第八章 单片机应用系统.ppt

第八章 单片机应用系统的设计 第一节 单片机应用条件 8.1.1 单片机可应用场合的确定 单片机并不是万能的 ,面向一个对象是否采用单片机应进行可行性分析。 一般来说分析内容可归为如下几类: （1）单片机的最高工作速度能否满足对象的实时性要求； （2）单片机的最大存储空间能否满足关于对象的软件长度要求； （3）单片机的指令系统、寻址功能、运算能力等能否胜任对象的复杂度； （4）单片机的接口规程是否适用对象的信息交换方式； (5)系统引入单片机后是否能产生更好的性价比。 8.1.2 单片机应用层次的确定 单片机应用层次可分为普通民用品、耐用民用品、优良环境工业现场品、恶劣环境工业现场品和军用品等。 不同的应用层次，所选择的单片机的品质是不尽相同的，而系统的硬件、软件体系也会各有千秋， 所以人们在设计单片机应用系统之前必须要搞清楚所设计系统属于哪个层次，以便按所在层次的要求进行器材选择、电路设计、软件开发等。 8.1.3 单片机应用地位的确定 单片机应用系统可分为单片单片机、多片单片机和子系统等多种类型。 单片机在系统中处在不同地位，相应的硬件、软件配置是有区别的。 应用系统只含一片单片机则整个系统以其为核心进行设计； 若含多片单片机，必须先确定各单片机在系统中的地位，即谁是主片，谁是从片，或地位相等，然后确定各片之间的信息交换方式； 如果该系统是某个系统的子系统，主要考虑的问题有二个，一是作为子系统的任务，二是与主系统的信息交换方式。 第二节 单片机应用系统设计要领 8.2.1 对象特性分析要领 对象的特性分析包括对象存在形式的认定，逻辑形式认定，数学关系的认定及单片机介入的可能性确定等。 对象存在形式可分为电量和非电量两大类。 电量的主要形式是电压、电流、电功率等，对于交流电有频率、周期，对于脉冲信号有脉冲形状和宽度等内容。 非电量的常见形式有温度、速度、湿度、粘度、压力、张力、流量、位移等。 逻辑形式是指对象的能量转换方法及其条件。 数学关系是对象处理的基本依据。 有些对象的数学描述不是唯一的，不同的数学模型对系统的成功与否、系统的测控精度等都有至关重要的影响. 建立的数学模型即要反映对象的特性又要适宜于单片机处理。可以说大多数对象的测控，单片机都有用武之地. 也有些情况不适宜单片机介入或直接介入，如 (1)数据过多以至于单片机超容量扩充也无法容纳的对象； (2)数据采集速度要求过高以至于无法通过单片机运行程序来正常采集的对象； (3)单片机最快的程序运行速度也不能满足对象的实时性要求等。 8.2.2 硬件体系设计要领 对于确定的对象，单片机应用系统的硬件体系设计的总要求可归纳为“满足功能，降低成本，压缩体积”。 满足硬件功能的基本方法为选择合适的通道结构、单片机的扩展内容； 降低成本主要体现在单片机应用层次上的器材选择、工艺要求，此外在满足功能的前提下尽可能提高元器件的共用程度及以软件代替硬件； 压缩体积主要体现在电路板上的元件布局的合理性及组件布局的合理性。 在满足电路消除燥声、散热正常的前提下，元件安排的越近越有利于电路板面积缩小和连线缩短，有条件的可将调试好的电路做成非标准的集成电路可大幅度压缩系统体积、降低成本。 8.2.3 算法设计及其优化要领 算法考虑原则:结合对象的数学模型与系统的硬件体系。 面向一个确定的数学模型或某一可处理关系设计算法时，应从单片机的指令功能及其特点、存储器结构及其特点、输入输出接口及其特点等方面出发，建立与所用单片机应用系统的硬件体系相适用的计算机制。 算法优化方法有两种， 一是根据算法内容与某种经典算法的相似程度，创造条件将经典算法用于本系统； 二是以降低算法结构复杂程度和算法运行时间为依据设计新算法。 算法优化的总目标是使得按此算法设计出来的程序运行效果达标，符号量大幅度下降，存储器开销减小，运算速度加快。 8.2.4 软件设计及其优化要领 软件设计首先要注重软件系统的结构设计。 面向基本定型的硬件环境和对象的处理算法要选用适当的程序结构去迎合对象及用户的要求。 对象要求主要包括精度、速度、分时等方面； 用户要求主要包括输入方式、输出形式等方面。 常见程序结构有： (1)纯主程序； (2)主程序—子程序； (3)主程序—中断服务程； (3)主程序—子程序—中断服务程序； (4)主程序—I/O口查询服务子程； (5)主程序—I/O口查询服务子程序—中断服务程序，······。 软件设计的宗旨是在满足对象算法及系统控制要求的前提下，简化程序结构，提高程序的使用效率。 优化软件的主要手段之一是最大限度的抽取公共模块，缩短调用距离。 8.3.1 应用系统的总体设计 1．确定功