C51单片机应用设计与技能训练（第2版）课件 1.4 扫一扫看教学课件：单片机应用系统开发的一般方法

单片机应用系统开发流程

单片机应用系统开发的一般方法

单片机应用系统是为完成某项具体任务而研制开发的用户系统，可以分为智能仪器仪表和工业测控系统两大类。虽然每个系统都有很强的针对性，结构和功能也不相同，但它们的开发过程和方法大致相同，

1．确定任务在系统设计前，首先要进行广泛的市场调查，了解该系统的市场应用概况，分析系统当前存在的问题，研究系统的市场前景，确定系统开发设计的目的和目标。对系统的具体实现进行规划，包括应该采集的信号的种类、数量、范围，输出信号的匹配和转换，控制算法的选择，技术指标的确定等。2．总体设计在对应用系统进行总体设计时，应根据应用系统提出的各项技术性能指标，拟订出性价比最高的一套方案。首先，应根据任务的繁杂程度和技术指标要求选择机型。选定机型后，再选择系统中要用到的其它外围元器件，如传感器、执行器件等。在选取定单片机机型和器件时，应注意：（1）性能特点要适合所要完成的任务，避免过多的功能闲置。（2）性能价格比要高，以提高整个系统的性能价格比。（3）结构原理要熟悉，以缩短开发周期。（4）货源要稳定，有利于批量的增加和系统的维护。

硬件和软件如何分工？用硬件实现速度比较快，节省CPU的时间，但系统的硬件接线复杂、系统成本较高。用软件实现则较为经济，但要更多地占用CPU的时间能够由软件实现的任务就尽量用软件来实现，以降低成本，简化硬件结构。3．硬件设计

硬件的设计是根据总体设计要求，在选择完单片机机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元件，并设计出系统的电路原理图，经过必要的实验后完成工艺结构设计、电路板制作和样机的组装。主要硬件设计包括：（1）单片机电路设计：主要完成时钟电路、复位电路、供电电路的设计。（2）扩展电路和输入/输出通道设计：主要完成程序存储器、数据存储器、I/O接口电路、传感器电路、放大电路、多路开关、A/D转换电路、开关量接口电路、驱动及执行机构的设计。硬件设计应注意：1）程序存储器。一般选用容量较大的EPROM芯片，如2764（8KB）、27128（16KB）或27256（32KB）等。2）数据存储器和I/O接口。根据系统功能的要求，如果需要扩展外部RAM或I/O口，那么RAM芯片可选用6216（2KB）、6264（8KB）或62256（32KB）。I/O接口芯片一般选用8255或8155（带有256KB静态RAM）。这类芯片具有口线多、硬件逻辑`简单等特点。若口线要求很少，且仅需要简单的输入或输出功能，则可用不可编程的TTL电路或CMOS电路。A/D和D/A电路芯片主要根据精度、速度和价格等来选用，同时还要考虑与系统的连接是否方便。硬件设计应注意：

3）地址译码电路。通常采用全译码、部分译码或线选法，应考虑充分利用存储空间和简化硬件逻辑等方面的问题。MCS-51系统有充分的存储空间，包括64KB程序存储器和64KB数据存储器，所以在一般的控制应用系统中，主要是考虑简化硬件逻辑。当存储和I/O芯片较多时，可选用专用译码器74S138或74LS139等。4）总线驱动能力。MCS-51系统单片机的外部扩展功能很强，但4个8位并行口的负载能力是有限的。P0口能驱动8个TTL电路，P1～P3口只能驱动3个TTL电路。在实际应用中，这些端口的负载不应超过总负载能力的70%，以保留一定的余量。如果驱动较多的TTL电路，则应采用总线驱动电路，以提高端口的驱动能力和系统的抗干扰能力。数据总线宜采用双向8路三态缓冲器74LS245作为总线驱动器，地址和控制总线可采用单向8路三态缓冲区74LS244作为单向总线驱动器。

（3）控制面板设计：主要完成按键、开关、显示器、报警等电路的设计。

4．软件设计单片机应用系统的软件设计是研制过程中任务最繁重的一项工作，难度也比较大。单片机应用系统的软件主要包括两大部分：用于管理单片机微机系统工作的监控程序：应尽可能利用现成微机系统的监控程序。许多单片机开发系统的监控软件功能相当强，并附有丰富的实用子程序，可供用户直接调用，例如键盘管理程序、显示程序等，可以直接选用。用于执行实际具体任务的功能程序。要根据应用系统的功能要求来编程序。例如，外部数据采集、控制算法的实现、外设驱动、故障处理及报警程序等等。软件设计通常采用模块化程序设计、自顶向下的程序设计方法。

5．系统调试———包括硬件调试和软件调试硬件调试的任务是排除系统的硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试，除发现和解决程序错误外，也可以发现硬件故障。程序调试一般是一个模块一个模块地进行，一个子程序一个子程序地调试，最后联起来统调。在调试过程中，要不断调整、修改系统的硬件和软件，直到其正确为止。联机调试运行正常后，将软件固化到EPROM中，脱机运行，并到生产现场投入实际工作，检验其可靠性和抗干扰能力，直到完全满足要求，系统才算研制成功。

确定任务任务分析确定功能、性能要求制定总体方案总体设计系统功能分配确定软硬件功能关系拟定调试方案硬件设计绘制硬件原理图绘制印制板图配置元器件硬件功能分调确定算法与数据结构程序模块划分绘制程序流程图程序编写与仿真调试软件设计样机联调在样机中运行软件软硬件修改与完善反复调试以达设计要求考机定型现场运行样机组装定型、软件固化编写技术报告及说明书案例示范1.确定任务本任务是在单片机最小系统下，由P2、P0口连接12个发光二极管，分别代表四个路口的红、绿、黄灯，初始态为四个路口的红灯全亮之后，东西路口的绿灯亮20秒，南北路口的红灯亮，东西路口方向通车；延时一段时间后，东西路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，每隔1s闪烁1次，闪烁3次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮20秒，南北路口方向开始通车；延时一段时间后，南北路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，每隔1s闪烁1次，闪烁3次后，再切换到东西路口的绿灯亮，东西方向通车；之后重复以上过程。2.硬件电路设计根据本任务的要求，选用AT89S51，配备晶振电路和复位电路，晶振频率为12MHz。为了方便线路连接，P0口的低6位分别接西、北路口的红、黄、绿灯（发光二极管，采用共阳极的连接方式），P2口的低6位分别接东、南路口的红、黄、绿灯。2.硬件电路设计3.软件设计根据本任务要求及设计的硬件电路图，各路口的灯亮的规律与P2、P0口的取值有关系到，其规律如下表所示。3.软件设计本任务涉及两个定时时间，一是每个路口的绿灯亮20s，另一个是黄灯闪烁时间间隔0.5s，显然最容易实现的方法就是利用定时器，可以用定时器0控制路口绿灯亮的时间，用定时器1控制黄灯闪烁的时间间隔，但是两个定时器的定时都不可达到20s或0.5s，所以可以让两个定时器都工作于方式1，定时时间为50ms，引进两个变量time（初值为400）和timey（初值为20），当定时器发出中断时，这两个变量分别减1，直到为0则达到定时时间。根据以上分析，TMOD应赋值为0x11，两个定时器计数次数为50000。#include<reg51.h>unsignedchartime=20*20,timey=10,county=6;unsignedcharallr=0x36;//所有路口的灯全红unsignedcharewg_snr=0x1e;//东西路口绿灯亮，南北路口红灯亮unsignedcharewy=0x2e;//东西路口黄灯亮,南北路口红灯亮unsignedcharsng_ewr=0x33;//南北路口绿灯亮，东西路口红灯亮unsignedcharsny=0x35;//南北路口黄灯亮，东西路口红灯亮sbitP01=P0^1;sbitP04=P0^4;sbitP21=P2^1;sbitP24=P2^4;bitewg=1;//刚才是否是东西路口绿灯亮过主函数main(){unsignedinti;P0=P2=allr;for(i=50000;i>0;i--);P0=P2=ewg_snr;TMOD=0x11;//定时器1和定时器0均工作于方式1TL0=-50000;TH0=-50000>>8;//T1、T0均定时50msTL1=-50000;TH1=-50000>>8;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;while(1);}voidisr_time0()interrupt1//定时器0的中断服务程序{TL0=-50000;TH0=-50000>>8;time--;if(time==0){TR0=0;TR1=1;time=400;if(ewg) {P0=ewy;P2=ewy; } else {P0=sny;P2=sny;}}}voidisr_time1()interrupt3//定时器T1的中断服务函数{TL1=-50000;TH1=-50000>>8;timey--;if(timey==0){timey=10;county--; if(county)