[教育]2单片机系统设计概述.ppt

单片机系统设计概述,一、初步认识单片机 二、单片机开发系统概述 三、单片机系统开发的一般方法 四、应用单片机完成一个小制作,1、MCS-51内部结构,8051的功能部件图,外部中断,2、单片机芯片,（a）AT89S51单片机芯片,（b）40P 自锁IC底座,（c）40P IC底座,注意：初学者仿真调试用IC座；制作产品避免用IC座，可靠性差。,3、单片机引脚功能,MCS-51单片机40脚 Vcc, GND 2 XTAL1, XTAL2 2 RESET 1 EA/Vpp 1 ALE/PROG 1 PSEN 1,P0.0P0.7 8 P1.0P1.7 8 P2.0P2.7 8 P3.0P3.7 8,（1）Vcc（40脚）, GND（20脚） （2）XTAL1（19脚）, XTAL2（18脚） （3）RST (9脚)：复位 （4）ALE (30脚) ：地址锁存信号 （5）EA (31脚) ：寻址外部ROM控制端 （6）PSEN (29脚) ：外部EPROM的读控制端,P0口：一般IO口，或分时复用低8位地址线、8位数据总线。 P1口：每1位均可独立作为IO口。 P2口：一般IO口，或高8位地址线。 P3口：双功能口。,P3口第二功能表,P1.3作输入端口,光路通畅，R亮2K 光路阻断，R暗 400K ,R亮 250K ,4、单片机最小系统设计,1）电源电路 2）时钟电路 3）复位电路,1）电源电路,Vcc（40脚）, GND（20脚） AT89S* 系列单片机工作电源范围宽达45.5V （1）集成稳压方式 （2）USB供电方式,（1）集成稳压方式,（1）集成稳压电路,也可采用“电源适配器+集成稳压器”方案。 建议大家用 9V 2A或 12V 2A的电源适配器（俗称变压器）作为市电的转换。,（1）USB电源方式,2）时钟电路,1）振荡频率范围：1.2MHz12MHz。 2）电容C1和C2选择：1030pF 注意： 晶体和电容应尽可能安装在单片机芯片附近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定和可靠工作。,3）复位电路,采用“上电+按钮复位”,注意：电解电容器的极性。,单片机最小应用系统组成,单片机加上适当的外围器件和应用程序，构成的应用系统称为最小系统；是组成单片机系统最基本的部分。 最小系统硬件组成： 1）单片机芯片 2）电源电路 3）时钟电路 4）复位电路,注意： 1、如果不扩展外部ROM，使用单片机内部的ROM，31脚/EA需接电源（+5V）。 2、电路板上每个IC的电源要并接一个0.01uF0.1uF的陶瓷电容，以减少IC高频噪声对电源的影响。电容布线应靠近电源端并尽量粗短。否则会影响滤波效果。,单片机最小系统电路原理图,5、单片机的内部资源,内部资源 程序存储器 数据存储器 特殊功能寄存器,可寻址片外RAM 64K字节 （0000HFFFFH）； 可寻址片外ROM 64K字节 （0000HFFFFH）；,FFFFH,0000H,可寻址片外RAM,64K字节,FFFFH,0000H,可寻址片外ROM,64K字节,FFFH,000H,片内 ROM,4K 字节,7FH,00H,片内 RAM,128字节,SFR,FFH,80H,1）存储器空间分布,（1）程序存储器,程序存储器中，从0003H002BH单元被保留用于6个中断源的中断服务程序的入口地址，应被保留。 0000H： 复位或非屏蔽中断 0003H： 外部中断0入口地址 000BH： 定时器0中断入口地址 0013H： 外部中断1入口地址 001BH： 定时器1中断入口地址 0023H： 串行口中断入口地址,（2）数据存储器,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,位寻址区,工作寄存器区,普通RAM区,SFR,二、单片机开发系统概述,用单片机组成应用系统时，其应用程序的编程、修改、调试，靠系统自身根本无法解决，必须借助外界的帮助。 帮助单片机应用系统进行研制的工具称为单片机开发工具或单片机开发系统。,S51单片机开发系统组成,硬件： 1）电脑：编辑、编译、链接、调试程序等。 2）下载线：用于下载程序。 3）辅助工具：电烙铁、万用表、焊锡、导线、斜口钳、剪刀等。 软件： 1）WAVE6000、Keil uV2/uV3 等开发软件。 2）程序下载软件。,单片机应用系统设计是一门实践性很强的课程。 要想设计出单片机系统，成为电子系统设计方面的工程师，首先要： 熟悉单片机的开发系统。 熟练使用相关硬件、软件及工具。,（一）电子技术锡焊技艺,1. 焊接工具与材料 2. 手工焊接工艺,1. 焊接工具与材料,电烙铁、电烙铁架、焊锡、松香、焊锡膏、尖嘴钳、偏口钳、镊子、小刀、吸锡器、热风枪,1）电烙铁,电烙铁是焊接电子元器件及接线的主要工具，选择合适的电烙铁，合理的使用它，是保证焊接质量的基础。 按发热方式：内热式、外热式、恒温式 按电功率：15W、20W、35W 主要根据焊件大小来决定。一般选30W左右。,使用电烙铁的注意事项,最好使用三极插头。要使外壳妥善接地。 使用前，应认真检查电源插头、电源线有无损坏。并检查烙铁头是否松动。 电烙铁使用中，不能用力敲击。要防止跌落。烙铁头上焊锡过多时，可用布擦掉。不可乱甩，以防烫伤他人。 焊接过程中，烙铁不能到处乱放。不焊时，应放在烙铁架上。注意电源线不可搭在烙铁头上，以防烫坏绝缘层而发生事故。,2）焊锡、助焊剂与阻焊剂,（1）焊锡 焊锡实际上是一种锡铅合金, 不同的锡铅比例，焊锡的熔点 温度不同，一般为180230 。 焊接时，一般采用有松香芯的焊锡丝 这种焊锡丝，熔点较低，而且内含松助焊剂，使用极为方便,（2）助焊剂 常用的助焊剂是松香或松香水（将松香溶于酒精中）。 作用：清除金属表面的氧化物，利于焊接，又可保护烙铁头。 焊接较大元件或导线时，也可采用焊锡膏，但它有一定腐蚀性，焊接后应及时清除残留物。,2. 手工焊接工艺,1） 焊接操作姿势与卫生 2） 焊接要求 3） 电烙铁以及焊锡丝的握法 4） 焊前准备 5） 焊接步骤 6） 拆焊 7）焊点的质量检查,1） 焊接操作姿势与卫生,焊剂挥发出的化学物质对人体有害，如果操作时鼻子距离烙铁头太近，则很容易将有害气体吸入。一般烙铁离开鼻子的距离应至少不小于30cm，通常以40cm时为宜。 由于焊丝成分中，铅占一定比例，众所周知铅是对人体有害的重金属，因此操作时应戴手套或操作后洗手，避免食入。,2）焊接要求,焊接技术是电子装配首先要掌握的一项基本功，它不但要有熟练的焊接技能，同时也是保证电路工作可靠的重要环节。 在焊接时，不仅必须要做到焊接牢固，焊点表面还要光滑、清洁，无毛刺，要求高一点还要美观整齐、大小均匀。避免虚焊、冷焊（由于烙铁温度不够，焊点表面看起来象豆渣一样）、漏焊、错焊。,3）电烙铁以及焊锡丝的握法,反握法动作稳定，长时间操作不宜疲劳，适于大功率烙铁,正握法适于中等功率烙铁或带弯头电烙铁的操作,在操作台上焊印制板等焊件时多采用握笔法。,烙铁一般应距鼻子的30-40cm，防止操作时吸入有害气体。,连续焊接时,断续焊接时,焊锡丝一般有两种拿法，要注意焊丝中有一定 比例的铅金属。,4）焊前准备,（1）所有元器件引线均不得从根部弯曲。一般应留 1.5mm以上。弯曲可使用尖咀钳和镊子，或借助圆棒。,（2）弯曲一般不要成死角， 圆弧半径应大于引线直径的12倍。 （3）要尽量将有字符的元器件面 置于容易观察的位置。,5）焊接步骤,准备施焊,加热焊件,熔化焊料,移开焊锡,移开烙铁,锡焊五步操作法,6） 拆焊,调试和维修中常需要更换一些元器件，如果方法不当，就会破坏印制电路板，也会使换下而并未失效的元器件无法重新使用。 一般电阻、电容等管脚不多，可用烙铁直接解焊。 集成块就可用专用工具，如：吸锡器。,吸锡电烙铁,吸锡器,7） 焊点的质量检查,（1）外观检查 ）外形以焊接导线为中心，均匀，成裙形拉开。 ）焊接的连接面呈半弓形凹面，焊料与焊件交界处平滑，接触角尽可能小。 ）表面有光泽且平滑。,）无裂纹、针孔、夹渣。 ）是否漏焊，焊料拉失，焊料引起导线间短路，导线及元器件绝缘的损伤，焊料飞溅等。 ）检查时，除目测外，还要用指触、镊子拨动，拉线等。检查有无导线断线。焊盘剥离等缺陷。,（2）通电检查,通电检查必是在外观检查及连接检查无误后才可进行的工作，也是检验电路性能的关键步骤。如果不经过严格的外观检查，通电检查不仅困难较多，而且有损坏设备仪器，造成安全事故的危险。,（二）ISP 在线编程,AVR和ATMEL的AT89S系列单片机可以使用ISP下载线在线编程擦写，即不必将IC芯片拆下,直接在电路板上进行程序修改、下载等操作。这样对程序的调试和升级都很方便。,USB接口的下载线,1）首先进行“芯片选择” ， 如AT89S52等。 2）点击“擦除”按钮， 擦除芯片原有程序。 3）点击“装FLASH”按钮， 选择需要烧写的 .HEX文件 4）点击“编程”按钮， 烧写程序。,三、单片机系统开发的一般方法,单片机应用领域十分广泛。把所有单片机系统都设计一遍是不现实的 “受人以鱼,不如授人以渔” 重点掌握： 方法、技能； 多动手、多实践。,单片机系统开发的一般方法,1、确定任务，可行性分析 了解控制对象，熟悉控制系统的要求，确定总的技术性能指标。 2、总体方案设计 根据控制任务及性能指标，确定系统的构成方式，如显示方式，信号的检测方式等。,单片机系统开发的一般方法,3、硬件设计 设计原理图，选择元件，制作电路板，焊接。 4、软件设计 选择编程语言，根据任务，编写、调试程序。 5、系统仿真调试 首先进行硬件与软件单独调试，然后进行软、硬件联调。若是产品开发，还需进行“老化”试验，最后进入工业运行。,单片机系统的设计是一个理论和工程实践结合的综