电子系统设计——第1章第2次课资料课件

1TM1 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院电子系统设计电子系统设计2TM2 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院本次课授课提纲本次课授课提纲 典型电子系统设计举例典型电子系统设计举例 -数字计数器设计数字计数器设计3TM3 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院 上次课内容复习上次课内容复习n电子系统分类电子系统分类l 模拟电子系统模拟电子系统l 数字电子系统数字电子系统l 单片机电子系统单片机电子系统l DSP电子系统电子系统l 嵌入式电子系统嵌入式电子系统 -各系统的优缺点。各系统的优缺点。4TM4 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院n电子系统设计的一般步骤电子系统设计的一般步骤（1）项目分析）项目分析（2）系统方案制定）系统方案制定（3）电路设计）电路设计（4）PCB板设计板设计（5）组装及调试）组装及调试（6）归档）归档 上次课内容复习上次课内容复习5TM5 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院典型电子系统实例典型电子系统实例数字定时器数字定时器铵油炸药生产流程铵油炸药生产流程定时定时定时定时定时定时定时定时1 1、数字定时器的应用、数字定时器的应用炸药混装车炸药混装车6TM6 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院1 1、数字定时器的应用、数字定时器的应用消费类电子产品消费类电子产品数字闹钟数字闹钟智能微波炉智能微波炉全自动洗衣机全自动洗衣机7TM7 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院2 2、功能要求、功能要求（1 1）定时时间的设置范围为）定时时间的设置范围为1-991-99分分，开机上电，开机上电后的隐含值为后的隐含值为1010分分，采用，采用LEDLED数码管显示，定时数码管显示，定时时间可任意设置。时间可任意设置。（2 2）定时器控制一个）定时器控制一个交流交流220V220V、1A1A的用电设备的用电设备，上电时不允许用电设备瞬间通电。上电时不允许用电设备瞬间通电。（3 3）定时时间设定后，启动计时，用电设备通）定时时间设定后，启动计时，用电设备通电，同时显示器电，同时显示器逐分倒计时逐分倒计时。其间，分个位数码。其间，分个位数码管的管的小数点每秒闪亮小数点每秒闪亮一次；计时到一次；计时到0 0分时，切断分时，切断用电设备电源。用电设备电源。（4 4）计时误差：）计时误差：100100分误差分误差10s10s。8TM8 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院n在明确设计系统的性能要求的基础上进在明确设计系统的性能要求的基础上进行调研，吸收前人经验，开阔自己的思行调研，吸收前人经验，开阔自己的思路。路。n利用利用“中文科技期刊数据库（中文科技期刊数据库（VIPVIP）”、“中国期刊全文数据库中国期刊全文数据库”等数据库进等数据库进行网络查询，并对资料进行搜集筛选。行网络查询，并对资料进行搜集筛选。3 3、整体方案调研、整体方案调研 9TM9 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院4 4、整体方案论证、整体方案论证实现框图实现框图 采用自顶向下的拼凑法构成系统方框图采用自顶向下的拼凑法构成系统方框图 10TM10 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院4 4、整体方案论证、整体方案论证实现方式选择实现方式选择 方案方案1：中、小规模集成电路构成的数字定时器：中、小规模集成电路构成的数字定时器 n本方案的优点：本方案的优点：各器件的功能清晰；易于设计。各器件的功能清晰；易于设计。n本方案的缺点：本方案的缺点：可靠性不高，价格不菲。可靠性不高，价格不菲。11TM11 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院4 4、整体方案论证整体方案论证 方案方案2：基于：基于CPLD/FPGA的数字定时器的数字定时器 本方案的优点：本方案的优点：电路大为简化，系统可靠性高。电路大为简化，系统可靠性高。n本方案的缺点：本方案的缺点：CPLD/FPGACPLD/FPGA成本高，用于低端产品其价格成本高，用于低端产品其价格难以接受。难以接受。12TM12 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院4 4、整体方案论证、整体方案论证 方案方案3：基于：基于MCU的数字定时器的数字定时器 n本方案的优点：本方案的优点：（1 1）性能可靠性高；）性能可靠性高；（2 2）MCUMCU选型得当，则成本相当低廉。选型得当，则成本相当低廉。n确定方案的原则：确定方案的原则：（1 1）宁软勿硬；）宁软勿硬；（2 2）性价比。）性价比。13TM13 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院 5 5、器件选型及硬件设计、器件选型及硬件设计 MCUMCU的实现框图的实现框图 14TM14 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院 5 5、器件选型及硬件设计、器件选型及硬件设计 MCUMCU的选型的选型 n主要考虑三个问题：主要考虑三个问题：（1 1）单片机速度是否满足系统要求？）单片机速度是否满足系统要求？（2 2）单片机片内）单片机片内FLASHFLASH容量是否足够？容量是否足够？（3 3）单片机）单片机I/OI/O口线是否满足系统需求？口线是否满足系统需求？15TM15 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院 5 5、器件选型及硬件设计、器件选型及硬件设计 MCUMCU的选型的选型 这款小巧的单片机能满足系统的需求吗？这款小巧的单片机能满足系统的需求吗？n主要考虑三个问题：主要考虑三个问题：（1 1）单片机速度是否满足系统要求？）单片机速度是否满足系统要求？（2 2）单片机片内）单片机片内FLASHFLASH容量是否足够？容量是否足够？（3 3）单片机）单片机I/OI/O口线是否满足系统需求？口线是否满足系统需求？16TM16 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院 5 5、器件选型及硬件设计、器件选型及硬件设计 MCUMCU的选型的选型 这款小巧的单片机能满足系统的需求吗？这款小巧的单片机能满足系统的需求吗？17TM17 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院 5 5、器件选型及硬件设计、器件选型及硬件设计 MCUMCU的选型的选型 AT89C2051-这款小巧的单片机能满足系这款小巧的单片机能满足系统的需求吗？统的需求吗？特性：特性：l2K字字节闪速存速存储器器l128字字节RAMl15根根I/O口口l两个两个16位定位定时器器l一个五向量两一个五向量两级中断中断结构构l一个全双工一个全双工串行口串行口l一个精密模一个精密模拟比比较器器。18TM18 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院 5 5、器件选型及硬件设计、器件选型及硬件设计 LEDLED数码显示管选型数码显示管选型 实物图实物图引脚图引脚图19TM19 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院继电器选型继电器选型 固态继电器（固态继电器（SSR）性能）性能虽好，但价格也较高，性虽好，但价格也较高，性价比不高，最终弃用价比不高，最终弃用 5 5、器件选型及硬件设计、器件选型及硬件设计 20TM20 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院上电复位电路上电复位电路电源电路电源电路时钟电路时钟电路系统构成：系统构成：单片机最小系统单片机最小系统+按键电路按键电路+共阴共阴LEDLED显示电路显示电路+继电器继电器驱动电路驱动电路 5 5、器件选型及硬件设计、器件选型及硬件设计总体电路图总体电路图 21TM21 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院 5、硬件电路设计、硬件电路设计 你能回答下面的问题吗？n1 1、电源电路中采用三端稳压器、电源电路中采用三端稳压器LM7805LM7805将将+12V+12V直流电压转变为直流电压转变为+5V+5V直流电压，相较直流电压，相较于直接采用于直接采用+5V+5V直流电压供电有何好处？直流电压供电有何好处？n2 2、从抗干扰的角度出发，继电器的驱动、从抗干扰的角度出发，继电器的驱动电路还有其它更好的设计方法吗？电路还有其它更好的设计方法吗？n3 3、简述电路图中的继电器线圈两端并联、简述电路图中的继电器线圈两端并联的二极管的作用？的二极管的作用？n4 4、RSTRST引脚在上电后的波形图是怎样的？引脚在上电后的波形图是怎样的？22TM22 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院继电器驱动电路的其它设计方法继电器驱动电路的其它设计方法 5 5、器件选型及硬件设计、器件选型及硬件设计 23TM23 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院6 6、程序设计、程序设计整体架构确定整体架构确定 本程序宜采用以系统时钟为核心本程序宜采用以系统时钟为核心的程序结构，本设计要用到以下的程序结构，本设计要用到以下几个时间量：几个时间量：5ms5ms每个数码管显示时间；每个数码管显示时间；20ms20ms按键去抖时间；按键去抖时间；0.5s0.5s分个位分个位LEDLED小数点闪烁以小数点闪烁以及预置时分十位和个位闪烁的时及预置时分十位和个位闪烁的时间；间；1s1s计时的单位时间。计时的单位时间。最常见的主程序流程图最常见的主程序流程图 24TM24 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院6 6、程序设计、程序设计硬件资源分配硬件资源分配 INT0INT0：功能键功能键KSKS，边沿触发；，边沿触发；INT1INT1：加键加键KADKAD，边沿触发，边沿触发P1.0P1.0P1.7P1.7：LEDLED段码输出，高电平有效段码输出，高电平有效P3.0P3.0：数码管分十位阴极，低电平有效，：数码管分十位阴极，低电平有效，K1K1P3.1P3.1：数码管分十位阴极，低电平有效，：数码管分十位阴极，低电平有效，K2K2P3.4P3.4：继电器驱动输出，低电平输出有效；：继电器驱动输出，低电平输出有效；T0T0：1616位计时器，系统时钟，位计时器，系统时钟，5ms5ms中断一次中断一次T1T1：1616位计时器，计时时钟，位计时器，计时时钟，20ms20ms中断一次中断一次25TM25 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院6、程序设计、程序设计画程序流程图画程序流程图 26TM26 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院6 6、程序设计、程序设计 容错设计容错设计 允许错误存在，并能防止它对系统正常工作的破坏，允许错误存在，并能防止它对系统正常工作的破坏，称为称为“容错容错”。一个没有考虑容错的设计，包括一个程序，不能算一个没有考虑容错的设计，包括一个程序，不能算一个完美的设计。一个完美的设计。软件的简单抗干扰措施软件的简单抗干扰措施 指令冗余指令冗余 软件陷阱软件陷阱 软件看门狗软件看门狗27TM27 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院指令冗余法指令冗余法n定义定义 单片机的单片机的PCPC因干扰出现错误，程序出现因干扰出现错误，程序出现“跑飞跑飞”、改变操作数，、改变操作数，将操作数误认为操作码等情况。为了使程序返回正常轨道，在关键地将操作数误认为操作码等情况。为了使程序返回正常轨道，在关键地方插入一些空操作指令方插入一些空操作指令NOPNOP或将有效单字节指令重写或将有效单字节指令重写指令冗余。指令冗余。n方法方法1 1、在双字节指令和三字节指令后插入两条、在双字节指令和三字节指令后插入两条NOPNOP指令，保证其后的指令指令，保证其后的指令不被拆散。不被拆散。2 2、在对程序流向起决定作用的指令（如、在对程序流向起决定作用的指令（如RET,ACALL,LJMP,JZRET,ACALL,LJMP,JZ等）和对等）和对系统起决定作用的指令系统起决定作用的指令(如如SETB,EASETB,EA等等)之前插入三条之前插入三条NOPNOP指令，使指令，使“乱乱飞飞”程序返回正轨。程序返回正轨。n应用应用 跑飞的跑飞的PCPC必须指向程序运行区，并且必须执行到冗余指令。必须指向程序运行区，并且必须执行到冗余指令。28TM28 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院指令冗余原理详解指令冗余原理详解 指令冗余指令冗余的抗干扰的抗干扰原理原理29TM29 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院软件陷阱软件陷阱 当乱飞程序进入非程序区或表格区，无法采用当乱飞程序进入非程序区或表格区，无法采用指令冗余指令冗余-软件陷阱。软件陷阱。n方法方法 编写软件陷阱程序，拦截乱飞程序，将其引向编写软件陷阱程序，拦截乱飞程序，将其引向一个指定位置，在那里有程序出错处理程序，从而一个指定位置，在那里有程序出错处理程序，从而将程序纳入正轨。将程序纳入正轨。n举例举例 在未使用的中断区中的中断服务程序中设置软件在未使用的中断区中的中断服务程序中设置软件陷阱，若此区因干扰而开放，可及时捕捉错误的中陷阱，若此区因干扰而开放，可及时捕捉错误的中断。断。30TM30 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院看门狗看门狗n单片机受外界电磁场的干扰，造成程序跑飞而陷入死循环，单片机受外界电磁场的干扰，造成程序跑飞而陷入死循环，程序无法正常运行，必须实时监测单片机的运行状态程序无法正常运行，必须实时监测单片机的运行状态-看看门狗门狗n方法：单片机通过程序控制方法：单片机通过程序控制I/O引脚引脚定时定时给看门狗送入高电给看门狗送入高电平（或低电平）平（或低电平）-喂狗。如果单片机进入死循环，喂狗无喂狗。如果单片机进入死循环，喂狗无法完成，则给单片机的复位引脚（法完成，则给单片机的复位引脚（RESET）送出复位信号，）送出复位信号，使单片机复位，从而脱离死循环。使单片机复位，从而脱离死循环。软件看门软件看门狗的抗干狗的抗干扰原理扰原理31TM31 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院7 7、ProteusProteus程序仿真调试程序仿真调试 32TM32 电子系统设计电子系统设计 成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院书书1.31.3节系统讲解节系统讲解n非接触式车辆检测器设计非接触式车辆检测器设计回答问题：回答问题：1、外部信号检测？、外部信号检测？2、电子系统处理电信号？、电子系统处理电信号？3、压强，力，温度等非电量如何检测？、压强，力，温度等非电量如何检测？4、车辆检测器检测原理、车辆检测器检测原理5、车辆检测器系统框图、车辆检测器系统框图-推出第二章内容推出第二章内容：传感器。：传感器。