最新单片机第九章幻灯片.ppt
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1、2v主要内容:主要内容: 从总体设计、硬件设计、软件设计、可靠性设计从总体设计、硬件设计、软件设计、可靠性设计、系统调试与测试等几个方面介绍了单片机应用系统、系统调试与测试等几个方面介绍了单片机应用系统设计的方法及基本过程,并给出了典型设计实例,同设计的方法及基本过程,并给出了典型设计实例,同时还简单介绍了时还简单介绍了C51编程方法和编程方法和Keil C51开发系统。开发系统。重点在于单片机应用系统开发的方法与实际应用,难重点在于单片机应用系统开发的方法与实际应用,难点在于将单片机应用系统开发的方法应用于实际工程点在于将单片机应用系统开发的方法应用于实际工程中,设计出最优的单片机应用系统。
2、中,设计出最优的单片机应用系统。3456789 (8)负载容限:总线驱动。)负载容限:总线驱动。 (9)信号逻辑电平兼容性:电平兼容和转换。)信号逻辑电平兼容性:电平兼容和转换。 (10)电源系统的配置:电源的组数、输出功率、抗干扰。)电源系统的配置:电源的组数、输出功率、抗干扰。 (11)抗干扰的实施:芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、)抗干扰的实施:芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。通道隔离等。10v9.1.4 软件设计软件设计111总体规划总体规划 结合硬件结构,明确软件任务,确定具体实施的方法,合理分配资源。定义输入/输出、确定信息交换的方式(数据速率、数据
3、格式、校验方法、状态信号等)、时间要求,检查与纠正错误。2程序设计技术程序设计技术 软件结构实现结构化,各功能程序实行模块化、子程序化。一般有以下两种设计方法: (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。 (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。123程序设计(1)建立数学模型:描述出各输入变量和各输出变量之间的数学关系。)建立数学
4、模型:描述出各输入变量和各输出变量之间的数学关系。 (2)绘制程序流程图:以简明直观的方式对任务进行描述。)绘制程序流程图:以简明直观的方式对任务进行描述。 (3)程序的编制:选择语数据结构、控制算法、存储空间分配,系统)程序的编制:选择语数据结构、控制算法、存储空间分配,系统硬件资源的合理分配与使用,子程序的入硬件资源的合理分配与使用,子程序的入/出口参数的设置与传递。出口参数的设置与传递。 4软件装配 各程序模块编辑之后,需进行汇编或编译、调试,当满足设计要求后各程序模块编辑之后,需进行汇编或编译、调试,当满足设计要求后,将各程序模块按照软件结构设计的要求连接起来,即为软件装配。在软,将各
5、程序模块按照软件结构设计的要求连接起来,即为软件装配。在软件装配时,应注意软件接口。件装配时,应注意软件接口。13v9.1.5 系统调试系统调试单片机应用系统的软、硬件制作完成后,必须反复进行调试、修单片机应用系统的软、硬件制作完成后,必须反复进行调试、修改,直至完全正常工作,经过测试,功能完全符合系统性能改,直至完全正常工作,经过测试,功能完全符合系统性能指标要求,应用系统设计才算完成。指标要求,应用系统设计才算完成。 1硬件调试 (1 1)静态检查)静态检查 根据硬件电路图核对元器件的型号、极性、安装是否正根据硬件电路图核对元器件的型号、极性、安装是否正确,检查硬件电路连线是否与电路图一致
6、,有无短路、虚焊确,检查硬件电路连线是否与电路图一致,有无短路、虚焊等现象。等现象。 (2 2)通电检查)通电检查 通电检查时,可以模拟各种输入信号分别送入电路的各通电检查时,可以模拟各种输入信号分别送入电路的各有关部分,观察有关部分,观察I/O口的动作情况,查看电路板上有无元件过口的动作情况,查看电路板上有无元件过热、冒烟、异味等现象,各相关设备的动作是否符合要求,热、冒烟、异味等现象,各相关设备的动作是否符合要求,整个系统的功能是否符合要求。整个系统的功能是否符合要求。142 2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。程序模块编写完成后,通过汇编或编译
7、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。,最后调试主程序,并将各部分进行联调。3 3系统调试系统调试 当硬件和软件调试完成之后,就可以进行全系统软、硬件调试,对于当硬件和软件调试完成之后,就可以进行全系统软、硬件调试,对于有电气控制负载的系统,应先试验空载,空载正常后再试验负载情况。系有电气控制负载的系统,应先试验空载,空载正常后再试验负载情况。系统调试的任务是排除软、硬件中的残留错误,使整个系统能够完成预定的统调试的任务是排除软、硬件中的残留
8、错误,使整个系统能够完成预定的工作任务,达到要求的性能指标。工作任务,达到要求的性能指标。4 4程序固化程序固化 系统调试成功之后,可以将程序通过专用程序固化器固化到系统调试成功之后,可以将程序通过专用程序固化器固化到ROM。155脱机运行调试脱机运行调试 将固化好程序的ROM插回到应用系统电路板的相应位置,即可脱机运行。系统试运行要连续运行相当长的时间(也称为考机),以考验其稳定性。并要进一步进行修改和完善处理。6测试单片机系统的可靠性测试单片机系统的可靠性 单片机系统设计完成时,一般需进行单片机软件功能的测试,上电、掉电测试,老化测试,静电放电(ElectroStatic Discharg
9、e,ESD)抗扰度和电快进瞬变脉冲群(Electrical Fast Transient,EFT)抗扰度等测试。可以使用各种干扰模拟器来测试单片机系统的可靠性,还可以模拟人为使用中可能发生的破坏情况。 经过调试、测试后,若系统完全正常工作,功能完全符合系统性能指标要求,则一个单片机应用系统的研制过程全部结束169.2 磁电机性能智能测试台的研制磁电机性能智能测试台的研制9.2.1 系统概述系统概述 双缸摩托车上的磁电机有一个发电线圈和二个点火线圈双缸摩托车上的磁电机有一个发电线圈和二个点火线圈,为摩托车提供前灯照明电压,及通过放电器为发动机的二,为摩托车提供前灯照明电压,及通过放电器为发动机的
10、二个气缸提供点火信号,其质量直接影响到摩托车的运行性能个气缸提供点火信号,其质量直接影响到摩托车的运行性能。目前,磁电机性能测试普遍使用人工观察和判断的方法。目前,磁电机性能测试普遍使用人工观察和判断的方法。 通常采用标准针状放电器替代火花塞检测点火装置产生电火通常采用标准针状放电器替代火花塞检测点火装置产生电火花的能力,用刻度盘加指针的方法来测取点火提前角,精度花的能力,用刻度盘加指针的方法来测取点火提前角,精度低,且效率低下。为此研制了磁电机性能智能测试台,对双低,且效率低下。为此研制了磁电机性能智能测试台,对双缸摩托车用磁电机的多项参数进行自动测试。缸摩托车用磁电机的多项参数进行自动测试
11、。17v 测试内容、条件及标准如下测试内容、条件及标准如下1点火线圈高压绝缘介电强度测试点火线圈高压绝缘介电强度测试 在放电器极距为11mm,磁电机转速为6000rmin时,放电器应能产生每秒不少于50次的火花。2连续点火性能测试连续点火性能测试 磁电机在放电器极距为6mm时,最低连续点火转速为280rmin,最高连续点火转速为13 000rmin,每次运行20s,不能有缺火现象3照明及充电性能测试照明及充电性能测试 直流负载用2.2士0.05无感等效电阻,磁电机转速为2400rmin时,直流负载电压大于13.5V;磁电机转速为6800rmin时,负载电压应小于28V。4点火提前角与自动进角测
12、试点火提前角与自动进角测试 点火提前角是磁电机的点火信号超前于摩托车活塞上死点的角度。磁电机转速为28013000rmin的范围内,点火提前角应能从15土2随转速升高而自动连续进角到41土2。280l 300rmin范围内点火提前角应为15土2,600013000rmin范围内点火提前角为41土2。189.2.2 测试系统硬件设计测试系统硬件设计 磁电机性能智能测试系统硬件结构图磁电机性能智能测试系统硬件结构图19接口电路原理图接口电路原理图20接口电路中有关节点电压波形接口电路中有关节点电压波形21v9.2.4 程序设计程序设计 系统程序结构图系统程序结构图22v中断服务程序流程图中断服务程
13、序流程图239.3 水产养殖水体多参数测控仪水产养殖水体多参数测控仪 本系统以单片机为核心,采用RS-485协议组建分布式控制网络,利用计算机自动检测养殖水池的温度、溶氧含量、浑浊度等各环境因子,通过对增氧机、电磁阀等执行机构的控制,可以把各项环境因子调整到合适的范围,使鱼类生长在最适宜环境条件下,系统还可以自动对大量现场数据和曲线进行分析,实现参数的自校正和自适应控制,真正达到了低成本、高效益的现代化水产养殖要求。在相关模型和软件支持下,工控机和下位机均能在发生池水缺氧,温度、酸碱度不适等异常情况时自动发出报警信号。24v监控系统硬件结构图监控系统硬件结构图25温度与温度与PH值传感器:值传
14、感器: 采用了配以导热系数较大的不锈钢保护钢管的铂电阻元件、玻璃电极和参比电极组合在一起的塑壳可充式复合电极(上海雷磁E201C型复合电极)。溶解氧传感器: 原电池式薄膜电极(青岛昱昌科技有限公司的YC-DO-1溶解氧传感器)。水位传感器: 全温度补偿低压力传感器;恒流供电,070mV;电压线性输出;精度:气压传感器: JQYB-1A型气压变送器,0110Kpa, 24VDC供电,05V输出,精度: 北京昆仑海岸传感技术中心生产。26前端桥式电路的输出:系统设计保证如下条件:系统设计保证如下条件:前端桥式电路放大倍数前端桥式电路放大倍数 27vpH值调理电路值调理电路28vA/D与与D/A转换
15、电路转换电路29v单片机系统与看门狗电路单片机系统与看门狗电路30v通信接口电路通信接口电路31v控制面板电路控制面板电路32系统主程序流程图系统主程序流程图33v 9.4 单片机温度控制实验装置的研制单片机温度控制实验装置的研制 单片机温度控制实验装置的系统框图见图。该系统主要由单片机及扩展电路、固态继电器(Solid State Relay,简写为SSR)、加热元件、R/V变换电路、感温元件、铝块、PC机等组成。其中单片机及扩展电路包括8255、ADC0809、键盘、LED显示器、RS232/TTL 电平转换电路及其它电路。34v 电热丝为普通电烙铁用电热丝,用,用2 2根,固定在铝块的左
16、右两根,固定在铝块的左右两侧深孔内,使铝块加温。侧深孔内,使铝块加温。 v 热敏电阻为负温度系数热敏电阻,其阻值随周围的温度升高,其阻值随周围的温度升高而减小。热敏电阻嵌入铝块内部来感知铝块温度,通过而减小。热敏电阻嵌入铝块内部来感知铝块温度,通过R/VR/V转转换电路,将铝块温度转化为对应的电压。换电路,将铝块温度转化为对应的电压。v ADC0809为模/数转换器,将,将R/VR/V转换电路的模拟输出电压转换转换电路的模拟输出电压转换为对应的数字量,送单片机。为对应的数字量,送单片机。v SSR为过零触发固态继电器,只有在交流电压的过零点附近才只有在交流电压的过零点附近才能使双向晶闸管触发导
17、通。该器件能对交流电进行控制的最能使双向晶闸管触发导通。该器件能对交流电进行控制的最小周期为半个周波,即小周期为半个周波,即10ms10ms。35基本内容基本内容v1.熟悉单片机温控系统硬件结构和温控原理。了解常熟悉单片机温控系统硬件结构和温控原理。了解常用的温控算法。用的温控算法。v2.编制测温程序。编制测温程序。A/D转换值在转换值在LED显示器上显示,显示器上显示,铝块温度由插入铝块深孔中的温度计读数反映。实测铝块温度由插入铝块深孔中的温度计读数反映。实测铝块在升温和降温过程中的温度铝块在升温和降温过程中的温度/A/D转换关系表。转换关系表。v3.编制单片机温控程序,在编制单片机温控程序
18、,在PC机上编译后,经串行机上编译后,经串行口下载到单片机,并调试。口下载到单片机,并调试。36v连线图37v设计说明设计说明 1. 1.数码管显示字形数码管显示字形 LED显示器是由发光二极管构成的字段组成的显示器。显示器是由发光二极管构成的字段组成的显示器。38v设计说明设计说明显示程序任务:设置显示缓冲区设置显示缓冲区(7EH(7EH 79 H) 79 H) ,存放待显示数据和字符(位置码)。,存放待显示数据和字符(位置码)。显示译码:程序存储器中建立字形码常数表,查表得出对应数据和字符的显示译码:程序存储器中建立字形码常数表,查表得出对应数据和字符的字形码。字形码。输出显示:输出字形码
19、到显示端口输出显示:输出字形码到显示端口。n2.字位口表(从高位起) 位置G5G4G3G2G1G0数值20H10H08H04H02H01Hn3.键盘显示原理图3940v设计说明设计说明4.4.周波控制法:周波控制法: 实现温度控制。以某一时间间隔(例如实现温度控制。以某一时间间隔(例如200ms200ms)为)为1 1个控制周期个控制周期TcTc,调整每,调整每个控制周期中加到固态继电器输入端的控制信号个控制周期中加到固态继电器输入端的控制信号ucuc的宽度的宽度tptp,即可改变加,即可改变加到电热丝上的电压到电热丝上的电压uouo和平均功率。和平均功率。41v模块流程模块流程(1)显示子程
20、序模块 采用动态显示方式,即一位一位地轮流点亮(扫描)6位显示器。在8032RAM存储器中设置六个显示缓冲区单元7EH-79H,分别存放6位显示器的显示数据(从高到低)。42(2)键盘输入模块实验系统有48的键盘结构(见键扫显示原理图)。键盘的行线通过电阻接+5V,当键盘上没有键闭合时所有的行线和列线都断开,行线都为高电平。当键盘上某一键闭合时,则该键所对应的行线和列线都短路。CPU逐行逐列地检查键盘的状态,可判断键盘上有无键闭合。CPU对键盘上闭合键的键号确定,可根据行线和列线的状态计算求得,也可以根据行线和列线的状态查表求得。43v 主程序和主程序和T0T0中断服务程序。中断服务程序。v
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