用于对8路输入模拟电压路输入模拟电压进行进行A/D转换转换，并将转换，并将转换的数值存入的数值存入8个相应的存储单元中，如下图。

个相应的存储单元中，如下图开始启动一次转换取数据（OE=0）0809通道地址加1开始地址数小于8？A/D转换结束EOC=1？三、显示子程序三、显示子程序 LED数码管采样软件译码动态扫描方式数码管采样软件译码动态扫描方式 显示子程序包括显示子程序包括 多路循环显示程序：把多路循环显示程序：把8个存储单元的数值依次取个存储单元的数值依次取出送到四个数码管上显示，每一路显示出送到四个数码管上显示，每一路显示1秒秒单路显示程序：只对当前选中的一路数据进行显示单路显示程序：只对当前选中的一路数据进行显示 每路数据显示时，需经过转换变成十进制每路数据显示时，需经过转换变成十进制BCD码，码，放于四个数码管的显示缓冲区中放于四个数码管的显示缓冲区中单路或循环显示通过标志位单路或循环显示通过标志位00H控制控制初始化时初始化时00H位设置为位设置为0，默认为循环显示，默认为循环显示当它为当它为1时改变为单路显示控制时改变为单路显示控制9.3.5 汇编语言源程序清单（略）汇编语言源程序清单（略）9.3.6 C语言源程序清单（略）语言源程序清单（略）9.4 智能二线制温度变送器设计实例智能二线制温度变送器设计实例 9.4.1 智能温度变送器简介智能温度变送器简介 9.4.2 硬件设计硬件设计 一、电源管理模块一、电源管理模块二、信号处理模块二、信号处理模块三、数据运算模块三、数据运算模块四、四、V/I变换模块变换模块五、系统功耗五、系统功耗电源管理部分电源管理部分 MAX1615：：80μA MAX619：： 100μA总体静态电流：总体静态电流： 3.73mA < 4mA 信号处理部分信号处理部分X9c104：：500μAX9c504：：500μATLC27L2：：120μA数据运算部分数据运算部分C8051F007：：1mA V/I转换部分转换部分TLE2021：：230μAICL7660：：200μA 其他部分：其他部分：500μA。

AD_ChangeAD_Change（）（）{ AXM0CF=0x00{ AXM0CF=0x00；； ADCS2=1 ADCS2=1；；ADCS1=0ADCS1=0；；ADCS0=0ADCS0=0；； AMPGN2=0 AMPGN2=0；；AMPGN1=1AMPGN1=1；；AMPGN0=0AMPGN0=0；；////增益为增益为4 4 ADM0SL=0x00 ADM0SL=0x00；；////选择选择A/DA/D通道通道0 0 ADCEN=1 ADCEN=1；； for for（（i=0i=0；；i<=100i<=100；；i++i++）；）；////启动启动A/DA/D转换转换 ADCBUSY=1 ADCBUSY=1；； while while（（ADCBUSY==1ADCBUSY==1）；）；////等待转换结束等待转换结束 ad_result1= ad_result1=（（ADC0H&0x03ADC0H&0x03））*256+ADC0L*256+ADC0L；；////读结果读结果 ADBUSY=0 ADBUSY=0；；////清清A/DA/D转换标志转换标志 } }一、一、A/D转换转换9.4.3 软件设计软件设计二、线性化处理二、线性化处理 对非线性的补偿，采用查表法和计算法结合的插值法。

对非线性的补偿，采用查表法和计算法结合的插值法先建立被测温度与先建立被测温度与A/D转换数值之间的对应曲线转换数值之间的对应曲线 将温度被分成将温度被分成30个均匀的区间，每个区间的端点个均匀的区间，每个区间的端点A/D转换值转换值N k都对应一个都对应一个T k当A/D转换值为转换值为N i 时，实际测量温度值时，实际测量温度值Ti一定会落在某个区间（一定会落在某个区间（T k，，T k+1），采用线性插值法进行插值，用通过（），采用线性插值法进行插值，用通过（N k，，T k）和（）和（N k+1，，Tk+1）两点的直线近似代替原）两点的直线近似代替原特性unsigned long Count_Temunsigned long Count_Tem（（unsigned int ad_counterunsigned int ad_counter）） { unsigned long js1 { unsigned long js1，，js2js2；； unsigned char js=0 unsigned char js=0 ；； while while（（1 1）） { js1=counter[js] { js1=counter[js]；； js2=counter[js+1] js2=counter[js+1]；； if if（（ad_counter>=js1 && ad_counter<=js2ad_counter>=js1 && ad_counter<=js2）） {temp1=tempture[js] {temp1=tempture[js]；；2=tempture[js+1]2=tempture[js+1]；； temp=temp1+ temp=temp1+（（ad_counter-js1ad_counter-js1））*500/*500/（（js2-js1js2-js1）；）； return temp return temp；； // //返回温度值返回温度值 } } js=js+1 js=js+1；； if if（（js>61js>61））{break{break；；} } } }} }  1、单片机应用系统的设计有那些要求？、单片机应用系统的设计有那些要求？2、单片机应用系统的设计有那些步骤？、单片机应用系统的设计有那些步骤？3、提高单片机应用系统的可靠性有那些措施？、提高单片机应用系统的可靠性有那些措施？4、数据采集系统的模拟通道有那些环节，各环节的功能是、数据采集系统的模拟通道有那些环节，各环节的功能是什么？什么？5、什么情况下可以不用采样保持器？、什么情况下可以不用采样保持器？6、模拟信号的放大应注意哪些问题？、模拟信号的放大应注意哪些问题？7、多路模拟开关的选择要注意什么？、多路模拟开关的选择要注意什么？8、与、与80C51兼容的单片机主流产品有哪些？各有何特点？兼容的单片机主流产品有哪些？各有何特点？9、单片机汇编语言与、单片机汇编语言与C51语言在单片机应用系统的开发上语言在单片机应用系统的开发上有何特点？有何特点？思考题及习题思考题及习题。