单片机原理及应用设计 教学课件 作者 白林峰李国厚 主编 孔晓红 副主编 第8章 单片机应用系统设计.pptVIP

尚辅网 尚辅网 第8章 单片机应用系统设计  单片机主要用于计算机外设、实时控制、仪器仪表、通信和家用电器等各个领域，是计算机技术和电子技术的综合性应用，在不同的应用场合的技术要求各不相同，因此设计方法和研制的步骤不完全一样。本章主要针对大多数应用环境来阐述单片机应用系统的一般开发过程和方法，并就应用系统的可靠性设计和故障诊断等内容进行讨论。 一、单片机应用系统设计的一般过程 单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件是指MCU、存储器、I/O接口和外设等物理器件的有机组合，软件是指系统监控程序的总称。在开发的过程中，它们的设计不能完全分开，二者需要互相配合、不断调整才能组成高性能的应用系统。 下面分别简要予以讨论。 1.总体设计 2.硬件设计硬件设计的任务是根据总体要求，在所选的MCU和各个元器件型号的基础上设计出系统的电路原理图，做一些必要的部件实验，以及工艺结构的设计加工，印刷电路板的设计制作和样机的组装等。 3.软件设计 在软件设计中一般需考虑以下几个方面： （1）根据要求确定软件的具体任务细节，然后确定合理的软件结构。 （2）程序的结构一般常用模块化结构，即把监控程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块分别设计，以便于调试。 （3）在进行程序设计时，先根据问题的定义描述出各个输入变量和输出变量之间的数学关系，即建立数学模型，然后绘制程序流程图，再根据流程图用汇编语言或高级语言进行具体程序的编写。  在程序设计完成后，利用相应的开发工具和汇编软件进行程序的汇编（或编译），生成程序的机器码。 二、 单片机开发系统 在前面的章节中已经逐步地讨论了单片机系统的硬件和软件设计，但采用这些知识设计的应用系统可能无法正常工作，其原因主要有以下几个方面： （1）要将汇编语言或高级语言的源程序转化为单片机能够识别的机器代码，并写入到程序存储器芯片中。 （2）在源程序中使用的许多符号地址或以符号的形式给出的数据要赋予特定的数据。 （3）不能确定硬件系统是否工作正常。 （4）无法确定软件系统是否完善。 （一） 单片机开发系统的组成与分类1.单片机开发系统的组成 单片机开发系统也是一种计算机系统，是专门用来开发单片机应用系统的一种工具，通常由一台PC机，一台通用仿真器和一个编程器组成，其组成如图8-1所示。 三、 单片机应用系统的调试与故障诊断 （一）系统的调试 1.硬件调试 2.软件调试 （5）直接检查法。 （6）振动查找法。 2.系统级故障诊断 在单片机系统的电气连接没有问题的条件下，可以进一步利用程序存储器中固化的系统自检程序对系统进行预定的几项 检查。 要设计一个最佳的单片机控制系统，必须具备以下几方面的知识和能力。 （1）有一定的硬件基础知识。 （2）有一定的软件设计能力。 （3）具有运用各科知识的能力。 （4）设计者还要掌握生产过程的工艺性能及被测参数的测量方法，以及被控对象的动、静态特性等。 4.性能/价格比高 5.系统操作性能要好 6.通用性好，便于扩充 7.设计周期要短，价格要便宜 方式、规模大小等而有所差异，但实际的设计过程大体包括以下几个方面： （1）确定控制任务 （2）选择CPU和外围设备 （3）确定控制算法 （4）系统总体方案设计 展及进行二次开发的需要。 （c）尽可能选用典型电路，尤其是要优先选用符合单片机常规用法的典型的标准化电路。 （d）控制系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配，如选用晶振频率较高时，对存储器的存取时间就有限制，应该选择工作速度较高的芯片； （e）在电路设计时，要充分考虑应用系统各部分的驱动能力。 （f）设计时要尽可能采用必威体育精装版器件与必威体育精装版技术中。 （g）工艺设计包括机箱、面板、配线、接插件等方面，这也是一个初次进行系统设计的技术人员容易疏忽但又十分重要的方面。3.控制系统的软件设计 在进行控制系统的总体设计时，软件设计和硬件设计应统一考虑。 （1）系统软件的功能 （2）控制系统的软件设计4.系统的调试 （3）P2.0通过光耦隔离后输出控制加热设备的启动与停止； （4）P2.1、P2.2分别接24C02的SDA与SCL端； （5）P2.3、P2.4分别接带I2C接口的4位LED显示芯片SAA1064的SDA与SCL端； （6）P2.5、P2.6分别通过光耦隔离