如何成为单片机系统工程师第二章

如何成为单片机系统工程师第二章

第2章如何成为单片机系统设计师2第2章如何成为单片机系统设计师知识储备3一个电子系统，比如机器人，其背后蕴涵的知识往往是相当丰富的。既有模拟电路、数字电路，还有嵌入式系统、机电一体化等。第2章如何成为单片机系统设计师2.1.1综合素质4电子血压计，测量时将一个密封的袖带套在上臂上，按下按钮启动血压测量后，单片机控制气泵工作，向袖带中打气从而增加其中的压力。当压力达到200mmHg左右时即停止打气并缓慢放气，在气压下降的过程中，压力传感器实时监测袖带中的压力变化，通过ADC进行模数转换后送给单片机分析，从而计算出收缩压（高压）和舒张压（低压）。第2章如何成为单片机系统设计师2.1.2软件工具5单片机及电路仿真：Proteus、Multisim等。电路原理图及PCB设计：AltiumDesigner(Protel)等第2章如何成为单片机系统设计师2.1.3硬件工具之一：面包板6在面包板上观察电路的现象是不是与设计的一致，以验证电路图设计的正确性，这在电子电路设计中经常用到。第2章如何成为单片机系统设计师2.1.3硬件工具之一：面包板7面包板的表面有规则排列的供插装元器件的插孔，在面包板中间有一条中心分隔槽把它分成上、下两个部分。上半部分每列5个插孔之间是导通的，下半部分每列5个插孔之间也是导通的。而上、下部分插孔之间不导通。第2章如何成为单片机系统设计师2.1.3硬件工具之一：面包板8电阻1，它一支管脚插在电源正极排孔上，与电路的电源正极导通；另一支管脚插在下半部分的插孔中，而该插孔下方用一根导线跨接到第3列插孔中，而三极管1的e极插于同列插孔中，这样就实现了电阻1与三极管1的e极的电气连接。第2章如何成为单片机系统设计师2.1.4硬件工具之二：万用板和印刷电路板9元器件插在万用板的一面，元器件管脚穿过万用板上的过孔，在万用板另一面使用电烙铁焊接管脚与万用板上的焊盘，然后焊接导线并通过导线实现元器件之间的电气连接。元器件一般都安装在万用板的同一面，导线可以焊接在万用板的任意一面。第2章如何成为单片机系统设计师2.1.4硬件工具之二：万用板和印刷电路板10电路原理图可生成印刷电路板图。把印刷电路板图交给电路板生产厂家就可以把印刷电路板加工出来。电子产品的电路板已经具备工作的基本条件了。第2章如何成为单片机系统设计师2.1.5焊接工具11第2章如何成为单片机系统设计师2.1.6焊接方法12插元器件入过孔，焊接元器件管脚与焊盘。第2章如何成为单片机系统设计师2.1.6焊接方法13焊接时，从个头较小的电阻、瓷介电容等元器件开始。把元器件插入印刷电路板的过孔，并从另一侧伸出。左手拇指和食指捏着焊锡丝，右手拿电烙铁（左撇子可反过来），先在电烙铁头上轻轻蹭一点焊锡以便更好的导热。接着把电烙铁头贴到管脚和焊盘之间，等焊盘上的温度升高之后，一般会看到铜黄色的焊盘表面产生微小的泡泡，这时再把焊锡丝推到焊盘上。由于焊盘温度已经可以把焊锡丝熔化，所以焊锡丝很快熔化在管脚和焊盘之间，当焊点形成一个较为圆滑、饱满的锡点后立即把焊锡丝拿走，然后是电烙铁头。不一会，焊锡冷却而即形成一个焊点。第2章如何成为单片机系统设计师2.2.1需求分析14需求分析是分析功能、确定参数要求的过程。无论在学习单片机系统设计或是将来设计一些解决实际问题的项目，明确最终要达到的功能非常重要。比如一个简单的单片机控制发光二极管的例子，功能确定为单片机控制一个发光二极管点亮500ms，熄灭500ms，再点亮500ms，再熄灭500ms……如此反复。第2章如何成为单片机系统设计师2.2.2电路设计15左边阴影框里就是单片机，右边的是发光二极管。第2章如何成为单片机系统设计师2.2.3程序设计16单片机程序用汇编语言或C51语言编写，有许多计算机上的应用软件可支持这两种语言的单片机程序开发，比如第4章将要介绍的µVision软件等。用汇编或C51语言设计好的单片机程序，将通过一个连接计算机USB口和单片机下载接口的下载器，下载到单片机中。下载完成后，单片机启动时运行下载的程序就可以实现相应的控制功能了。第2章如何成为单片机系统设计师2.2.4系统调试17在调试阶段，也就是“磨合”软件和硬件以便它们共同实现系统功能。当程序下载到单片机系统后，启动单片机运行程序，观察系统的“反应”和我们的设计是不是相符。比如发光二极管以500ms为间隔进行闪烁。当程序设计完成并下载到单片机之后，可能出现的问题是发光二极管不闪烁或闪烁的时间间隔不对。如果出现这些与设计不符的实验效果，首先在保证硬件电路是正确的前提下，回到程序中找错误，修改后再下载到单片机系统中。如此反复，直到系统运转正常为止。第2章如何成为单片机系统设计师2.3.1发光二极管工作原理18发光二极管（LED，电路符号

）是一种最常用的指示器件，近几年因其成本下降和节能的特点大量使用在照明设备中。发光二极管有极性之分，当有足够的正向电流（正极流向负极的电流，约10mA~30mA）通过时便会发光。第2章如何成为单片机系统设计师2.3.2单片机的控制19我们把发光二极管D1的负极连接在单片机的P0.4口（35管脚）上，电阻R1起到限流的作用。根据器件的连接关系分析知道：当单片机的P0.4口输出低电平时（接地），发光二极管D1正、负极之间获得电压而被点亮；当P0.4口输出高电平时（+5V），发光二极管D1则熄灭。所以要实现图2-17所示的功能，即让发光二极管以500ms为间隔闪烁，变成了让单片机的P0.4口以500ms为间隔输出高、低电平。第2章如何成为单片机系统设计师2.3.3体验单片机控制发光二极管20见本书光盘中的视频演示第2章如何成为单片机系统设计师2.4.1需求分析21反应时间测试仪的功能：单片机向蜂鸣器输出一个很短的鸣响信号Vout（比如500ms），测试者听到这个信号后立即按下按钮开关向单片机输入一个信号Vin，单片机只要计算出输出信号Vout与输入信号Vin之间的时间差就得到反应时间（以ms为单位），最后输出到反应时间显示器上显示即可。第2章如何成为单片机系统设计师2.4.2电路设计22系统由4个模块（部分）组成：单片机、蜂鸣器及驱动电路、按钮开关、反应时间显示器。第2章如何成为单片机系统设计师2.4