片机的应用设计与调试.ppt
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1、单片机原理与接口技术电子教案单片机原理与接口技术电子教案第第 章章成都大学工业制造学院 程 跃10单片机的应用设计与调试单片机的应用设计与调试本章主要内容(本章学时本章主要内容(本章学时4 4学时)学时)1.单片机应用系统的设计步骤单片机应用系统的设计步骤2.单片机应用系统设计单片机应用系统设计3.单片机应用系统的仿真开发与调试单片机应用系统的仿真开发与调试4.单片机应用系统的抗干扰设计单片机应用系统的抗干扰设计 210.1 10.1 单片机应用系统的设计步骤单片机应用系统的设计步骤单片机应用系统以单片机为核心单片机为核心,配以一定的外围电外围电路和软件路和软件、能实现用户所要求的测控功能的系
2、统要求的测控功能的系统。一个应用系统设计,一般可分为一个应用系统设计,一般可分为4 4个阶段:个阶段:310.1 10.1 单片机应用系统的设计步骤单片机应用系统的设计步骤(1)需求分析及)需求分析及设计设计方案初方案初拟拟 设计工作,需经过深入细致需求分析,周密科学方案论证才能使系统设计工作顺利完成。需求分析包括包括:被测控参数的形式参数的形式(电量、非电量、模拟量、数字量等)、被测控参数的范参数的范围围、性能性能指指标标、系、系统统功能、工作功能、工作环环境、境、显显示、示、报报警、打印警、打印要求要求等。注意,方案确定时候,简单简单的方法往往可以的方法往往可以解决大解决大问题问题,切忌切
3、忌“简单简单的的问题问题复复杂杂化化”。410.1 10.1 单片机应用系统的设计步骤单片机应用系统的设计步骤(2)器件)器件选选型型 主要从主要从性能指性能指标标、集成外集成外围围模模块块、功耗功耗、性价比等方面性价比等方面进进行行选择选择。对对于一般的于一般的测测控控系系统统,选择选择8位机即能位机即能满满足要求。足要求。对对于要求于要求较较高的高的测测控系控系统统,需,需选择选择16位机或位机或32位机。位机。q单片机选择5外围器件应符合系统的精度、速度和可靠性、功耗、抗干扰等方面的要求。应考虑功耗、电压、温度、价格、封装形式等其他方面的指标,应尽可能选择标准化、模块化、功能强、集成度高
4、的典型电路。q外围器件及电路选择610.1 10.1 单片机应用系统的设计步骤单片机应用系统的设计步骤(3)总总体体设计设计 总总体体设设计计就就是是根根据据设设计计任任务务、指指标标要要求求和和给给定定条条件件,设设计计出出符符合合现现场场条条件件的的软软、硬硬件件方方案案。并并进进行行方方案案优优化化。应应划划分分硬硬件件、软软件件任任务务,画画出出系系统统结结构构框框图图。要要合合理理分分配配系系统统内内部部的的硬硬件件、软软件件资资源。包括以下几个方面:源。包括以下几个方面:7包括仿真器、编程器、元器件、语言、程序设计等。q从开发条件与市场情况选择开发软硬件方法8包括显示器、键盘、数据
5、采集、检测、通包括显示器、键盘、数据采集、检测、通信、控制、驱动、供电方式等。信、控制、驱动、供电方式等。q从系统功能需求出发设计功能模块从系统功能需求出发设计功能模块9包括显示器、键盘、数据采集、检测、通包括显示器、键盘、数据采集、检测、通信、控制、驱动、供电方式等。信、控制、驱动、供电方式等。q从系统功能需求出发设计功能模块从系统功能需求出发设计功能模块10包括去耦、光隔、屏蔽、印制板、低功耗、散热、传输距离/速度、节电方式、掉电保护、软件措施等。q从系统可靠性需求确定系统设计工艺从系统可靠性需求确定系统设计工艺1110.2 10.2 单片机应用系统设计单片机应用系统设计 设计单片机应用系
6、统主要从硬件和软件两个方面进行考虑:(1)硬件设计 由总体设计所给出功能,在确定单片机类型的基础上进行硬件设计、实验。进行必要的工艺结构设计,绘制原理图,制作出印刷电路板,组装后即完成了硬件设计。12硬件设计应考虑的问题硬件设计应考虑的问题向片上系统(SOC)方向发展以软代硬注重标准化、模块化工艺设计时要考虑安装、调试、维修的方便13硬件电路各模块设计的原则硬件电路各模块设计的原则单片机应用系统的一般结构 如下图所示14各模块电路设计时应考虑以下几个方面:各模块电路设计时应考虑以下几个方面:(1)存储器扩展:类型、容量、速度和接口,尽量减少芯片的数量。(2)I/O接口的扩展:体积、价格、负载能
7、力、功能,合适的地址译码方法。15(3)输入通道的设计:开关量(接口形式、电压等级、隔离方式、扩展接口等),模拟输入通道(信号检测、信号传输、隔离、信号处理、A/D、扩展接口、速度、精度和价格等)。(4)输出通道的设计:开关量(功率、控制方式等),模拟量输出通道(输出信号的形式、D/A、隔离方式、扩展接口等)16(5)人机界面的设计:键盘、开关、拨码盘、启/停操作、复位、显示器、打印、指示、报警、扩展接口等。(6)通信电路的设计:根据需要选择RS-232C、RS-485、红外收发等通信标准。(7)印刷电路板的设计与制作:专业设计软件(Protel,OrCAD、PROTEUS等)、设计、专业化制
8、作厂家、安装元件、调试等。17(8)信号逻辑电平兼容性:电平兼容和转换。(9)电源系统的配置:电源的组数、输出功率、抗干扰。(10)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。1810.2 10.2 单片机应用系统设计单片机应用系统设计(1)软件设计 软件设计流程图如右图所示:19 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。20 (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
9、、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。21综合应用举例综合应用举例1 1 单片机在家用冰箱中的应用单片机在家用冰箱中的应用1 1总体方案设计总体方案设计直冷式电冰箱的控制原理:直冷式电冰箱的控制原理:根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启动、停止,使冰箱内的温度保持在设定温度范围内。采用单片机控制压缩机的启动和停止,可以使控制更准确、更灵活。22电冰箱采用单片机控制的性能指标如下:电冰箱采用单片机控制的性能指标如下:设定3个测温点,测量范围在26+26之间,精度为0.5。利用功能键分别控制温度设定、
10、速冻设定、冷藏室及冷冻室温度设定等。利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度,压缩机启动、停止和速冻、报警状态。制冷压缩机停机后,自动延时3分钟才能再启动。23 电冰箱具有自动除霜功能,当霜的厚度达3cm时自动除霜。开门延时超过2分钟发出声音报警。连续速冻时间设定范围为18小时。工作电压在180240V之间,当欠压或过压时,禁止启动压缩机,并用指示灯显示。242 2硬件设计硬件设计采用89C51单片机,扩展一片A/D转换芯片ADC0809,构成基本的系统。由于本系统无通信要求,可以通过串行口扩展四片74LS164作为四位LED显示器接口和一片74LS164来实现键盘功能。本系统还有一些附加的电路,如除
11、霜电路、电压检测电路和开关报警电路等。电冰箱控制系统的电路原理图如下页图所示。q主电路25电冰箱控制系统原理图电冰箱控制系统原理图26A/D转换电路采用ADC0809。ADC0809共有8路模拟输入通道(本系统只用到其中的4路IN0IN3)。其中,IN0作为冷冻室温度检测通道,IN1作为冷藏室温度检测通道,IN2作为除霜检测通道,IN3作为电源电压检测通道。qA/D转换电路27功能键和显示电路如上页图所示。采用6个功能键控制冷冻室、冷藏室及速冻温度设定,4位LED显示器用于显示冷冻、冷藏室温度,以及压缩机启动、停止和报警等状态。LED显示及功能键都是通过89C51的串行口扩展的。显示输出通道和
12、键盘输入通道的选择由端口线P3.2和与门完成。当P3.2为“1”时,数据输出到显示器。当P3.2为“0”时,89C51完成对键盘的扫描。q功能键和显示电路28选用MF53-1型热敏电阻作为温度传感器(Rt),它具有负温度系数,灵敏度较高。把热敏电阻安装在距蒸发器3mm的某个合适的位置上,当霜厚大于3mm时,热敏电阻Rt接触到霜从而感受到较低的温度,其电阻值变大,A点温度降低,运算放大器输出信号有变化,经A/D转换后送入CPU,经单片机分析、判断,给出除霜命令。除霜电路如下图所示。q除霜电路29加热丝和压缩机的工作原理如下:加热丝和压缩机的工作原理如下:80C5180C51单片机控制信号经单片机
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