第9章单片机应用系统的开发设计课件.ppt

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1、第第9章章 单片机应用系统的开发设计单片机应用系统的开发设计吴政江制作吴政江制作 9.1 单片机应用系统开发的一般方法单片机应用系统开发的一般方法 9.2 单片机应用系统的开发工具单片机应用系统的开发工具 9.3 单片机应用系统举例单片机应用系统举例 实训十：单片机控制球赛计分牌设计实训十：单片机控制球赛计分牌设计 小结小结习题与思考题习题与思考题9.1 单片机应用系统开发的一般方法单片机应用系统开发的一般方法9.1.1 确定任务确定任务 在系统开发前必须明确课题的完成期限，认真进行目标分析，并根据应用场合、工作环境、具体用途，考虑系统的可靠性、通用性、可维护性、先进性，以及成本等，提出合理的

2、、详尽的功能技术指标。9.1.2 总体设计总体设计 总体设计就是根据设计任务、指标要求和给定条件，比较国内外相似课题的现状，设计出符合现场条件的软、硬件方案，并进行方案优化。一般包括以下几个方面。（1）明确设计任务和技术指标（2）建立被控对象的数学模型 （3）总体方案的设计系统构成。单片机机型的选择。单片机硬件/软件的功能分配。器件资源分配。开发工具选择。外围器件的选择。系统工艺设计。开发研制的周期。9.1.3 硬件设计硬件设计 硬件设计就是在总体方案的指导下，对构成单片机系统的所有功能部分进行详细具体的电路设计。首先要设计出各部分硬件电路原理图，然后在面包板上搭出电路进行具体实验(一些简单、

3、成熟的方案可不用单独实验)。 解决抗干扰问题，提高系统可靠性的常用措施有以下几个方面。（1）在硬件设计和加工时应注意选用质量好的电子元件、连接器等，并进行严格的测试和筛选。（2）电路设计时要注意电平匹配。（3）设计时要充分考虑阻抗匹配，各部分间驱动能力要留有余地。（4）在设计印刷电路板时，强、弱电要严格分开，数字地和模拟地也要分开，分别与电源端地线相连。并且接地线要尽量加粗，在印刷电路板的关键部位应加去耦电容。（5）对供电电源要采取抗干扰措施。（6）对输入/输出通道采取抗干扰措施。9.1.4 软件设计软件设计 软件设计就是在总体设计和硬件设计的基础上，对单片机系统的应用程序进行具体设计。它包括

4、程序的总体结构，程序流程图，具体程序的编制以及程序的检查修改等。（1）程序的结构设计（2）建立数学模型。描述出各输入变量和输出变量之间的数学关系。（3）绘制程序流程图（4）程序的编制（5）程序的检查与修改（6）软件抗干扰技术抑制叠加在模拟输入信号上的干扰噪声的影响，如数字滤波技术、输出口重新刷新技术等。防止由于干扰使程序运行发生混乱，导致程序跑飞或陷入死循环时能将其纳入正轨的措施，如软件指令冗余技术、软件陷阱技术、看门狗技术等。9.1.5 系统的仿真调试与运行系统的仿真调试与运行1、系统调试的重要意义。2、硬件调试。3、软件调试。一般包括分块调试和联机调试两个阶段。4、试运行。5、程序固化及现

5、场检验。9.2 单片机应用系统的开发工具单片机应用系统的开发工具9.2.1 单片机开发系统的组成结构单片机开发系统的组成结构 如图9-1所示，它是由一台系统主机、一台在线仿真器和一台通用编程器构成。其中最基本的、必不可少的工具是系统主机和编程器。如果使用EPROM作为程序存储器，还需要台紫外线擦除器。图9-1 单片机开发系统组成结构开发系统主机在线仿真器通用编程器9.2.2 单片机开发系统的功能单片机开发系统的功能（1）在线仿真功能单片机仿真功能。模拟功能。（2）调试功能运行控制功能。 对目标系统状态的读出修改功能。 跟踪功能。 （3）软件辅助设计功能程序设计语言。其它软件功能。（4）程序固化

6、功能9.2.3 单片机开发系统的类型单片机开发系统的类型（1） 通用型单片机开发系统。MICE-5l单片机开发系统。DICE-5208K开发型单片机综合实验仪。EB-XA。MMEVS（Motoro1a Modular Evaluation System）。东芝公司仿真系统RTE系列可开发各种单片机，其中的RTE Model 10支持实时在线调试TLCS-870系列单片机应用系统。日立单片机的开发工具有各种仿真器和开发软件，E1000仿真器主要用来仿真H8300和H8300L系列8位单片机。（2）实用型开发系统。（3）通用机开发系统。（4）模拟开发系统。9.3.1 信号发生器设计信号发生器设计（

7、1）任务要求 由单片控制输出矩形波、锯齿波、三角波、正弦波等四种波形的信号发生器。（2）任务分析及电路设计 信号发生器主要由单片机和D/A转换器组成，单片机输出离散数字信号，经D/A转换产生多种模拟信号波形。由此可知，适当的D/A转换器，再配上核心控制器单片机即可实现上述任务。这里采用D/A转换器DAC0832做输出信号数/模转换，单片机做数据处理。AT89C51与DAC0832之间既可以采用总线方式连接，也可以采用非总线方式连接。这里采用非总线方式连接，电路原理如图9-2所示。（3）程序代码：见教材。9.3 单片机应用系统举例单片机应用系统举例图9-2 简易信号发生器电路P00P01P02P

8、03P04P05P06P07P03P02P01P00P05P06P07P04XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.

9、2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51234567891RP11K*8VREF8GND3VCC20CS1WR12DI34DI25DI16DI07RFB9GND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416XFER17WR218ILE(BY1/BY2)19U2DAC0832U3OPAMPR110kABCDK1矩形波K2锯齿波K3三角波K4正弦波50%RW1k示波器示波器R21kR3200X112MHzC122uFC222pC322p复位 （4）程序说明math.h为数学函数头文件，keil c51

10、自带此头文件。它包括常用数学函数如正弦函数sin（）、余弦函数cos（）、正切函数tan（）、绝对值函数abs（）等。cs=0；P0=127*sin（PI*i/50）+128；cs=1；其含义是每周期100个点，PI*i/50值为02弧度。执行一次for循环输出100个点，正好为一个正弦周期。程序输出正弦波形如图9-3所示。图9-3 正弦波仿真图（5）系统调试先用keil c51编译软件调试上述c51源程序。用Proteus单片机仿真软件绘制图9-2所示电路原理图，并将第步生成的十六进制目标文件加载到AT89C51单片机中。然后启动仿真运行按钮，分别按下波形选择按键k1、k2、 k3与k4，看

11、虚拟示波器所显示波形是否正确。缓慢调节电位器RW，看所显示波形的幅度是否发生变化。购买元器件，按图9-2制作实际电路。并仔细检查电路组装正确与否。在保证电路组装正确情况下，用编程器将第步生成的十六进制目标文件烧录入AT89C51单片机中。将实际示波器接在电位器RW端，通电。按下k1k4中的某个按键并调节示波器的有关旋钮，看所显示的波形是否正确。缓慢调节电位器RW，看所显示波形的幅度是否发生变化。9.3.2 抢答器系统设计抢答器系统设计 （1）任务要求 抢答路数为8路。按复位键后恢复初始状态：台位显示F，倒计时显示FF，状态指示灯灭。当主持人按下开始抢答键后，开始指示灯亮，两位倒计时数码管从20

12、开始倒计时显示，有人抢答时数码管显示抢答台位号，同时抢答有效指示灯亮，发声器响0.5s。若主持人未按下开始抢答键而有人抢答时，犯规指示灯亮，发声器响0.5s。若倒计时20s秒无人抢答，发声器响0.5s后恢复初始显示FF，当主持人再次按下开始抢答键时，抢答和倒计时重新开始。进行下一轮抢答时必须先按一下复位按键。（2）任务分析及电路设计任务分析。电路设计。（3）程序代码:见教材。1234567812345678P3.7P3.5P3.6P3.4P3.2P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.3XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD1

13、38P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C122uFD1D2D3R1470R2470R347012456U

14、2:A74LS2191012138U2:B74LS21R41kR51kR61kR71k复位复位K1K2K3K5K8K7K6K4开始开始声音声音开始开始犯规犯规抢答有效抢答有效台位号台位号倒计时倒计时LS1图9-4 先中断后识别抢答器电路图（4）系统调试先用keil c51编译软件调试上述c51源程序。用Proteus单片机仿真软件绘制图9-4所示电路原理图，并将第步生成的十六进制目标文件加载到AT89C51单片机中。然后启动仿真运行按钮。查看：（a）开始抢答键按下，在20秒内有人抢答时，显示是否正确；（b）复位后抢答器显示是否正确；（c）开始抢答键按下，在20秒内无人抢答时，显示是否正确；（d

15、）开始抢答键未按下，有人抢答时，显示是否正确。购买元器件，按图9-4制作实际电路。并仔细检查电路组装正确与否。在保证电路组装正确情况下，用编程器将第步生成的十六进制目标文件烧录入AT89C51单片机中。打开电源。查看：（a）开始抢答键按下，在20秒内有人抢答时，显示是否正确；（b）复位后抢答器是否正确；（c）开始抢答键按下，在20秒内无人抢答时，显示是否正确；（d）开始抢答键未按下，有人抢答时，显示是否正确。1实训目的实训目的 通过本次实训，（1）掌握单片机应用系统的基本开发过程；（2）初步掌握单片机应用系统的硬件抗干扰方法；（3）初步掌握单片机应用系统的软件抗干扰方法；（4）能独立编写C51

16、源程序。2知识要点知识要点（1）球赛计分牌电路分析球赛计分牌功能模块分析 硬件电路分析实训十：单片机控制球赛计分牌设计实训十：单片机控制球赛计分牌设计图9-5 球赛计分牌电路XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17

17、P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51R11kR2200X112MHzC122uFC222pC322p复位SW1SW2SW3SW4A加A减B加B减Q1PNPQ2PNPQ3PNPQ4PNPR310kR410kR510kR610kD1D2R74.7R810kR910kR1010kR1110kR1210kR1310kR1410kR1510kA方分数B方分数VccGNDGNDVcc （2）球赛计分牌程序规划 主程序：完成程序初始化、

18、按键识别及子程序管理等。 显示子程序：完成BCD码转换、动态数码管显示。 加1（减1）子程序：完成比赛得分数加1（减1）。每按一次按键执行一次加（减）1子程序，实时更新比赛双方得分存储单元，作为显示子程序入口参数使用。 1ms延时子程序：完成1ms延时，供显示子程序调用。 3实训器材实训器材 （1）DICE-5208K开发型单片机综合实验仪1套。 （2）PC机1台。 （3）DICE-3000仿真器1台。 （4）带插针的导线若干。图9-6 计分牌程序流程图A方得分加1B方得分加1B方得分减1A方得分减1初始化调用显示子程序A 加 键 按下A 减 键 按下B加键按下B减键按下去抖去抖去抖去抖按键松

19、开？按键松开？按键松开？按键松开？YYYYYYYYNNNNNNNN4实训内容及步骤实训内容及步骤（1）启动ISIS7 professional软件，并用其绘制本实训图9-5所示电路原理图。（2）启动Keil C51 uvision4软件。建立工程，输入上述C语言参考源程序并编译调试生成二进制的目标文件。（3）将第（2）步生成的二进制目标文件加载到第（1）步所绘图9-5所示电路原理图的AT89C51单片机中，然后仿真运行。按下SW1SW4中的任一按键，观察相应的数码管显示是否变化，其变化是否符合要求。（4）在Keil C51 uvision4软件中重新建立工程，输入上述汇编语言参考源程序并编译调

20、试生成二进制的目标文件。（5）将第（4）步生成的二进制目标文件加载到第（1）步所绘图9-5所示电路原理图的AT89C51单片机中，然后仿真运行。按下SW1SW4中的任一按键，观察相应的数码管显示是否变化，其变化是否符合要求。（6）按硬件电路焊好电路板，将参考程序写入MCS-51单片机，通电。按下SW1SW4中的任一按键，观察相应的数码管显示是否变化，其变化是否符合要求。调试完成后，将产品投入实际的球类比赛（如篮球比赛）中使用，看是否能适应实际的现场比赛。5思考题思考题（1）简述单片机应用系统的开发流程。（2）本实训实际制作时有哪些注意事项？（3）试比较C语言编程与汇编语言编程。小小 结结 本模

21、块主要介绍单片机系统的开发与应用。首先介绍了单片机系统开发设计的步骤，包括总体设计、硬件设计、软件设计以及系统的仿真调试与运行。再次介绍了单片机应用系统的开发工具，包括开发系统的结构、功能与类型三个内容。最后，较为详细地介绍了两个应用系统实例。一个是信号发生器的设计，另一个是抢答器系统设计。习题与思考题习题与思考题一、填空题一、填空题1单片机应用系统的开发一般包括_、_、_、_、_、_、_等七个阶段。2单片机应用系统开发设计的具体内容一般分为_和_两大部分。3单片机系统调试包括_和_两大步骤，而且两者是密不可分的。 4典型单片机开发系统的组成结构通常由_、_和_等三个部分构成。5通用编程器的作

22、用是_。6常用的程序设计方法有两种，分别是_设计和_设计。二、选择题二、选择题1在以下程序设计语言中，属于低级语言的是（ ）。 A汇编语言 BC51语言 CPL/M51语言 DMBASIC-5l语言2计算机CPU唯一能直接执行的程序是（ ）。 A汇编语言源程序 BC51语言源程序 C机器语言目标程序 DBASIC语言源程序3以下哪一项不是单片机开发系统的功能？答：（ ）。 A单片机仿真功能 B程序调试功能 C程序固化功能 D电路设计功能4EB-XA是专用于哪个公司的XA系列单片机的仿真板？答：（ ）。 A美国MOTOROLA公司 B荷兰PHILIPS公司 C日本日立公司 D日本东芝公司5属于硬

23、件抗干扰设计的是哪一项？答：（ ）。 A阻抗匹配技术 B数字滤波技术 C输出口重新刷新技术 D看门狗技术6TTL电平中“1”电平的值为（ ）。 A00.05V B4.955V C00.4V D2.45V三、综合题三、综合题1在单片机系统设计中，硬件和软件的设计一般包括哪些内容？2在硬件设计中如何提高系统的可靠性？3单片机开发系统都有哪些功能？4设计一个调光灯系统。要求通过按键或环境光线亮度的检测来实现灯光的亮暗控制；首先，读取调光开关信号或环境光线的亮度信号并输入到单片机；其次，单片机进行数据处理并显示出当前亮度；最后，单片机根据事先设定的值来输出控制信号，经控制电路来控制灯光的亮度。5设计一台智能温度测量仪。要求通过温度传感器来实现对环境温度的采集，并将所采集到的数据传入单片机。经单片机数据处理后输出到12864液晶显示屏显示。要求液晶显示屏分四行显示。第一行显示“环境状态监测”；第二行显示“温度：XXX”；第三行显示“光度：XXX”；第三行显示“湿度：XXX”。