单片机应用系统设计与实例ppt课件

1、本章内容：本章内容：0.1 单片机运用系统的设计单片机运用系统的设计0.2 单片机运用系统的开发与调试单片机运用系统的开发与调试附篇附篇 单片机运用系统设计与实例单片机运用系统设计与实例 0.3 单片机运用系统实例单片机运用系统实例9.1 单片机运用系统设计单片机运用系统设计 单片机运用系统是指以单片机为中心，配以一定的外围电路单片机运用系统是指以单片机为中心，配以一定的外围电路和软件，能实现某种或几种功能的运用系统。和软件，能实现某种或几种功能的运用系统。单片机运用系统的设计应包括：硬件设计和软件设计。单片机运用系统的设计应包括：硬件设计和软件设计。单片机运用系统由硬件和软件两部分组成。单片

2、机运用系统由硬件和软件两部分组成。一、需求分析、方案论证和总体设计一、需求分析、方案论证和总体设计阶段阶段 9.1.1 9.1.1 设计步骤设计步骤 需求分析需求分析: :被测控参数的方式电量、非电量、模拟量、数被测控参数的方式电量、非电量、模拟量、数字量等、被测控参数的范围、性能目的、系统功能、任务字量等、被测控参数的范围、性能目的、系统功能、任务环境、显示、报警、打印要求等。环境、显示、报警、打印要求等。方案论证：根据用户要求，设计出符合现场条件的软硬件方方案论证：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，又要使系统简单、经济、可靠案。既要满足用户要求，又要使系统简单

3、、经济、可靠总体设计：根据方案论证的结果，进展系统的总体设计总体设计：根据方案论证的结果，进展系统的总体设计二、硬件设计二、硬件设计 单片机根本系统设计单片机根本系统设计 主要完成时钟电路、复位电路、供电电路的设计。主要完成时钟电路、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：存储器扩展和接口扩展。主要包括：存储器扩展和接口扩展。存储器的扩展指程序存储器和数据存储器的扩展；存储器的扩展指程序存储器和数据存储器的扩展；接口的扩展指接口的扩展指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 主要完成按键、开关、显示器、报

4、警等电路的设计主要完成按键、开关、显示器、报警等电路的设计 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、软件设计运用软件运用软件数据采集数据采集数据处置数据处置控制算法实控制算法实现现人机联络人机联络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自顶向下设计计 设计单片机运用系统时，在完成硬件设计之后，必需设计单片机运用系统时，在完成硬件设计之后，必需配备相应的运用软件。配备相应的运用软件。 设计留意设计留意绘制程序流程图绘制程序流程图合理分配系统资合理分

5、配系统资源源 9.2 单片机运用系统开发与调试单片机运用系统开发与调试 9.2.1 9.2.1 单片机运用系统的开发与开发工具单片机运用系统的开发与开发工具 一、单片机运用系统的开发一、单片机运用系统的开发 正确无误的硬件设计和良好的软件功能设计是一个正确无误的硬件设计和良好的软件功能设计是一个适用的单片机运用系统的设计目的。适用的单片机运用系统的设计目的。完成这一目的的过程称为单片机运用系统的开发。完成这一目的的过程称为单片机运用系统的开发。 二、单片机运用系统的开发工具二、单片机运用系统的开发工具 目前，运用较多的仿真开发系统分为两类：目前，运用较多的仿真开发系统分为两类： 通用型单片机开

6、发系统通用型单片机开发系统PC机+仿真软件在线仿真器目的板仿真头软件模拟开发系统软件模拟开发系统 这种系统是由通用这种系统是由通用PC加模拟开发软件构成。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Vision2、Proteus 9.2.2 9.2.2 单片机运用系统的开发过程单片机运用系统的开发过程 一、电路板一、电路板(用户样机用户样机)制造制造 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、目的文件生成二、目的文件生成 利用利用PC上的集成开发软件编写用户源程序，经汇编上的集成开发软件编写用户源程序，经汇编(或编译或

7、编译)生成目的文件生成目的文件(.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、目的程序写入四、目的程序写入 单片机程序仿真经过后，可将最终生成的目的文件单片机程序仿真经过后，可将最终生成的目的文件(.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

8、利用在系统编程利用在系统编程ISP技术技术PC机及ISP运用软件目的板及具有ISP功能的CPU用用ISP运用软件将程序写入到运用软件将程序写入到CPU中中五、运转五、运转 写入了目的程序的单片机或存储器芯片插到单片机运写入了目的程序的单片机或存储器芯片插到单片机运用系统电路板上，这一运用系统就可以独立运转了。用系统电路板上，这一运用系统就可以独立运转了。 设计开发过程设计开发过程 ：9.2 提高系统可靠性的普通方法提高系统可靠性的普通方法 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

9、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展维护。路单独对电压过载进展维护。 直流开关电源直流开关电源 无工频变压器，体积小、分量轻、效率高、电无工频变压器，体积小、分量轻、效率高、电网电压范围宽、变化时不易输出过电压和欠电压，网电压范围宽、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。同时还具有较好的初、次级隔离作用。 DCDC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、有多种封装方式。

10、率高、体积小、有多种封装方式。 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运用一、一点接地和多点接地的运用 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呵斥的地环路。寄生电感影响小，一点接地可以减少地线呵斥的地环路。 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呵斥各接地线间的耦合，影响突寄生电感及分布电容将呵斥各接地线间的耦合，影响突出。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10MH

11、z时，假设采用一点接地，其地线长度不应超越波时，假设采用一点接地，其地线长度不应超越波长的二非常之一。否那么，应采用多点接地。长的二非常之一。否那么，应采用多点接地。 二、数字地与模拟地的衔接原那么二、数字地与模拟地的衔接原那么 数字地是数字逻辑电路的接地端，以及数字地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。 模拟地是指放大器、采样坚持器和模拟地是指放大器、采样坚持器和A/D、D/A中中模拟信号的接地端。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。 防止数字回路经过模拟电路的地线再前往到数防止数字回路经过模拟电路的地线再前往到数字电

12、源对模拟信号产生影响。字电源对模拟信号产生影响。 三、印刷电路板的地线分布原那么三、印刷电路板的地线分布原那么 逻辑器件接地线呈辐射网状，防止环形逻辑器件接地线呈辐射网状，防止环形 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，必需与小信号地分开功率地应较宽，必需与小信号地分开四、信号电缆四、信号电缆屏蔽层最正确的接地点在信号源侧一点接地。屏蔽层最正确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、运用微处置器监控电路

13、一、运用微处置器监控电路根本功能：根本功能： 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MAX703MAX709/813L，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，比较无误再确开关量输入，多次读入，比较无误再确认。认。 开关量输出，进展回读，比较无误再输开关量输出，进展回读，比较无误再输出。出。 按钮、开关，软件延时防止抖动误读按钮、开关，软件延时防止抖动误

14、读条件控制：循环采样、处置、控制输出。条件控制：循环采样、处置、控制输出。能够酿成艰苦事故的输出，要设置人工干涉。能够酿成艰苦事故的输出，要设置人工干涉。 2防止系统防止系统“死机的方法死机的方法 硬件硬件Watchdog 软件圈套软件圈套 方法是在未用到的中断矢量区及其它未运方法是在未用到的中断矢量区及其它未运用的用的EPROM区设置如下指令：区设置如下指令： NOP NOP LJMP 0000H9.3 多路数字电压表的设计多路数字电压表的设计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 多路数字式电压表运用系统主要利用多路数字式电压表运用系统主要利用A/D转换器。转换器

15、。 处置过程如下：处置过程如下： 先用先用A/D转换器对各路电压值进展采样，得到转换器对各路电压值进展采样，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，然后把模拟值经过显示算得到对应的模拟电压值，然后把模拟值经过显示器显示出来。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05V，要求能在四位，要求能在四位LED数码管上轮番显示或单路数码管上轮番显示或单路选择显示。丈量的最小分辨率为选择显示。丈量的最小分辨率为0.019V，丈量误差，丈量误差为为0

16、.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: ADC0809。8路路8位位A/D转换器，分辨率转换器，分辨率为为0.0196V5/255 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：经过按键选择独立按键：经过按键选择8路循环路循环/单路显示；单路显单路显示；单路显示可经过按键选择显示的通道数示可经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

17、路、显示控制电路及按键电路等组成，原理图如下：显示控制电路及按键电路等组成，原理图如下：在衔接时，在衔接时，ADC0809的数据线的数据线D0D7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，转换终了信号口相连，转换终了信号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经过经过14024二分频后得到。二分频后得到。 AT89C52的

18、的P1、P3.0P3.3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，P3.0P3.3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用于单路显示或多路循环显示转换控制，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 主程序包含初始化部分、调用主程序包含初始化部分、调用A/D转换子程序转

19、换子程序和调用显示程序，如以下图。和调用显示程序，如以下图。开场初始化调用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路输入模拟电压进展路输入模拟电压进展A/D转换，并将转转换，并将转换的数值存入换的数值存入8个相应的存储单元中，如以下图。个相应的存储单元中，如以下图。开场启动一次转换取数据OE=00809通道地址加1开场地址数小于8？A/D转换终了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

20、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展显示单路显示程序：只对当前选中的一路数据进展显示 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经过标志位单路或循环显示经过标志位00H控制控制初始化时初始化时00H位设置为位设置为0，默以为循环显示，默以为循环显示当它为当它为1时改动为单路显示控制时改动为单路显示控制9.3.5 汇编言语源程序清单略汇编言语源程序清单略9.3.6 C言语源程序清单略言语源程序

21、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、信号处置模块二、信号处置模块三、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 MAX1615：80A MAX619： 100A总体静态电流：总体静态电流： 3.73mA 4mA 信号处置部分信号处置部分X9c104：500AX9c504：500ATLC27L2：120A数据运算部分数据运算部分C8051F007：1mA V/I转换部分转换部分TLE2021：230AICL7660：200A