电子系统设计——第4章单片机应用系统设计-课件

1TM渤海大学工学院渤海大学工学院第第4 4章章 单片机应用系统设计单片机应用系统设计2TM2电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.14.1单片机应用系统概述单片机应用系统概述基本型：基本型：Intel：8031、8051、875180518051兼容单片机兼容单片机资源：资源：UART、I/O口、定时口、定时/计数器（阵列）、中计数器（阵列）、中断系统、片内断系统、片内RAM、片内扩展、片内扩展XRAM、ROM、WDT、DMA控制器、控制器、SPI、SMBUS/I2C、CAN、PLL锁相环单元、温度传感器、锁相环单元、温度传感器、PWM、ADC、DAC、电流源、电压源、模拟比较器、通用可编程、电流源、电压源、模拟比较器、通用可编程接口接口GPIF、JTAG、键盘、键盘LED驱动器等驱动器等性能：高速、低功耗低电压、加密、编解码等性能：高速、低功耗低电压、加密、编解码等3TM3电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.14.1单片机应用系统概述单片机应用系统概述Acer Lab：M6xxx80518051兼容单片机兼容单片机Aeroflex UTMC：UT69RHxxx（抗辐射）（抗辐射）Cypress Semiconductor：EZ-USBxxxAnalog Devices：ADuC8xx（高速、资源丰富）（高速、资源丰富）Atmel（8051 Family）：）：AT48xxx、AT87F5x、AT89C/LS/LV/Sxx、T8xCxx、C8051Fxxx（低功耗、（低功耗、高速、编解码、混合信号处理）高速、编解码、混合信号处理）TI：MSC1210Yx4TM4电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.14.1单片机应用系统概述单片机应用系统概述Dae woo：DMC60Cxx80518051兼容单片机兼容单片机Dallas Semiconductor：DS225x、DS5xxx、DS8xCxx（高速、备电、实时时钟、加密）（高速、备电、实时时钟、加密）Maxim：MAX765xHynix Semiconductor：G/HMS9xC/LxxInfineon：C5xxx、C868xx、SAB8xC5x、SDAxxxISSI：IS8xC/LxxTriscend：TE5xWinbond：W7xC/E/LxxxXEMICS：XE88LCxx5TM5电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.14.1单片机应用系统概述单片机应用系统概述Mentor Graphics Co：M805x80518051兼容单片机兼容单片机OKI：8xCxxMicronas：SDAxxxSharp：LZ8xxxxSiliconians：SS8xxSST：SST8xC/E/F/VxxxSMSC：COM2005x、USB97CxxST Microelectronics：uPSD323x6TM6电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.14.1.1单片机应用系统的组成单片机应用系统的组成单片微机单片微机ADCADCDACDAC通通用用外外设设开关量开关量键盘键盘显示显示器器打印打印机机通信接口通信接口EPROMEPROM开关量开关量RAMRAM模拟量模拟量开关量开关量通信通信数据数据模拟量模拟量开关量开关量7TM7电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.24.1.2单片机应用系统基本设计思想单片机应用系统基本设计思想1 1、设计思想的转变、设计思想的转变设计任务设计任务硬件设计硬件设计软件设计软件设计相互结合相互结合转移重心转移重心软件设计为主，重视硬件设计软件设计为主，重视硬件设计8TM8电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.24.1.2单片机应用系统基本设计思想单片机应用系统基本设计思想2 2、基本设计思想、基本设计思想模块化设计模块化设计系统功能系统功能技术指标技术指标硬件硬件软件软件功能模块：主机、功能模块：主机、通道、人机、通通道、人机、通信、电源等信、电源等各模块相对独立各模块相对独立功能模块：监控、功能模块：监控、中断、测量、控中断、测量、控制算法制算法自顶向下自顶向下9TM9电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程确定任务确定任务性能测定性能测定硬件设计调试硬件设计调试总体设计总体设计联机总调联机总调软件设计调试软件设计调试10TM10电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程1.1.确定任务完成总体设计确定任务完成总体设计（1）确定设计任务和系统功能指标，编写设计任）确定设计任务和系统功能指标，编写设计任务书。务书。首先：细致调研，了解技术要求，了解国内外技术水平。进行项目分析，摸清技术难点。确定系统功能和技术指标。其次：对系统工作环境准确评估，存在的干扰因素，信号处理方法，采用的数学算法等。拟定初步方案，编写设计任务书。11TM11电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程1.1.确定任务完成总体设计确定任务完成总体设计（1）确定设计任务和系统功能指标，编写设计任）确定设计任务和系统功能指标，编写设计任务书。务书。设计任务书：明确设计任务；确定设计目标；规定系统规模；系统操作规范。12TM12电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程1.1.确定任务完成总体设计确定任务完成总体设计（1）确定设计任务和系统功能指标，编写设计任）确定设计任务和系统功能指标，编写设计任务书。务书。第一次作业：编写设计任务书。分组方式与选题：延续上学期。上交时间：下周上课。13TM13电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程1.1.确定任务完成总体设计确定任务完成总体设计课题一：基于单片机控制的时钟控制器课题二：基于单片机控制的数字温度计课题三：基于单片机控制的交通灯控制器课题四：基于单片机控制的数字电压表课题五：基于单片机控制的电铃控制器课题六：基于单片机控制的锅炉水位控制器课题七：总线式多路高精度温度采集系统课题八：基于单片机控制的电子密码锁课题九：基于单片机控制的电梯控制器课题十：基于单片机的电动车控制器14TM14电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程1.1.确定任务完成总体设计确定任务完成总体设计课题十一：基于单片机控制的步进电机控制器课题十二：基于单片机控制的出租车计价器课题十三：基于单片机控制的电子琴课题十四：基于单片机控制的计算器课题十五：基于单片机控制的数码显示屏课题十六：基于单片机控制的低频数字频率计课题十七：基于单片机控制的低频信号发生器课题十八：基于单片机控制的旋转时钟课题十九：基于单片机控制的呼吸灯课题二十：基于单片机控制的单级倒立摆15TM15电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程1.1.确定任务完成总体设计确定任务完成总体设计（2）总体设计。）总体设计。认真调研、论证，尤其是关键性计算难点，最后定稿。对不同方案进行论证，确定最合理的方案。16TM16电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程1.1.确定任务完成总体设计确定任务完成总体设计（2）总体设计。）总体设计。硬件选择论证：选择确定系统硬件的类型和数量，绘制系统硬件总体框图。选择主机，及外围扩展芯片、人机接口电路及配置外部设备。选择输入输出通道数量、结构、抗干扰措施、驱动能力等，确定硬件类型和数量。17TM17电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程1.1.确定任务完成总体设计确定任务完成总体设计（2）总体设计。）总体设计。软件论证：软件设计任务分析，绘制系统软件总框图。权衡软硬件功能，合理安排比例。总体方案确定后，将系统设计任务按功能模块分解成若干课题，拟定详细工作计划。18TM18电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试1）硬件设计）硬件设计硬件电路设计的一般原则：（1）尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规使用方法，标准化、模块化；（2）尽可能选择多功能新型芯片，以简化电路；（3）系统扩展与配置在充分满足系统功能要求的前提下，留有余地以便于二次开发；（4）硬件结构设计应与软件设计方案一并考虑；19TM19电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试1）硬件设计）硬件设计硬件电路设计的一般原则：（5）硬件上要有可靠性与抗干扰设计；（6）充分考虑单片机的带载驱动能力。（7）整个系统相关器件要力求性能匹配；（8）设计监测电路。（9）结构工艺设计（相对独立于软硬件设计）。20TM20电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试2）软件设计）软件设计软件的资源细分为系统理解部分、软件结构设计部分、程序设计部分。系统理解系统理解：在开始设计软件前，熟悉硬件留给软件的接口地址，IO方式，确定存储空间的分配；应用系统面板控制开关、按键、显示的设置等。21TM21电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试2）软件设计）软件设计软件的资源细分为系统理解部分、软件结构设计部分、程序设计部分。软件结构设计软件结构设计：要结合单片机所完成的功能确定相应的模块程序，及其运行的先后顺序，绘制程序整体流程图。软件结构实现结构化，各功能程序实行模块化、子程序化。一般有两种设计方法：22TM22电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试2）软件设计）软件设计软件的资源细分为系统理解部分、软件结构设计部分、程序设计部分。（1）模块程序设计：优点是单个功能明确的程序模块的设计和调试比较方便，容易完成，一个模块可以为多个程序所共享。其缺点是各个模块的连接有时有一定难度。23TM23电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试2）软件设计）软件设计软件的资源细分为系统理解部分、软件结构设计部分、程序设计部分。（2）自顶向下的程序设计：优点是比较符合于人们的日常思维，设计、调试和连接同时按一个线索进行，程序错误可以较早的发现。缺点是上一级的程序错误将对整个程序产生影响，一处修改可能引起对整个程序的全面修改。24TM24电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试2）软件设计）软件设计软件的资源细分为系统理解部分、软件结构设计部分、程序设计部分。程序设计程序设计：建立数学模型，选定数学算法，描述出各输入变量和各输出变量之间的数学关系。绘制具体程序的流程图，做好程序接口说明。选定编程语言（汇编语言或C语言）编程。采用KeilC等集成编辑软件的模拟仿真功能进行调试。25TM25电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试2）软件设计）软件设计软件设计的一般原则：（1）根据软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分。（2）培养结构化程序设计风格，各功能程序实行模块化、子程序化。（3）建立正确的数学模型。（4）为提高软件设计的总体效率，以简明、直观的方法对任务进行描述，在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。26TM26电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试2）软件设计）软件设计软件设计的一般原则：（5）要合理分配系统资源，包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等。其中最关键的是片内RAM分配。（6）注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。（7）加强软件抗干扰设计，它是提高应用系统可靠性的有力措施。27TM27电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试3）硬件、软件调试）硬件、软件调试（1）单片机开发系统。单片机只是一个芯片，本身无自开发能力，编制、开发应用软件，对硬件电路进行诊断、调试，必须借助仿真开发工具模拟用户实际的单片机，并且能随时观察运行的中间过程而不改变运行中原有的数据性能和结果，从而进行模仿现场的真实调试。即单片机开发系统。28TM28电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试3）硬件、软件调试）硬件、软件调试（1）单片机开发系统。仿真开发系统的功能用户样机硬件电路的诊断和检查；用户样机程序的输入和修改；程序的运行、调试（单步运行、设置断点运行）、排错、状态查询等功能；29TM29电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试3）硬件、软件调试）硬件、软件调试（1）单片机开发系统。仿真开发系统的功能有较全的开发软件。配有高级语言开发环境；编译连接生成目标文件、可执行文件；有丰富的子程序可供用户选择调用。跟踪调试、运行能力。将程序固化到芯片中。30TM30电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试通用型单片机开发系统它采用国际上流行的独立型仿真结构，与任何具有RS-232C串行接口（或并行接口）计算机相连，即可构成单片机仿真开发系统。ERPOM读出读出/固化器固化器应应用用系系统统仿仿真真头头单片机单片机在线在线仿真器仿真器计算机计算机RS232C或并行口或并行口用户样机用户样机31TM31电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试简易型开发系统这种开发装置通常是采用相同类型的单片机做成单板机形式。所配置的监控程序可满足应用系统仿真调试的要求。是一种廉价的，能独立完成应用系统开发任务的普及型单板系统。系统中还必须配备有EPROM写入器和仿真头等。32TM32电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试软件模拟开发系统这是一种完全依靠软件手段进行开发的系统。开发系统与用户系统在硬件上无任何联系。通常这种系统是由通用PC机加模拟开发软件构成。模拟调试软件功能很强，基本上包括了在线仿真器的单步、断点、跟踪、检查和修改等功能。模拟开发系统的最大缺点是不能进行硬件部分的诊断与实时在线仿真。33TM33电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试3）硬件、软件调试）硬件、软件调试（2）硬件调试和软件调试。硬件调试：应用系统联机前的静态调试硬件的静态调试包括：（1）排除逻辑故障。（2）排除元器件失效。（3）排除电源故障。34TM34电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试具体包括：（1）在未焊上各元器件管座或元件之前，首先用眼睛或用万用表直接检查线路板各处是否有明显的断路、短路的地方，尤其要注意电源是否短路。（2）元器件在焊接过程中要逐一检查，例如二极管、三极管、电解电容的极性，电容的容量及耐压，元件的数值是否正确等。35TM35电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试具体包括：（3）管座、元件焊接完毕，还要仔细检查元件面各元件之间裸露部分有无相互接触现象，焊接面的各焊点间、焊点与近邻线有无连接，对布线密或未加阻焊处理的印制板更应注意检查这些可能造成短路的原因。（4）完成上述检查后，先空载上电，检查线路板各管脚及插件上的电位是否正常。若一切正常，将芯片插入各管座，再通电检查各点电压是否达到要求，逻辑电平是否符合电路或器件的逻辑关系。36TM36电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试3）硬件、软件调试）硬件、软件调试（2）硬件调试和软件调试。硬件调试：联机动态仿真调试联机仿真调试的方案是：把整个应用系统按其功能分成若干模块，如系统扩展模块、输入模块、输出模块、AD模块等。针对不同的功能模块，编写一小段测试程序，并借助于万用表、示波器、逻辑笔等仪器来检查硬件电路的正确性。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。37TM37电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程2.2.硬件、软件设计与调试硬件、软件设计与调试3）硬件、软件调试）硬件、软件调试（2）硬件调试和软件调试。软件调试：程序模块编写完成后，通过汇编或编译后，在开发系统上进行调试。调试时应先分别调试各模块子程序，调试通过后，再调试中断服务子程序，最后调试主程序，并将各部分进行联调。先独立后联机，先模块后组合，先单步后连续。38TM38电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程3.3.系统总调、性能测定系统总调、性能测定系统联调：主要解决以下问题：（1）软、硬件能否按预定要求配合工作？如果不能，那么问题出在哪里？如何解决？（2）系统运行中是否有潜在的设计时难以预料的错误？如硬件延时过长造成工作时序不符合要求，布线不合理造成有信号串扰等。（3）系统的动态性能指标（包括精度、速度参数）是否满足设计要求？39TM39电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程3.3.系统总调、性能测定系统总调、性能测定现场调试：在某些情况下，由于系统运行的环境较为复杂，对系统的影响无法预料，只能通过现场运行调试来发现问题，找出相应的解决方法；或者虽然已经在系统设计时考虑到抗干扰的对策，但是否行之有效，还必须通过系统在实际现场的运行来加以验证。另外，有些系统的调试是在用模拟设备代替实际监测、控制对象的情况下进行的，这就更有必要进行现场调试，以检验系统在实际工作环境中工作的正确性。40TM40电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程编制设计文件编制设计文件设计文档：设计文档：系统的设计要求与技术指标的确定；系统的设计要求与技术指标的确定；方案选择与可行性论证；方案选择与可行性论证；单元电路设计、参数选择和元器件选择；单元电路设计、参数选择和元器件选择；参考文献。参考文献。41TM41电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程编制设计文件编制设计文件总结报告：总结报告：设计工作的进程记录；设计工作的进程记录；原始设计修改部分的说明；原始设计修改部分的说明；实际电路原理图、程序清单等；实际电路原理图、程序清单等；功能与指标测试结果功能与指标测试结果(注明所使用的仪器型号与注明所使用的仪器型号与规格规格)；系统的操作使用说明；系统的操作使用说明；存在的问题及改进措施等。存在的问题及改进措施等。42TM42电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.34.3实用系统设计方法实用系统设计方法控制对象控制对象应用系统应用系统控制要求控制要求43TM43电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.14.3.1熟悉对象熟悉对象具体设备具体设备生产过程生产过程控制对象控制对象数据采集数据采集开环控制开环控制控制系统控制系统闭环控制闭环控制反馈控制反馈控制控制规律控制规律动作要领动作要领实现方法实现方法如何监测如何监测如何传感如何传感精度误差精度误差44TM44电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.34.3实用系统设计方法实用系统设计方法4.3.14.3.1熟悉对象熟悉对象控制对象控制对象45TM45电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.34.3实用系统设计方法实用系统设计方法4.3.14.3.1熟悉对象熟悉对象控制对象控制对象比较初速计算机系统D/A放大器电机数字转速计46TM46电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.24.3.2确定系统的确定系统的I/OI/O点数和通道点数和通道1.开关量点数的确定开关量点数的确定1）输入开关量：现场输入接点（行程开关、极限）输入开关量：现场输入接点（行程开关、极限开关、测量开关等，继电器触电或辅助接点、保护开关、测量开关等，继电器触电或辅助接点、保护开关接点、报警开关接点、操作开关接点、拨码键开关接点、报警开关接点、操作开关接点、拨码键盘、输出继电器辅助接点）。盘、输出继电器辅助接点）。2）输出开关量：继电器线圈、显示指示灯、蜂鸣）输出开关量：继电器线圈、显示指示灯、蜂鸣器、七段数码管。器、七段数码管。47TM47电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.24.3.2确定系统的确定系统的I/OI/O点数和通道点数和通道2.模拟量通道的确定模拟量通道的确定1）输入通道：模拟量、测速电机、电流互感器或）输入通道：模拟量、测速电机、电流互感器或磁感应同步器等经信号变换输入磁感应同步器等经信号变换输入ADC的路数。的路数。2）输出通道：）输出通道：DAC连续模拟量的调节输出路数，连续模拟量的调节输出路数，调节电机电枢电压、调节带有电气转换的调节阀。调节电机电枢电压、调节带有电气转换的调节阀。48TM48电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.24.3.2确定系统的确定系统的I/OI/O点数和通道点数和通道3.特殊输出处理特殊输出处理特殊情况特殊对待。特殊情况特殊对待。PWM控制电机等。控制电机等。49TM49电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.24.3.2确定系统的确定系统的I/OI/O点数和通道点数和通道4.软硬件综合考虑软硬件综合考虑相互协调配合。相互协调配合。如矩阵式按键以软件工作量减少硬件开销等。如矩阵式按键以软件工作量减少硬件开销等。在实践中总结经验。在实践中总结经验。50TM50电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.34.3.3选择单片机选择单片机在选择单片机芯片时，可选择带ROM、EPROM、OTPROM、EEPROM或FLASH等的单片机，这样可使系统更加简单。通常的做法是在软件开发过程中采用FLASH型芯片，而最终产品采用OTPROM型芯片(一次性可编程EPROM芯片)，这样可以提高产品的性能价格比。51TM51电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.34.3.3选择单片机选择单片机单片机主要性能参数：位数；速度；功耗；存储器容量：ROM/RAM；I/O口数量；定时/计数器；串口；总线；其他资源等。对于开发人员：熟悉程度；现有条件；开发系统；网络资源；技术力量等。52TM52电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.44.3.4选择存储器选择存储器ROM：根据程序大小留有余量50%。片内集成或扩展。并行或串行扩展。性价比。RAM：程序随机参数通常不多，片内够用；大数据量吞吐或复杂运算需增加；要精确划分。53TM53电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.54.3.5选择选择I/OI/O接口电路接口电路根据4.3.2确定的开关量点数来选择。1.专用可编程接口8155、82552.简单I/O接口74LS244，74LS3733.显示接口设计74LS47，827954TM54电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.64.3.6进行系统设计进行系统设计把选用的单片机和响应的接口以及有关器件按系统要求组成一个系统电路连接图。1、主电路设计单片机+外扩存储器+外扩接口1）总线扩展及地址线形成51：P0-74LS373、P2、P32）地址分配及译码电路存储器容量及数量，线选法、译码法编址，或串行扩展实现总线协议55TM55电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.64.3.6进行系统设计进行系统设计把选用的单片机和响应的接口以及有关器件按系统要求组成一个系统电路连接图。2、驱动电路设计单片机输出电平、电流及功率与外部设备的匹配。3、光电耦合器的应用隔离主机电源和驱动电源。56TM56电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.64.3.6进行系统设计进行系统设计把选用的单片机和响应的接口以及有关器件按系统要求组成一个系统电路连接图。4、系统原理图绘制1）手工绘制2）计算机绘制Protel等。57TM57电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.74.3.7设计实验板并进行原理验证设计实验板并进行原理验证1.实验板的几种常用形式1）使用面包板插接面包板质量影响较大。2）使用通用实验板有一定通用性。3）设计印制电路实验板需成熟经验。58TM58电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.74.3.7设计实验板并进行原理验证设计实验板并进行原理验证2.实验板测试步骤（参考硬件静态调试内容）1）电源检查2）各元器件电源检查3）检查相应芯片的逻辑关系59TM59电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.84.3.8利用开发系统检测调试实验电路利用开发系统检测调试实验电路1.开发系统简介稳压电源稳压电源用用户户系系统统仿仿真真头头开发仿真系统开发仿真系统开开发发用用系统机系统机RS232CCOM1.2仿真扁仿真扁平电缆平电缆60TM60电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.84.3.8利用开发系统检测调试实验电路利用开发系统检测调试实验电路2.在开发机上利用简单调试程序检查电路1）检查各地址译码输出MAIN:MOVDPTR,#DPTR;将地址送入DPTRMOVXA,DPTR;片外RAM内容送入ACCNOP;适当延时SJMPMAIN;循环执行程序后，就可以利用示波器观察芯片的片选信号引出脚（用示波器扫描时间为1us/档），这时应看到周期为数微秒的负脉冲波形，若看不到则说明译码信号有错误。61TM61电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.84.3.8利用开发系统检测调试实验电路利用开发系统检测调试实验电路2.在开发机上利用简单调试程序检查电路2）检查存储器读写单元并验证。3）检查I/O扩展接口读写端口。4）检查按键输入及显示电路62TM62电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.1.34.1.3单片机应用系统的开发过程单片机应用系统的开发过程4.3.94.3.9确定系统方案及设计系统结构确定系统方案及设计系统结构1.机壳及体积考虑2.印制电路板的设计63TM63电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例4.4.14.4.1数据采集系统设计数据采集系统设计 （可燃性气体报警仪）（可燃性气体报警仪）数据采集系统：把一个模拟电信号转换成数字信号的系统。模拟电信号：为了对温度、压力、流量、速度、位移，组分等物理量进行测量，通过传感器把上述物理量转换成模拟量的电信号。计算机数据采集：将模拟信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量，送进计算机。计算机把采集的数据进行处理，实现生产过程的智能化监测。64TM64电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例系统功能：系统功能：对现场8路可燃气体变送器输出的标准工业电流信号420mA采集处理。对可燃气体进行实时监测，报警可靠性和报警事件记录等方面实施监控。仪表对采集的数据处理，根据标准决定输出：安全值内，依次轮回显示8通道当前测量值和设定值；安全值外，产生声光提示报警，并且轮回显示报警通道当前值、设定值。系统无需每次开机重新设定标准值，同时具有看门狗定时器功能。65TM65电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例主要技术指标：主要技术指标：(1)输入信号：420mA；(2)输入通道：1路8路，3路备用；(3)精度：0.5%；(4)显示分辨率：0.0100.0%LEL(LowExplosionLimit,爆炸极限)；(5)供电：交流220V10%，50Hz；(6)工作温度：055；(7)工作湿度：15%85%RH。整机由主机、数据采集、人机接口和报警4个单元构成。66TM66电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例主机单元设计：主机单元设计：1.电路原理和器件选择主机单元由89C52单片机和相关的存储器组成。关键部分器件名称及其在电路中的主要功能如下：AT89C52：完成监控系统数据采集过程、采集方式和报警过程的控制。X5045：看门狗定时器；内部E2PROM有掉电数据存储功能。DS12887：实时时钟芯片。存储当前时刻之前发生的10个历史报警记录，具有掉电数据存储功能，以便日后实现对可燃性气体的报警监督功能。67TM67电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例主机单元设计：主机单元设计：1.电路原理和器件选择主机单元由89C52单片机和相关的存储器组成。关键部分器件名称及其在电路中的主要功能如下：AT89C52：完成监控系统数据采集过程、采集方式和报警过程的控制。X5045：看门狗定时器；内部E2PROM有掉电数据存储功能。DS12887：实时时钟芯片。存储当前时刻之前发生的10个历史报警记录，具有掉电数据存储功能，以便日后实现对可燃性气体的报警监督功能。68TM68电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例DS12887：24引脚双列直插式封装。具有完备的时钟、闹钟及到2100年的日历功能，可选择12h制或24h制计时，有AM和PM、星期、夏令时间操作及闰年自动补偿等功能；具有可编程选择的周期性中断方式和多频率输出的方波发生器功能；内部有14个小时钟寄存器，包括10个寄存器、4个状态寄存器和114B作掉电保护用的低功耗保护；具有多种周期中断速率及时钟中断功能，因此可以满足各种不同的待机要求，最长可达24h；时标可选择二进制或BCD码表示。69TM69电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例主机单元设计：主机单元设计：2.地址分配和连接1)与X5045相关的连接(1)CS：片选端，低电平有效，与P1.1相连；(2)SO：串行数据输出端，与P1.4相连；(3)CK：串行时钟输入端，与P1.2相连；(4)SI：串行数据输入端，与P1.3相连。(5)RESET：复位输出端，与单片机RESET相连。70TM70电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例主机单元设计：主机单元设计：2.地址分配和连接2)与DS12887相关的连接(1)D0D7：地址/数据(双向)总线，与单片机的P0.0P0.7相连；(2)AS：地址锁存信号端，与单片机的ALE相连;(3)WR和RD：数据读写信号端，分别与单片机的WR和RD相连；(4)CE：片选端，低电平有效，与P2.7相连。71TM71电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例主机单元设计：主机单元设计：3.软件设计1)主程序设计程序设计采用模块化设计。控制时序采用时间触发的时间片轮询调度方法，0.5s为一个控制周期，分成10个时间片，每个时间片50ms。50ms定时采用T1，方式1，初始值=65536-50000=15536=3CB0H。X5045看门狗定时器周期设置为200ms，写入状态寄存器常数STATUS_REG=20H。72TM72电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例主机单元设计：主机单元设计：3.软件设计2)变量和常量说明73TM73电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例符符 号号伪指令伪指令地址或地址或常量常量意意 义义SET_STADATA30H表示表示设定状定状态指指针，每按，每按键一次加一次加“1”，切，切换要修改要修改的的设定定值MES_STADATA31H表示表示测量状量状态指指针，每按，每按键一次加一次加“1”，切，切换要要显示示的的测量量值SYS_CLKDATA32H 表示系表示系统时钟，其取，其取值范范围是是09，完成，完成时间片分配片分配LEFTDATA33H表示左移位指表示左移位指针，每按，每按键一次加一次加“1”，切，切换要修改要修改设定定值的位的位DR0DR7DATA40H47HLED显示示单元元缓冲区冲区AD1_L，AD1_HAD8_L，AD8_HDATADATA50H，51H5EH，5FH通道通道1采集采集结果；果；通道通道8采集采集结果果KB_FIGBIT10H表示表示该键是否是否处理理过KB_FIG=1的的标志位，志位，KB_FIG=1，表示，表示该键已已处理理过；KB_FIG=0，表示，表示该键未未处理理过，保，保证按一次按一次键响响应一次一次片内RAM主要变量分配伪指令表74TM74电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例X5045主要变量分配伪指令表符符 号号伪指令伪指令地址或常量地址或常量意意 义义SCSBITP1.1SCS代表代表89C52的的P1.1，即硬件相，即硬件相连SCKBITP1.2SCK代表代表89C52的的P1.2，即硬件相，即硬件相连SIBITP1.3SI代表代表89C52的的P1.3，即硬件相，即硬件相连SOBITP1.4SO代表代表89C52的的P1.4，即硬件相，即硬件相连AL1_L，AL1_HAL8_L，AL8_HDATADATA00H，01H0EH，0FH通道通道1报警上限；警上限；通道通道8报警上限警上限WRENEQU06H用用WREN代表允代表允许写操作指令写操作指令06HWRDIEQU04H用用WRDI代表禁止写操作指令代表禁止写操作指令04HRDSREQU05H用用RDSR代表代表读状状态寄存器指令寄存器指令05HWRSREQU01H用用WRSR代表写状代表写状态寄存器指令寄存器指令01H75TM75电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例DS12887主要变量分配伪指令表符符 号号伪指令伪指令地址或常量地址或常量意意 义义SECDATA00H00H为12887中秒的存中秒的存储地址地址MINDATA02H02H为12887中分的存中分的存储地址地址HOURDATA04H04H为12887中小中小时的存的存储地址地址DAYDATA07H07H为12887中星期的存中星期的存储地址地址MONDATA08H08H为12887中月的存中月的存储地址地址YEARDATA09H09H为12887中年的存中年的存储地址地址REGADATA0AH0AH为12887中寄存器中寄存器A的存的存储地址地址REGBDATA0BH0BH为12887中寄存器中寄存器B的存的存储地址地址REGCDATA0CH0CH为12887中寄存器中寄存器C的存的存储地址地址REGDDATA0DH0DH为12887中寄存器中寄存器D的存的存储地址地址MISFUNDATA10H10H73H存放存放10条故障条故障记录76TM76电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例主机单元设计：主机单元设计：3.软件设计3)程序流程图和代码77TM77电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例主程序和中断服务程序流程图78TM78电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例【主程序代主程序代码】ORG 0000H AJMP START ORG 001BH LJMP T1_INT；跳；跳转到中断服到中断服务程序程序 ORG 0030HSTART:MOV SP，#0D0H；设置堆置堆栈指指针INIT_SYS:MOV R6,#0A0H；片内；片内RAM区区变量清零量清零 MOV R1，#20H CLR AINIT_IN_RAM:MOV R1,A INC R1 DJNZ R6，INIT_IN_RAM MOV R0，#REGA MOV A,#00100000B ；启；启动DS12887时钟 MOVX R0,A MOV R0,#REGB MOV A,#00000010B ；时钟设置；时钟设置24小时制小时制 MOVX R0,A MOV A,#20H ；X5045的看门狗时间设置为的看门狗时间设置为200ms LCALL WRSR ；见；见6.2节节MOV TMOD,#10H ；T1工作在方式工作在方式1MOVTH1，#3CHMOVTL1，#0B0H ；50ms定时定时 SETB EASETB ET1 ；开中断；开中断 SETB TR1 ；启动；启动T1LOOP:ORL PCON,#1 ；休眠；休眠 SJMP LOOP79TM79电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例【中断服中断服务程序代程序代码】T1_INT：CLR TR1 MOV TH1，#3CH MOV TL1，#0B0H；50ms定定时 SETB TR1；启；启动T1 INC SYS_CLK MOV A,SYS_CLK；系；系统时钟加加1，并限幅，并限幅 CJNE A，#10，LP0LP0：JC LP1 MOV SYS_CLK，#0LP1：LCALL SCHDULE；执行任行任务调度模度模块 LCALLKEY；执行行键处理模理模块 LCALLDIR；执行行显示模示模块 CLR CS；复位看；复位看门狗定狗定时器子程序：器子程序：SETB CS RETI80TM80电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例任务调度模块程序流程图81TM81电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例数据采集单元设计：数据采集单元设计：1.电路原理和器件选择可燃气体变送器输出的420mA电流信号经250精密电阻变成15V电压信号。经过阻容滤波的电压信号传给A/D芯片。采用11路10位串行A/D转换芯片TLC1543，本例设计8路输入，可扩展至11路。由精密基准电压源LM336-5.0提供5V和1V的2个电压基准分别接至TLC1543的正基准电压REF+和负基准电压REF-。82TM82电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例数据采集单元设计：数据采集单元设计：2.地址分配和连接单片机与TLC1543引脚的连接和地址分配如下：(1)CS：片选端，低电平有效，与P2.3相连；(2)DOUT：串行数据输出端，与P2.2相连；(3)ADIN：串行数据输入端，与P2.1相连；(4)IOCLK：串行时钟输入端，与P2.0相连；83TM83电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例数据采集单元设计：数据采集单元设计：3.软件设计1)程序设计和代码数据采集程序设计分配在时间片内完成，间隔50ms，无需查询EOC引脚。2)变量和常量说明84TM84电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例TLC1543地址分配伪指令表符符 号号伪指令指令地址或常量地址或常量意意 义IOCLKBITP2.0IOCLK代表代表89C52的的P2.0，即硬件相，即硬件相连ADINBITP2.1ADIN代表代表89C52的的P2.1，即硬件相，即硬件相连DOUTBITP2.2DOUT代表代表89C52的的P2.2，即硬件相，即硬件相连CS_ADBITP2.3CS_ AD代表代表89C52的的P2.3，即硬件相，即硬件相连85TM85电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例人机接口单元设计：人机接口单元设计：1.电路原理和器件选择键盘和显示器由7279管理，实现5个按键的功能，8位显示器的显示功能。前3位显示通道号，后3位显示可燃气体浓度值。86TM86电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例人机接口单元设计：人机接口单元设计：2.地址分配和连接单片机与HD7279引脚的连接和地址分配如下：(1)CS：片选端，低电平有效，与P1.5相连；(2)CLK：串行时钟输入端，与P1.6相连；(3)DATA：串行数据输入/输出端，与P1.7相连；(4)KEY：按键有效信号端，与P3.3相连。87TM87电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例人机接口单元设计：人机接口单元设计：3.软件设计1)程序设计键盘查询程序设计分配在每个时间片内完成一次，间隔50ms，设置按键标志位，保证按一次键响应一次。2)变量和常量说明88TM88电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例HD7279地址分配伪指令表符符 号号伪指令伪指令地址或常量地址或常量意意 义义CS_7279BITP1.5CS_7279代表代表89C52的的P1.5，即硬件相，即硬件相连CLKBITP1.6CLK代表代表89C52的的P1.6，即硬件相，即硬件相连DATBITP1.7DAT代表代表89C52的的P1.7，即硬件相，即硬件相连KEY_OKBITP3.3KEY_OK代表代表89C52的的P3.3，即硬件相，即硬件相连89TM89电子系统设计电子系统设计 渤海大学工学院渤海大学工学院 周建壮周建壮4.44.4典型系统设计举例典型系统设计举例3)按键功能及显示说明按键功能及键码表按按 键键功功 能能键键 码码意意 义义设定定设置参数置参数键00H每按下一次，就每按下一次，就显示一个示一个设定参数定参数值显示示显示示测量量值08H每按下一次，就每按下一次，就显示一个示一个测量参数量参数值 增加增加键10H每按下一次，每按下