“天华杯”全国电子专业人才设计与技能大赛培训资料.ppt

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1、2009年“天华杯”单片机设计与开发大赛赛前安排主讲：张宏伟主讲：张宏伟单片机设计与开发大赛单片机设计与开发大赛 n一、大赛规则n二、单片机设计与开发资源主板电路图n三、知识准备及训练内容n四、单片机系统设计调试方法一、大赛规则一、大赛规则n1 1、比赛内容及形式、比赛内容及形式 n2 2、赛场提供的设备和器材、赛场提供的设备和器材 n3 3、比赛涉及知识准备、比赛涉及知识准备 n4 4、评分、评分1 1、比赛内容及形式、比赛内容及形式n选手须在规定时间内（选手须在规定时间内（6小时小时），根据），根据配发的配发的材料套件包、元器件清单材料套件包、元器件清单、主要、主要元器件说明元器件说明、产

2、品功能产品功能介绍等资料，完介绍等资料，完成以下操作：成以下操作：1 1、比赛内容及形式、比赛内容及形式n（1）硬件电路设计。）硬件电路设计。n根据比赛题目要求，用给定的材料，用根据比赛题目要求，用给定的材料，用PROTEL软件软件(推荐推荐Protel99SE或或Protel2004DXP)设计出电路原理图设计出电路原理图。n（2）电路板焊接与装配）电路板焊接与装配。n焊接电子元器件及功能部件，装配成实际的焊接电子元器件及功能部件，装配成实际的单片机产品。单片机产品。1 1、比赛内容及形式、比赛内容及形式n（3）产品硬件电路调试。）产品硬件电路调试。n根据功能及技术指标，对产品进行调试，并根

3、据功能及技术指标，对产品进行调试，并按要求按要求记录调试结果记录调试结果。n（4）编写程序及软、硬统调。）编写程序及软、硬统调。2 2、赛场提供的设备和器材、赛场提供的设备和器材 n主要设备：主要设备：n20MHz双踪示波器双踪示波器n电子计数器电子计数器(频率计频率计)n通用直流稳压电源通用直流稳压电源n装有装有KeilC、IspPgm的计算机的计算机n焊台（电烙铁）、尖嘴钳、斜口钳、焊台（电烙铁）、尖嘴钳、斜口钳、螺丝刀、万用表等螺丝刀、万用表等n选手自带工具：选手自带工具：签字笔、计算器。签字笔、计算器。3 3、比赛涉及知识准备、比赛涉及知识准备n模拟电路模拟电路、数字电路数字电路、传感

4、器原理传感器原理、AT89S52单片机等相关知识及其应用；单片机等相关知识及其应用；n51系列系列汇编语言汇编语言或或C语言语言的编程方法的编程方法及应用；及应用；nKeilC软件及软件及IspPgm软件的使用；软件的使用；n常用仪器的使用方面的知识。常用仪器的使用方面的知识。4 4、评分、评分n满分为满分为100分分n硬件电路设计（硬件电路设计（20分）分）n根据电路设计质量评分。设计根据电路设计质量评分。设计原理正确原理正确，用配发元件用配发元件易于实现易于实现，注重设计，注重设计成本和成本和可靠性可靠性。n电路板焊接与装配（电路板焊接与装配（15分）分）n根据焊接和装配根据焊接和装配工艺

5、质量工艺质量评分。焊接和评分。焊接和装配正确，符合装配正确，符合工艺、安全、电气工艺、安全、电气要求，要求，作品整洁、美观、可靠。作品整洁、美观、可靠。n产品硬件电路调试（产品硬件电路调试（20分）分）n根据测试、调试情况评分根据测试、调试情况评分。各元器件。各元器件和部件连接正确，电路参数设置合理，和部件连接正确，电路参数设置合理，符合工艺、安全和技术要求。调试合理，符合工艺、安全和技术要求。调试合理，方法正确，测量工具的使用符合规范。方法正确，测量工具的使用符合规范。n编写程序及软、硬统调（编写程序及软、硬统调（45分）分）n根据根据编写程序、在线下载程序情况编写程序、在线下载程序情况评评

6、分。分。违规扣分违规扣分n选手有下列情形时，需从参赛成绩中选手有下列情形时，需从参赛成绩中扣分扣分:n违反规定违反规定提前进行操作提前进行操作的，由现场的，由现场评委负责记录，扣评委负责记录，扣5-10分；分；n上交作品中，上交作品中，部件松动部件松动扣扣10分、分、工工作不稳定作不稳定扣扣5-10分、分、不能正常工作不能正常工作扣扣20-30分、分、电路短路电路短路扣扣30分；分；n完成工作任务过程中，因操作不当完成工作任务过程中，因操作不当使自己或他人受伤使自己或他人受伤扣扣10分；分；n发生损坏赛场设备、污染赛场环境、发生损坏赛场设备、污染赛场环境、将工具遗忘在赛场等将工具遗忘在赛场等不

7、符合职业规范不符合职业规范的的行为，视情节扣行为，视情节扣5-10分。分。n发生严重发生严重违规操作或作弊违规操作或作弊等情况时，等情况时，确认后由主评委宣布终止该选手的比赛，确认后由主评委宣布终止该选手的比赛，其成绩以其成绩以0分计。分计。二、主板电路图二、主板电路图n1、单片机小系统、单片机小系统n2、键盘、键盘n3、拨码开关、拨码开关n4、LED显示显示n5、LED指示灯指示灯n6、A/D转换器转换器n7、D/A转换器转换器n8、电源、电源1 1、单片机小系统、单片机小系统思考：思考：J2的作用？的作用？PR1的作用？的作用？接线端子排接线端子排2 2、键盘、键盘思考：思考：J1的作用？

8、的作用？J5的作用？的作用？J7的作用？的作用？注：矩阵键盘的工作原理注：矩阵键盘的工作原理3 3、拨码开关、拨码开关4 4、LEDLED显示显示思考：思考：J13、U3、的作用？、的作用？RP3、RP4、RP5的作用？是否必须？的作用？是否必须？5 5、LEDLED指示灯指示灯6 6、A/DA/D转换器转换器思考：思考：J6、UJ10、J11、J12的作用？的作用？ADC809的应用。的应用。7 7、D/AD/A转换器转换器思考：思考：DAC0832的应用的应用.输出电压的范围？输出电压的范围？8 8、电源、电源思考：思考：J20J26的作用？的作用？D9D13的作用的作用n上交电子文档必须

9、以选手上交电子文档必须以选手比赛编号命名比赛编号命名，不得，不得使用实名，否则比赛成绩记为使用实名，否则比赛成绩记为0分。分。n假如比赛编号为假如比赛编号为200917234，则四个电子文，则四个电子文档依次命名为：档依次命名为：n200917234示意图示意图.BMP；n200917234原理图；原理图；n200917234流程图流程图.BMP；n200917234源程序源程序.TXT三、知识准备及训练内容三、知识准备及训练内容 单片机用于工业测控时，典型单片机应用系单片机用于工业测控时，典型单片机应用系统结构：统结构：三、知识准备及训练内容三、知识准备及训练内容n1、单片机系统、单片机系统

10、n硬件设计硬件设计n1）单片机基本系统（最小系统）单片机基本系统（最小系统）n2）I/O接口接口n3）输入）输入/输出通道输出通道n4）传感器及检测装置）传感器及检测装置n5）执行机构）执行机构n6）人机界面）人机界面n程序设计程序设计n2、模拟、数字电子、模拟、数字电子1 1）单片机基本系统（最小系统）单片机基本系统（最小系统）n保证单片机工作的最小应用系统保证单片机工作的最小应用系统n电源、晶振、复位、程序下载接口等电源、晶振、复位、程序下载接口等2）I/O接口接口n单片机主机和外围电路的连接部件。单片机主机和外围电路的连接部件。n对于对于51单片机，单片机，P0P3四个基本口；四个基本口

11、；nP0+锁存器，可扩展数据和地址线；锁存器，可扩展数据和地址线；n若外围设备较多，需扩展接口资源，如若外围设备较多，需扩展接口资源，如8255等等n注意：驱动能力的扩展注意：驱动能力的扩展3）输入）输入/输出通道输出通道n计算机和生产过程之间进行信息传送和计算机和生产过程之间进行信息传送和变换的连接通道。变换的连接通道。n按信号的种类分为：按信号的种类分为：n模拟量通道和数字量通道。模拟量通道和数字量通道。n按信号传输的方向分为：按信号传输的方向分为：n输入通道和输出通道输入通道和输出通道n或前向通道和后向通道。或前向通道和后向通道。模拟量输入输出通道模拟量输入输出通道控制控制对象对象D/A

12、放大器放大器执行部件执行部件计计算算机机多多路路开开关关传传感感器器1放放大大器器1滤滤波波器器1模模拟拟量量1采采样样保保持持A/D传传感感器器n放放大大器器n滤滤波波器器n模模拟拟量量nn模拟量输入通道涉及：模拟量输入通道涉及：n传感器、信号调理（放大、滤波等）、多路传感器、信号调理（放大、滤波等）、多路开关、采样保持、开关、采样保持、A/D转换。转换。n模拟量输出通道涉及：模拟量输出通道涉及：nD/A、放大、多路切换、执行机构驱动，、放大、多路切换、执行机构驱动，V/I变换等。变换等。数字量输入输出通道数字量输入输出通道n数字量是相对模拟量的统称，具体分：数字量是相对模拟量的统称，具体分

13、：n数字量（编码数字）数字量（编码数字）n开关量开关量n脉冲量脉冲量n不同的信号处理方式不同。n对脉冲信号，可通过I/O口输入或中断源输入进行事件计数，实现脉冲的频率、周期测量。数字量输入输出通道数字量输入输出通道n输入：电平转换、隔离、防抖动。n输出：功率驱动、电磁隔离。n需要注意的是：n继电器、固态继电器的控制n常用的开关量功率驱动电路，如：功率三极管、达林顿管驱动、晶闸管驱动等n光电耦合器4）传感器）传感器n传感器：传感器：把各种非电量信息转换为电信把各种非电量信息转换为电信号，实现现场信息的采集。号，实现现场信息的采集。n传感器一般由敏感元件、传感元件和转传感器一般由敏感元件、传感元件

14、和转换电路三部分组成。换电路三部分组成。n对转换后的电信号进行测量，并进行放对转换后的电信号进行测量，并进行放大、转换等处理等功能，大、转换等处理等功能，输入通道。输入通道。5）执行机构）执行机构n计算机的计算输出，最终是要通过执行计算机的计算输出，最终是要通过执行机构作用于对象的。机构作用于对象的。n执行器按动力源可分为：执行器按动力源可分为：n电动式、液压式和气动式。电动式、液压式和气动式。n在电动执行器中，一般有直流电机、步进电在电动执行器中，一般有直流电机、步进电机、电磁线圈等。机、电磁线圈等。n因此需注意：因此需注意：直流电机、步进电机、继直流电机、步进电机、继电器、晶闸管的驱动控制

15、。电器、晶闸管的驱动控制。6）人机界面）人机界面n设置参数，控制系统的运行，指示系统设置参数，控制系统的运行，指示系统运行的状态。运行的状态。n对单片机系统来说，主要是：对单片机系统来说，主要是：n键盘（矩阵、独立式），拨码开关键盘（矩阵、独立式），拨码开关nLED数码管显示、数码管显示、LCD液晶显示液晶显示n打印机打印机2、软件设计、软件设计n5151的编程语言常用的有二种：的编程语言常用的有二种：n一种是汇编语言，一种是一种是汇编语言，一种是C C语言。语言。n汇编语言汇编语言的机器代码生成效率很高但可读性却的机器代码生成效率很高但可读性却并不强，复杂一点的程序就更是难读懂。并不强，复杂

16、一点的程序就更是难读懂。nC C语言语言提供了很多数学函数并支持浮点运算，提供了很多数学函数并支持浮点运算，开发效率高，移植性强，故可缩短开发时间，开发效率高，移植性强，故可缩短开发时间，增加程序可读性和可维护性。增加程序可读性和可维护性。n要熟悉基本语法、指令，开发环境的应用，常要熟悉基本语法、指令，开发环境的应用，常用功能模块程序设计，程序设计调试方法。用功能模块程序设计，程序设计调试方法。3、模拟数字电子知识、模拟数字电子知识n1）电阻、电容、电感、二极管、三极管）电阻、电容、电感、二极管、三极管等分立元件的应用等分立元件的应用n2）运放的应用：在信号运算、信号运放的应用：在信号运算、信

17、号处理、运放在波形产生、信号测量方处理、运放在波形产生、信号测量方面的应用面的应用n3）常用芯片的原理：）常用芯片的原理：7407、7404、74LS573、74LS244、74LS138等等四、单片机系统设计调试方法四、单片机系统设计调试方法n1、单片机系统设计的指标、单片机系统设计的指标n满足工艺要求满足工艺要求n操作性要好操作性要好n可靠性高可靠性高n实时性强实时性强n经济效益好经济效益好2、单片机控制系统的设计步骤、单片机控制系统的设计步骤n（1）准备阶段）准备阶段n（2）设计阶段）设计阶段n（3）仿真及调试阶段）仿真及调试阶段n（4）现场调试运行阶段）现场调试运行阶段单片机控制系统的

18、设计步骤单片机控制系统的设计步骤n（1）准备阶段）准备阶段n工艺要求，技术性能指标，还要包含工艺要求，技术性能指标，还要包含经费、计划进度等内容。经费、计划进度等内容。n（2）设计阶段）设计阶段n总体设计、硬件设计、算法设计、软总体设计、硬件设计、算法设计、软件设计件设计单片机控制系统的设计步骤单片机控制系统的设计步骤n1）方案论证）方案论证n既要符合工艺要求，又要使系统简单、既要符合工艺要求，又要使系统简单、经济、可靠，这是进行方案论证与总体经济、可靠，这是进行方案论证与总体设计一贯坚持的原则。设计一贯坚持的原则。n2）硬件设计）硬件设计n单片机系统的扩展部分设计单片机系统的扩展部分设计n各

19、功能模块的设计，如：各功能模块的设计，如：n信号测量功能模块信号测量功能模块n信号控制功能模块信号控制功能模块n人机对话功能模块（键盘、显示、打印机）人机对话功能模块（键盘、显示、打印机）n通讯功能模块等。通讯功能模块等。n3）软件设计）软件设计n根据软件功能要求，将系统软件分成若根据软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分。干个相对独立的部分。n各功能程序实行各功能程序实行模块化、子程序化模块化、子程序化。既。既便于调试、链接，又便于移植、修改。便于调试、链接，又便于移植、修改。n3）软件设计）软件设计n在编写应用软件之前，应绘制出在编写应用软件之前，应绘制出程序流程序流程图程图。这

20、不仅是程序设计的一个重要组。这不仅是程序设计的一个重要组成部分，而且是决定成败的关键部分。成部分，而且是决定成败的关键部分。n要合理要合理分配系统资源分配系统资源，包括，包括ROMROM、RAMRAM、定时器定时器/计数器、中断源等。计数器、中断源等。n（3）仿真及调试阶段）仿真及调试阶段n首先进行硬件调试与软件调试，然后进首先进行硬件调试与软件调试，然后进行硬件软件统调，最后考机运行，为现行硬件软件统调，最后考机运行，为现场投运做好准备。场投运做好准备。1）硬件调试）硬件调试n调试工作的主要任务是排除样机故障，包括设计错误和工艺性故障。n（a）脱机检查n用万能表逐步按照逻辑图检查印刷板中各器

21、件的电源及各引脚的连接是否正确，检查连线是否有短路等故障。有时为了保护芯片，先对各管座电源进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。（b）联机调试）联机调试n 将样机接入仿真机的仿真插头进行调试，观察各部分接口电路是否满足设计要求。此时可通过运行一些简单的软件看各个接口工作是否正常。如果正常，则说明各接口硬件没问题；否则，应进行针对性的处理。2）软件调试）软件调试n利用微型计算机提供的软件开发平台，利用微型计算机提供的软件开发平台，根据要求编写源程序，经汇编、编译、根据要求编写源程序，经汇编、编译、连接无误后，生成相应的可执行文件和连接无误后，生成相应的可执行文件和目标代码，将目标代码写入程序存储器目标代码，将目标代码写入程序存储器中，即可进行软硬件的联合调试。中，即可进行软硬件的联合调试。3）硬件、软件联合调试）硬件、软件联合调试n经过硬件、软件单独调试后，即可进入经过硬件、软件单独调试后，即可进入硬件、软件联合调试阶段。找出硬件、硬件、软件联合调试阶段。找出硬件、软件之间不匹配的地方，反复修改和调软件之间不匹配的地方，反复修改和调试。实验室调试工作完成以后，即可组试。实验室调试工作完成以后，即可组装成控制系统，移至现场进行运行和进装成控制系统，移至现场进行运行和进一步调试，并根据运行及调试中的问题一步调试，并根据运行及调试中的问题反复进行修改。反复进行修改。