第6章 单片机应用系统设计与开发技术

第6章单片机应用系统设计与开发技术6.1单片机应用系统的组成与研制过程6.2单片机开发系统6.3单片机应用系统的实用接口技术6.1单片机应用系统的组成与研制过程一、单片机应用系统的组成单片机应用系统由硬件系统和软件系统组成，硬件是系统的基础，软件则是在硬件的基础上对其进行合理地调配和使用。这两部分必须相辅相成、协调工作。1.硬件系统的组成(1)单片机芯片及其时钟、复位电路(2)存储器电路(3)接口电路(4)外围电路2.软件系统组成软件部分一般包括系统自检、初始化、键盘与显示监控以及相应的控制程序，这其中包括一些中断服务程序和运算子程序等。二、应用系统的研制开发过程单片机应用系统的研制过程如下：从理论和实际两方面分析项目完成的可能性在此设计中应考虑以下几个问题：1.如何根据设计需要选择合适的单片机型号?2.如何设计存储器电路？3.如何设计系统中的接口电路？4.系统的扩展及各功能模块的设计应适当留有余地。5.要充分考虑应用系统各部分的驱动能力。6.如何在应用系统中实现工程提出的可靠性能要求？在进行程序设计时应注意以下几个方面：1.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。2.建立正确的数学模型。3.编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。4.合理分配系统资源。5.加强软件抗干扰设计。系统调试分为硬件调试和软件调试经过严格测试确信应用系统能够满足各种运行情况之后，就可以进行批量生产6.2单片机开发系统一、单片机开发的概念1.开发的目的单片机应用的开发要达到编程、排错和仿真三个目的。排错是开发的关键。一般的开发工具都具有对用户应用系统进行存储器、寄存器和I/O口的读、写、检测等操作，并提供单步运行、断点运行等跟踪调试手段。必须借助其它开发工具来进行编程。采用编程的语言有机器语言、汇编语言和高级语言。目前使用较多的有PL/M-51、C51等高级语言。通过开发工具真实地模拟用户系统的运行环境，使用户能够在透明和可控的条件下观察系统运行过程中的状态和结果。2.开发系统的组成与功能能够承担单片机开发（调试、检测、软件编写）工作的仪器或系统称为单片机开发系统或单片机仿真器。一般具有以下基本功能：（1）能够进行汇编语言程序的编辑。（2）具有汇编与反汇编功能。（3）能够提供多种控制测试系统运行的手段。（4）有良好的用户界面，便于操作。（5）能够仿真的单片机型号尽可能多，价格适中。二、单片机实验开发系统实例1.DP-51MCore多核单片机实验仪简介DP-51MCore是广州致远电子有限公司最新设计的“多CPU核单片机综合仿真实验仪”。该实验仪内置4片NXP半导体（原Philips半导体）高性能MCU，兼容标准8051架构，16KB片内FlashROM，支持ISP下载，能够反复烧录程序代码，内嵌有硬件仿真器。2.KeilC51仿真软件简介KeilC51是德国知名软件公司Keil（现已并入ARM公司）开发的基于8051内核的微控制器软件开发平台，是目前开发8051内核单片机的主流工具。在广州周立功单片机发展有限公司网站（）可以免费下载。6.3单片机应用系统的实用接口技术1.光电耦合器输出接口电路（见动画十九——功率接口电路）在一些小功率单片机控制系统中，常常使用光电耦合器实现信号隔离，以提高系统抗干扰的能力。下图是TLP521光电耦合器的结构。工作原理是将输入的电信号通过发光二极管转换为光信号，再将光信号通过光电管重新转换成电信号输出，从而实现减少输出级对输入级的干扰。下图是MCS-51单片机使用光电耦合器的输出接口电路。一般的光电耦合器驱动电流在10~20mA，8051的P1口可直接驱动，有时也可以使用74LS244、74LS245驱动。2.继电器输出接口电路对于启停负荷较大的设备来说，仅仅使用光电耦合器不能达到负载要求，可以采用继电器输出接口电路。下图（a）为典型的继电器接口电路。下图（b）是带有光电耦合器的继电器输出接口电路，以进一步提高系统抗干扰的能力。3.晶闸管输出接口电路在高速系统中往往采用晶闸管来进行控制。晶闸管又称为可控硅，它是一种能控制强电的半导体器件。常用的可控硅有单向和双向两大类。另外，还有光可控硅、快速可控硅、逆导可控硅等许多品种。（1）单向可控硅控制接口电路下图是驱动脉动直流负载的光电耦合——单向可控硅接口电路。单向可控硅的电气符号2.双向可控硅控制接口电路下图是驱动交流负载的光电耦合—双向可控硅接口电路。双向可控硅的电气符号6.4单片机控制系统的应用实例一、单片机在全自动洗衣机中的应用控制洗衣机的电脑程控器一般采用4位或8位单片机，其功能主要是取代机械式定时程序控制器，实现对全自动或半自动洗衣机的控制。全自动洗衣机内的电脑程控器的基本电路系统如图所示。全自动洗衣机的软件流程：二、单片机在工业测控系统中的应用工业测控系统主要是将各种被控参数（如炉温、气压、电机转速、运行状态等）检测进入单片机，经过程序计算比较后发出相应的控制信号，用来控制系统的执行机构（如控制热电偶、气阀、电机调速等），以使系统按指定要求工作。在系统出现危险或错误时能够及时报警。下面介绍飞机充氧车的单片机检测、报警系统。充氧车检测、报警系统的软件流程：任务演示任务T11—交通灯交通灯控制系统。见动画二十——交通灯控制系统测试与练习六在实际生活中观察有单片机来控制的物体，并根据自己所学的知识对其进行分析。