单片机开发技术市场调研

1、 项项目目调调研研报报告告调研名称调研名称: 单片机开发技术市场调研 院院 系：系： 计算机科学与工程学院 专专 业：业： 班班级：级： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 调研时间：调研时间： 2015.01.22 至 2015.01.30 学年短学期常熟理工学院计算机科学与工程学院 制常熟理工学院计算机科学与工程学院 项目调研报告目录1 引言 .12 单片机开发环境及技术 .22.12.1 单片机开发环境单片机开发环境 .22.22.2 开发技术介绍开发技术介绍 .33 市场调研分析 .43.13.1 市场使用情况市场使用情况分析分析 .43.23.2 开发技术优缺点开发

2、技术优缺点分析分析 .54 系统设计 .65 系统实现 .95.15.1 系统实现系统实现 .95.35.3 系统配置系统配置 .145.45.4 系统测试系统测试 .14参考文献参考文献 .1511 引言 调研期间，我查阅了网上相关资料，关于单片机开发环境、技术、市场主流开发技术等。单片机技术作为计算机技术的一个分支，广泛地应用于工业控制、智能仪器仪表、机电一体化产品、家用电器等各个领域。单片微型计算机从诞生到现在从体积到功能不断得到完善。其中一个重要的应用就是单片机仿真软件。 电气工程电路及其组成的系统主要功能是能源变换、传递过程的控制。要变换的是电力形态，控制方法靠电子线路。计算机仿真具

3、有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点，已经广泛应用于电力电子电路( 或系统) 的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差，还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度地降低设计成本，缩短系统研制周期。 常熟理工学院计算机科学与工程学院 项目调研报告12 开发环境及技术介绍2.12.1 单片机开发环境单片机开发环境目前一些市场常用的单片机仿真软件：1.PSpice 仿真软件PSPICE 是由 SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphas

4、is）发展而来的用于微机系列的通用电路分析程序。于 1972 年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用 FORTRAN 语言开发而成，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。2.saber 仿真软件Saber 是美国 Analogy 公司开发并于 1987 年推出的模拟及混合信号仿真软件。Saber 可同时对模拟信号、事件驱动模拟信号、数字信号以及模数混合信号设备进行仿真。Saber 是美国 Analogy 公司开发并于 1987 年推出的模拟及混合信号仿真软件。Saber 可同时对模拟信号、事件驱动模拟信号、数字信号以及模数混合信号设备进行仿真。利用 Analogy 公司开发的 C

5、alaversas 算法，可以实现两个进程之间的信息交换。Saber 适用包括电子学、电力电子学、电机工程、机械工程、电光学、光学、水利、控制系统以及数据采样系统等等。用于仿真对象能够用数学表达式进行描述的系统。在 Saber 中，仿真模型可以直接用数学公式和控制关系表达式来描述。因此，Saber 可以对复杂的混合系统进行精确的仿真，仿真对象不同系统的仿真结果可以同时获得。为了解决仿真过程中的收敛问题，Saber 内部采用 5 种不同的算法依次对系统进行仿真，如某一种算法失败，Saber 将自动采用下一种算法。Saber 工作在 SaberDesigner 图形界面环境下，能够实现与 Cade

6、nce Design System、Mentor Graphics 和 Viewlogic 的集成。通过上述软件可以直接调用Saber 进行仿真。3. Matlab 仿真工具包 SimulinkSimulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点 Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要

7、求应用于 Simulink。常熟理工学院计算机科学与工程学院 项目调研报告24.其他仿真软件应用比较普遍并曾对开关工作电路与系统仿真产生影响的软件主要有如下几种：美国加州大学创建的原始电路模拟软件 CANCER ，电子线路分析软件 ECAP ，美国加州理工学院研制开发并已获得广泛应用的软件 SCAP ，另外，还有电力系统瞬态分析工具 EMTP ，功率变换器和电气传动仿真工具 ATP ，电力电子闭环系统分析工具 PENCAN ，电力电子电路仿真工具 PSIM 等软件也在一定范围内使用。当前为电源界实际应用的软件还有：ICAP 软件，它是由 Spice 发展形成的一种电路分析软件，在 Window

8、s 下可以以电路或图形的方式输入，自然转成仿真所需信息进行仿真。SIM NON 软件，它是命令驱动的交互式程序，可以对微分方程、结构图模拟以及数字系统进行仿真分析，这时电力电子器件一般按理想开关进行系统仿真。另外，EWB( 电子工作室) 软件也是学习电力电子知识时较受欢迎的软件。因为它提供了模拟和数字电子电路的虚拟实验环境，有和真实实验时一致的可视化界面，含有许多电子元器件模型，也允许自行扩充器件库甚至输出量与流行的 PCB 设计软件(如 Protel、ORCAD 等) 连起来，可以布线制版。2.22.2 开发技术介绍开发技术介绍1.Proteus 软件是英国 Lab Center Elect

9、ronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。它是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MATLAB 等多种编译器。具有以下功能：（1）智能原理图设计（2）完善的电路仿

10、真功能（3）单片机协同仿真功能（4）实用的 PCB 设计平台。2.Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（Vision）将这些部分组合在一起。3 系统分析3.13.1 市场使用情况分析市场使用情况分析常熟理工学院计算机科学与工程学院 项目调研报告31.全球领先的整合单片机、模拟器件和闪存专利解决方案的供应商Microc

11、hip Technology Inc.（美国微芯科技公司）宣布推出其新一代开源集成开发环境 MPLAB X IDE，可以实现对 Linux、Mac OS和 Windows 操作系统的跨平台支持。全新 IDE 增加了许多高性能特点，包括能够利用同时调试来管理多个项目和工具、高级编辑器、可视化调用关系图和代码完成。2.2.飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)是全球领先的半导体公司，全球总部位于美国德州的奥斯汀市。专注于嵌入式处理解决方案。飞思卡尔面向汽车、网络、工业和消费电子市场，提供的技术包括微处理器、微控制器、传感器、模拟集成电路和连接。CodeWarrior 是

12、Metrowerks 公司研发的专门面向Freescale 所有 MCU 与 DSP 嵌入式应用开发的软件工具，是 Freescale 向用户推荐的产品。CodeWarrior Development Studio（开发工作室）是完整的用于编程应用中硬件 bring-up 的集成开发环境。 采用 CodeWarrior IDE，开发人员可以得益于采用各种处理器和平台（从 Motorola 到 TI 到 Intel）间的通用功能性。CodeWarrior 包括构建平台和应用所必需的所有主要工具 - IDE、编译器、调试器、编辑器、链接器、汇编程序等。它是一个单一的开发环境，在所有所支持的工作站和

13、个人电脑之间保持一致。在每个所支持的平台上，性能及使用均是相同的。无需担心主机至主机的不兼容。 3.23.2 开发技术优缺点分析开发技术优缺点分析优点：优点：1.PSpice 的应用范围很广，电力电子电路的动态仿真仅仅是其应用之一。PSpice 的电路元件模型反映实际型号元件的特性，通过对电路方程运算求解，能够仿真电路的细节，特别适合于对电力电子电路中开关暂态过程的描述。2.Saber 作为混合仿真系统，可以兼容模拟、数字、控制量的混合仿真，便于在不同层面上分析和解决问题，其他仿真软件不具备这样的功能。3.Simulink 是 Matlab 软件包中最重要的功能模块之一，是交互式、模块化的建模

14、和仿真的动态分析系统。在电力电子领域，通常利用 Simulink 建立电力电子装置的简化模型( 如基频模型) 并连接成系统，即可直接进行控制器的设计和仿真。Simulink 对 C 语言代码提供了很好的支持，而且既可以工作在交互式图形环境下，也可以工作在 Matlab 指令语言模式的批处理模式下 Matlab 是基于理想化功率元器件和功能模块的仿真工具。常熟理工学院计算机科学与工程学院 项目调研报告4缺点：缺点：1.由于 Spice 软件原先主要是针对信息电子电路设计而开发的，因此器件的模型都是针对小功率电子器件的，对于电力电子电路中所用的大功率器件存在的高电压、大注入现象不尽适用，有时甚至可

15、能导致错误的结果。对复杂电路进行仿真时，有时数据的准确性较低。另外，在磁性元件的模型方面 PSpice 也有待加强。2.Saber 应用的主要困难是操作较为复杂，软件价格高昂，比较适合于大企业应用，中小企业一般是通过委托研究、开发来利用该软件。3.缺点在于目前的 Power System 是基于一般电路元件的模型以及数学模块( 例如传递函数) 来进行仿真的，与实际元件的参数有差别，仿真的结果与实际电路有一定距离，其结果的参考意义主要体现在电路的总体与系统上。4 系统设计基于单片机的温控系统基于单片机的温控系统该方案使用 AT89C51 单片机作为控制中心，以智能温度传感器 DS18B20 为温

16、度测量元件，对个点温度进行检测，设置温度上下限，超过其温度值就报警。显示电路采用 1602 液晶模块显示，使用二极管，电阻和蜂鸣器组成的报警电路。 单片机的选择单片机的选择AT89C51 作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是 INTEL 公司生产的MCS-51 系列单片机中的基础产品，采用了可靠的 CMOS 工艺制造技术，具有高性能的 8 位单片机，属于标准的 MCS-51 的 CMOS 产品。AT89C51 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。温度传感器的工作原理与单片机的连接温度传感器的工作原理与单片机的连接温度传感器的单总线与单片机的 P2

17、.7 连接，P2.7 是单片机的高位地址线。P2 端口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O，其输出缓冲级可驱动 4 个 TTL 逻辑门电路。单片机与报警电路单片机与报警电路常熟理工学院计算机科学与工程学院 项目调研报告5系统中的报警电路是由三极管、蜂鸣器、发光二极管和限流电阻组成，并与单片机的 P1.0P1.3 端口连接。P1 端口的作用和接法与 P2 端口相同，不同的是在 Flash 编程与程序校验期间，P1 接收低 8 位地址数据。电源电路电源电路由于该系统需要稳定的 5V 电源，因此设计时必须采用能满足电压、电流和稳定性要求的电源。该电源采用三端集成稳压器 LM7805.它仅有输入

18、端、输出端及公共端 3 个引脚，其内部设有过流保护、过热保护及调整管安全保护电路，由于所需外接元件少，使用方便、可靠，因此可作为稳压电源。显示电路显示电路采用技术成熟，价格便宜的 1602 液晶显示器作为输出显示。本次设计使用的 1602 液晶显示器为 5V 电压驱动，带背光，可显示两行，每行 16 个字符，不能显示汉字，内置 128 个字符的 ASCII 字符集字库，只有并行接口，无串行接口。常熟理工学院计算机科学与工程学院 项目调研报告65 系统实现5.15.1 系统实现系统实现DS18B20 的主要数据元件有：64 位激光 Lasered ROM，温度灵敏元件和非易失性温度告警触发性 TH 和 TL。DSB1820 可以从单总线获取电源，当信号线为高电平时，将能量储存在内部电容器中，当单信号线为低电平时，将该电源断开，直到信号线变为高电平重新接上寄生电源为止。此外，还可外接 5V 电源，给DS18820 供电，DS18820 的供电方式灵活，利用外接电源还