2024年-C应用系统设计方法

21第8章80C51应用系统设计方法单片机应用系统设计8.1课程设计示例—单片机数字时钟8.2毕业设计示例—基于18B20的温度监测系统设计8.322可靠性高8.1.1系统设计的基本要求

处于前端数据采集、控制输出系统规划时要考虑可靠性措施设计时要考虑故障自动检测和处理环节8.1单片机应用系统设计过程操作简单设计观念：注重使用和维修功能设置：开关简洁、顺序明了、符号直观性价比高23确定任务8.1.2系统设计的步骤

前提：市场需求

目标：克服旧缺点、开发新功能规划：系统功能、技术指标、系统构成方案设计单片机型号选择硬件与软件的功能划分应采取的可靠性措施24硬件设计单片机基本系统设计扩展电路和输入/输出通道设计人机界面设计软件设计功能模块化：信号采集、控制算法、人机交互设计方法：模块化设计、自顶向下设计开发流程见下图2526交流电源干扰及其抑制干扰现象持续时间：几个纳秒幅度约在50V～4000V使系统的程序“跑飞”

8.1.3提高系统可靠性的方法

电源干扰及其抑制抑制措施尽量远离干扰源采用交流电源滤波器采用交流稳压器采用1:1隔离变压器27直流电源抗干扰措施采用高质量集成稳压电路单独供电采用直流开关电源采用DC－DC变换器

28地线干扰及其抑制一点接地和多点接地的应用数字地与模拟地的连接原则印刷电路板的地线分布原则信号电缆屏蔽层的接地其它提高系统可靠性的方法使用微处理器监控电路软件抗干扰措施输入/输出抗干扰避免系统“死机”298.2课程设计示例—单片机数字时钟8.2.1数字时钟的设计要求采用8个LED数码管显示。时间为“时–分–秒”形式，日期为“年–月–日”形式。两种显示形式通过按键进行切换。采用4个按键进行功能控制。

AN1键。按下AN1键完成“运行”与“设置”两种状态切换。

AN2键。按下AN2键完成设置状态指示信息显示位置调整。设置状态指示信息显示位置有3个，分为右、中、左（如设置指示在“中”时，表示调整分或月的设置值）。指示信息用两位小数点表示，位置由AN2键调整，每按一次AN2键，位置改变一次。另外，长按AN2键时，设置的内容生效。

AN3键。按下AN3键完成“时间”与“日期”两种形式的切换。

AN4键。按下AN4键完成调制内容加1。调制内容达到相应上限时，回卷到0再继续调整（如调整“月”时，达到12时要回卷到0）。计算2100年之前的秒、分、时、日、星期、月和年;31字节静态RAM;工作电流小于300nA，有备份电源和涓流充电能力。8.2.2DS1302的功能简介

DS1302引脚定义

I/O：数据输入/输出引脚

SCLK：串行时钟输入引脚

RST复位引脚

GND：接地引脚

Vcc1、Vcc2：工作电源、备份电源引脚

X1、X2：晶振接入管脚。晶振频率为32.768KHz。102024/5/10命令字格式

DS1302的操作位：D7D6D5D4D3D2D1D01R/CA4A3A2A1A0R/W

D7位：固定为1R/C位：为0时选择操作时钟，为1时选择操作RAM

A4A3A2A1A0:操作地址

R/W位：为0时进行写操作，为1时进行读操作112024/5/10读写操作时序字节写

字节读

多字节操作（突发模式）

每次写入或读出8个字节时钟日历数据或31个字节RAM数据。与单字节时相似，仅需将A0~A4换成“11111”。122024/5/10DS1302的寄存器及RAM日历时钟相关寄存器寄存器名命令字节范围位内容写读D7D6D5D4D3D2D1D0秒80H81H00～59CH秒的十位秒的个位分82H83H00～590分的十位分的个位时84H85H01～12或00～2312/240A/PHR小时个位日86H87H01～3100日的十位日的个位月88H89H01～120000/1月的个位星期8AH8BH01～0700000星期几年8CH8DH00～99年的十位年的个位132024/5/10注意：1、秒寄存器的CH位：置1，时钟停振，进入低功耗态；置0，时钟工作。2、小时寄存器的D7位：置1，12小时制（D5置1表示上午，置0表示下午）；置0，24小时制（此时D5、D4组成小时的十位）。142024/5/10其它寄存器及RAM

寄存器名命令字节范围位内容写读D7D6D5D4D3D2D1D0写保护8EH8FH00H～80HWP0涓流充电90H91H-TCSDSRS时钟突发BEHBFH--RAM突发FEHFFH--RAM0C0HC1H00H～FFHRAM数据…

……00H～FFHRAM30FCHFDH00H～FFH152024/5/10注意：1、WP：写保护位：置为1时，写保护；置为0时，未写保护。2、TCS：1010时慢充电；DS为01，选一个二极管，为10，选2个二极管；11或00，禁止充电。3、RS：与二极管串联电阻选择。00，不充电；01，2KΩ电阻；10，4KΩ电阻；11，8KΩ电阻。162024/5/108.2.3DS1302的操作子程序字节写操作voidWByte1302(ucharch){uchari;for(i=0;i<8;i++){sclk=0;D4us();ch=ch>>1;io=CY;sclk=1;D4us();}}字节读操作ucharRByte1302(){uchari,ch=0;io=1;//设置为输入口for(i=0;i<8;i++){sclk=0;D4us();ch=ch>>1;if(io==1)ch=ch|0x80;sclk=1;D4us(); }return(ch);}172024/5/10读ds1302某地址的数据ucharR1302FromAddr(ucharaddr){ ucharch; reset=0; D4us(); sclk=0;//为低电平时

D4us(); reset=1;//才能置为高电平

D4us(); WByte1302(addr);//先写地址

ch=RByte1302();//然后再读数据

sclk=1; reset=0; return(ch);}182024/5/10设置ds1302时间和日期voidSet1302Time(ucharaddr,uchar*p,ucharn){ W1302DataToAddr(0x00,0x8e);//写允许

for(;n>0;n--) { W1302DataToAddr(*p,addr); p++; addr=addr+2; } W1302DataToAddr(0x80,0x8e);//写保护}192024/5/10读ds1302当前时间和日期voidR1302Time(ucharaddr,uchar*p,ucharn){ for(;n>0;n--) { *p=R1302FromAddr(addr); p++; addr=addr+2; }}202024/5/10DS1302初始化voidInit1302(){reset=0;sclk=0;W1302DataToAddr(0x00,0x8e);//写控制字，允许写操作

W1302DataToAddr(0x00,0x80);//时钟启动

W1302DataToAddr(0xa6,0x90);//一个二极管＋4K电阻充电

W1302DataToAddr(0x80,0x8e);//写控制字，禁止写操作}212024/5/108.2.4数字时钟硬件电路222024/5/108.2.5数字时钟的程序实现模块划分代码实现（略）232024/5/108.2.6数字时钟的Proteus仿真242024/5/108.3毕业设计示例—单片机综合验证系统设计

8.3.1综合验证系统方案确定配置经典器件

8个LED；4位7段LED数码管；1个蜂鸣器；3个按键；1个温度传感器DS18B20；1个实时时钟芯片DS1302；1个D/A转换芯片TLC5615;1个A/D转换芯片TLC549；1个AT24C04储存芯片；1个MAX232芯片及串口连接器。支持扩展部件LCD1602字符液晶模块；LCD12864点阵液晶模块；电机驱动接口；HMI人机接口设备。252024/5/108.3.2HMI及MODBUS协议简介HMI人机接口基本功能：1、信息的实时显示；2、信息的自动采集与储存；3、历史数据的趋势显示；4、图形界面控件的组态；5、事件越限报警与记录等。262024/5/10MODBUS协议ModBus可分为两种传输模式：ASCII模式和RTU模式。ASCII模式：当控制器设为在ModBus网络上以ASCII模式通信，在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。

ASCII模式的消息帧起始位设备地址功能码数据LRC校验结束符：2个字符2个字符N个字符2个字符0DH,0AH272024/5/10RTU模式：消息帧中的每个8位字节包含两个4位的十六进制字符。与ASCII模式相比，在同样的波特率下可比ASCII模式传送更多的数据。

RTU模式的消息帧起始位设备地址功能码数据CRC校验结束符T1-T2-T3-T48位8位N个8位16位T1-T2-T3-T4282024/5/10RTU模式和ASCII模式的比较RTU模式报文中每个8位字节含有两个4位十六进制字符。RTU模式主要优点是较高的数据密度，在相同的波特率下比ASCII模式有更高的吞吐率。每个报文必须以连续的字符流传送。RTU模式采用CRC校验。ASCII模式报文中的每个8位子节以两个ASCII字符发送。当通信链路或者设备无法符合RTU模式时使用该模式。由于一个字节需要两个字符，所以ASCII模式比RTU模式效率低。ASCII模式采用LRC校验。292024/5/1