单片微机计算机应用系统开发过程

单片机应用系统开发过程 单片微机计算机应用 系统开发 过程 单片微型计算机应用系统设计过程 应用系统设计要求 应用系统设计步骤 应用系统的硬件设计方法 单片机应用系统开发过程 用系统设计要求 单片机的应用系统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 。 目前 ， 广泛应用于智能仪器仪表 、 工业实时控制 、 数据采集和处理等各种领域 ， 组成各种各样的应用系统 。 由于应用目的不同 ，设计单片机的应用系统自然要考虑应用特点 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计要求 如针对智能仪器仪表 ， 要求有较高的测量精度 ， 功能齐全；对工业实时控制系统 ， 要求有较强的实时控制能力 ，较完善的输入 /输出设备；对数据采集系统 ， 则要求具有一定的精度和较强的数据处理能力等等 。 所以 ， 设计一个符合生产要求的单片机系统 ， 必须充分了解这个系统的应用目的和其特殊性 ， 才能有的放矢 ， 提出合理的设计方案 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计要求 一般来说 ， 单片机应用系统设计原则是： 1)系统功能应满足生产要求； 2)系统运行应安全可靠； 3)系统具有较高的性能价格比； 4)系统易于操作维护； 5)系统功能应灵活 ， 便于扩展； 6)系统具有自诊断功能； 7)系统应能与上位机通信或并用 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计要求 其中 ， 适用 、 可靠 、 经济最为重要 。 对于一个应用系统的设计要求 ， 应根据具体任务和实际情况进行分析后提出 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 单片机应用系统类型很多 ， 用途和功能各异 ， 因而构成系统硬件和软件也不相同；但就系统的设计方法和步骤来说 ， 却是基本相同的 。 如图 1 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 在设计一个单片机应用系统以前 ， 必须通过深入细致的调查研究 ， 明确目的 ， 确定设计任务 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 总体设计方案包括系统构成方案选择 ， 机型的选择 ，元器件的选择 ， 硬件 、 软件的分配等 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 (1)系统构成方案选择 由单片机构成的应用系统 ， 通常有两种方式可供选择 。 1)专用系统 。 系统的扩展和配置电路完全按照应用系统功能要求设计 ， 系统的硬件 、 软件资源获得充分利用 。这种系统有最佳配置 ， 体积小 ， 结构紧凑 ， 性价比较高 ，因而系统设计常采用这种方式 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 2)模块化方式 。 由计算机生产厂家将单片机系统扩展的配置电路做成各种用户系列板 ， 如 供用户使用 。 采用这种模块可以大大减少硬件设计 。 这是大中型应用系统的发展方向 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 (2)机型选择 选择的机型应具备以下特点： 1)货源充足稳定，便于批量生产； 2)在考虑性价比的前提下，选择最容易实现产品技术指标的机种； 3)选择熟悉且前沿的机种，以便于缩短研制周期。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 (3)元器件的选择 元器件选择包括传感器 、 模拟电路 、 输入 /输出电路和存储器等 。 元器件的选择应符合系统的精度 、 速度和可靠性等方面的要求 ， 同时应考虑市场货源和成本 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 (4)硬件和软件的功能划分 系统的硬件配置和软件设计是紧密联系的 ， 硬件和软件有一定的互换性 。 有些硬件的功能可以由软件完成 ， 有些软件功能也可以由硬件完成 。 用硬件可以提高工作速度 ，但成本增加；软件可以降低硬件成本 ， 但编程复杂 ， 且占用 因此 ， 在总体设计时 ， 对系统的硬件 、 软件都应有全面的了解 ， 综合考虑以上因素 ， 合理搭配软 /硬件的比重 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 在确定系统总体方案后 ， 软件 、 硬件各自的功能要求已基本明确 ， 硬件 、 软件设计便可在一定程度上独立进行 。硬件的设计任务是根据 总体设计 要求 ， 对系统各部分硬件提出更具体的要求和实现方法 。 硬件包括系统的扩展和配置 、 输入 /输出接口电路设计 、 电源设计 、 硬件抗干扰设计等 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 软件设计的任务是根据总体设计要求设计应用系统工作程序 ， 包括用于执行具体任务的功能程序和用于管理单片机系统工作的监控程序 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 完成了硬件和软件的分别调试以后就可以进行联机调试 。 通常借助于单片机仿真开发装置 ， 先进行静态调试 ，进一步排除软件 、 硬件的错误和不足；然后模拟现场情况运行程序 ， 进行动态调试 ， 分析样机是否能实现系统预期的功能和达到规定的性能指标 ， 以使可能存在的问题和隐患在动态调试阶段充分暴露出来 。 经反复修改 、 调试达到最佳指标 。 单片机应用系统开发过程 用系统设计步骤 模拟现场实景联机调试运行没有错误后 ， 可将样机送入现场调试运行 。 如果系统能独立可靠运行 ， 应用系统的研制便告完成 ， 可交付厂家进行批量生产 。 单片机应用系统开发过程 应用系统硬件设计方法 单片机应用系统硬件设计包括两部分： 一是单片机扩展资源设计 ， 主要有各种 I/存储器扩展及特殊功能芯片扩展设计； 二是各种功能模块设计 ， 主要包括信号生成 、 相应的各种开关电路 、 变送器 、 传感器的配置及必要的外围设备选择 ，如信号测量功能模块 、 信号功能控制模块 、 通信功能模块等 。 单片机应用系统开发过程 应用系统硬件设计方法 通常 ， 硬件设计应遵循以下原则： 1)尽可能选择标准化 、 模块化的典型电路 ， 提高设计的成功率和结构的灵活性； 2)系统扩展和配置应充分满足系统功能要求 ， 并留有余地 ， 以便进行二次开发； 3)系统中相关的元器件应尽可能做到性能匹配； 4)要考虑系统的抗干扰能力 ， 硬件 、 软件要作抗干扰设计 ， 以使系统能可靠 、 正常的运行 。 单片机应用系统开发过程 应用系统硬件设计方法 硬件设计大致有以下几个步骤： 1)画出系统结构框图 ， 绘出详细的电气原理图及一些重要的控制信号定时图； 2)选择元器件 ， 设计制作印刷电路板； 3)加工组装样机； 4)对样机硬件进行静态调试； 5)模拟现场实景测试运行 。 单片机应用系统开发过程 片机的系统资源扩展 构成一个工业测控系统时 ，考虑到传感器接口 、 伺服控制接口及人机对话接口等需要 ，最小系统常常不能满足要求 ， 必须在片外连接相应的外围芯片以满足应用系统要求 。 单片机应用系统开发过程 片机的外部并行扩展 B、 由于地址总线宽度为 16位 ， 所以 ， 可扩展的程序存储器 、 数据存储器最大容量为 64 单片机应用系统开发过程 片机的外部并行扩展 微处理器内部无程序存储器 (如 8031)或程序存储器不够用时 ， 需外接 选择 应注意下列问题： 单片机应用系统开发过程 片机的外部并行扩展 1)市场上可以用作 如 2716(2 2732(4 2764(827128(16 27256(32 27512(64 不同容量的容量大的芯片速度高 ， 因此 ， 通常选择时应选择容量大的 最好只用一片 这样可将片选端接地 ， 使系统的控制逻辑简单 ， 体积减少 ， 编程宽余 。 单片机应用系统开发过程 片机的外部并行扩展 2) 还有最大读出速度 、 工作温度和电源容差等应用参数 。 选择 还要根据应用系统的实际应用环境 ， 选择 则会造成工作不可靠 ， 甚至不能工作 。 3)扩展 常用的地址锁存器有 8282、 7474它们的电路的连接方式不同 ， 而且不能兼容 。 单片机应用系统开发过程 片机的外部并行扩展 4)扩展 既可做程序存储器 ， 又可做数据存储器 。 并可以在断电情况下保存数据 。 一般做数据存储器使用时 ， 用来存放需经常修改或在线整定的参数及现场采集的有关数据 。 目前市场上常用的 816、 2817，容量均为 28位；容量更大的有 2864(88)。 2816、2817与 2716引脚兼容 ， 2864与 2764引脚兼容 。 单片机应用系统开发过程 片机的外部并行扩展 不同的应用系统对数据存储器容量要求是不同的 。 若需要扩展少量的 155(256；对于数据采集系统 ， 往往需要有较大容量的 如 6116(2 6164(8 6256(32 。 选取的原则应尽量选用容量大的芯片 ， 以减少芯片的数量 ， 使系统逻辑控制简单 。 单片机应用系统开发过程 片机的外部并行扩展 口扩展 由于 ， 因此在大部分 。 在选择 I/ 应从体积 、 价格 、功能 、 负载等方面考虑 。 标准的可编程接口芯片 8255、 8155简单 ， 使用方便 ， 对总线负载小 ， 可优先选用 。 对扩充口线要求较少的系统 ， 则可用 以提高口线的利用率 。 单片机应用系统开发过程 片机的外部并行扩展 程序存储器扩展 、 I/实际应用中 ， 单片机要扩展程序存储器 、 数据存储器 、I/ 单片机要承担选择外部芯片和芯片中的地址单元的任务 ， 以实现准确操作 。 单片机对片外扩展的多片存储器 ， 各存储单元的选择包括选择芯片 (片选 )和选择芯片内的存储单元 (字选 )。 扩展外围 选法 和 译码法 。 单片机应用系统开发过程 单片机应用系统开发过程 首先要选择芯片 (线选、片 )，被扩展的芯片均有一条片选信号，只有此信号有效，才能选中该芯片即该芯片才能与 次要选择芯片内地址单元 (字选 )，计算要扩展的存储空间，决定选用几根地址线。 1) 用线选法 扩展一片 8 764 片 8 片可编程接口芯片 8255。计算地址线：2764、 6264所需地址线即 8 1 024=13(根 )。 13根地址线扩展 8 8 O字选 )，5 P 2 7(线选 )做三片 扩展接线。 单片机应用系统开发过程 2764 地址 1101111111111111 1100000000000000 6264 地址 1101111111111111 1100000000000000 8155 地址 1101111111111111 1100000000000000 单片机应用系统开发过程 单片机应用系统开发过程 2764 地址 0001111111111111 0000000000000000 6264 地址 0011111111111111 0010000000000000 8155 地址 0101111111111111 0100000000000000 单片机应用系统开发过程 部串行扩展 其主要特点是能在计算机系统中进行在线修改 ， 并能在断电的情况下保持修改的结果 ， 因而在智能化仪器仪表 、 控制装置等领域得到普遍应用 。 常用的 817A、2864A。 单片机应用系统开发过程 部串行扩展 总线包括串行数据输入 /输出及时钟线 。 利用 3扩展 1024 3 掉电保护功能 ， 输入 /输出口与 在 80 即 据输入 /输出线 )、 钟线 )。 在系统应用中 ， 若串行通信口已经占用或使用不方便时 ， 可用软件模拟仿真 如本实验板中的 93 硬件连接如图 1 单片机应用系统开发过程 部串行扩展 22 串行时钟线两根信号线进行信息传送 。 串行数据线传输双向数据 ，