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1、第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 第第9 9章章 MCS-51MCS-51单片机系统的开发应用单片机系统的开发应用西安思源学院电子信息工程学院电子信息工程学院电子信息工程学院电子信息工程学院第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 29.1 单片机应用系统研制过程单片机应用系统研制过程第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 39.1.1 9.1.1 总体设计总体设计总体设计总体设计1 1明确设计任务明确设计任务 认认真真进进
2、行行目目标标分分析析，根根据据应应用用场场合合、工工作作环环境境、具具体体用用途途，考考虑虑系系统统的的可可靠靠性性、通通用用性性、可可维维护护性性、先先进进性性，以以及及成成本等，提出合理的、详尽的功能技术指标。本等，提出合理的、详尽的功能技术指标。2 2器件选择器件选择（1 1）单片机选择）单片机选择 主主要要从从性性能能指指标标如如字字长长、主主频频、寻寻址址能能力力、指指令令系系统统、内内部部寄寄存存器器状状况况、存存储储器器容容量量、有有无无A/DA/D、D/AD/A通通道道、功功耗耗、价价能能比比等等方方面面进进行行选选择择。对对于于一一般般的的测测控控系系统统，选选择择8 8位位
3、机机即能满足要求。即能满足要求。（2 2）外围器件的选择）外围器件的选择 外围器件应符合系统的精度、速度和可靠性、功耗、抗干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、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、集成度高的典型电路。功能强、集成度高的典型电路。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 43 3总体设计总体设计 总总体体设设计计就就是是根根据据设设计计任任务务
4、、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部的硬件、软件资源。包括以下几个方面：内部的硬件、软件资源。包括以下几个方面：（1 1）从从系系统统功功能能需需求求出出发发设设计计功功能能模模块块。包包括括显显示示器器、键键盘、数据采集、检测、通信、控制、驱动、供电方式等。盘、数据采集、检测、通信、控制、驱动、供电方式等。（2 2）从从系系统统应应用用需需求求分分配配元元器器件件资资源源。包包括括定定时时器
5、器/计计数数器器、中中断断系系统统、串串行行口口、I/OI/O接接口口、A/DA/D、D/AD/A、信信号号调调理理、时时钟发生器等。钟发生器等。（3 3）从从开开发发条条件件与与市市场场情情况况出出发发选选择择元元器器件件。包包括括仿仿真真器器、编程器、元器件、语言、程序设计的简易等。编程器、元器件、语言、程序设计的简易等。（4 4）从从系系统统可可靠靠性性需需求求确确定定系系统统设设计计工工艺艺。包包括括去去耦耦、光光隔隔、屏屏蔽蔽、印印制制板板、低低功功耗耗、散散热热、传传输输距距离离/速速度度、节节电电方式、掉电保护、软件措施等。方式、掉电保护、软件措施等。第第9 9章章 M M C
6、CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 59.1.2 9.1.2 硬件设计硬件设计硬件设计硬件设计 由由总总体体设设计计所所给给出出的的硬硬件件框框图图所所规规定定的的硬硬件件功功能能，在在确确定定单单片片机机类类型型的的基基础础上上进进行行硬硬件件设设计计、实实验验。进进行行必必要要的的工工艺艺结结构构设设计计，制制作作出出印印刷刷电电路路板板，组组装装后后即即完完成成了了硬硬件件设设计。计。一一个个单单片片机机应应用用系系统统的的硬硬件件设设计计包包含含系系统统扩扩展展和和系系统统的的配配置（按照系统功能要求配置外围设备）两部分。置（按照系统功能要求配置外围设备
7、）两部分。1 1硬件电路设计的一般原则硬件电路设计的一般原则 （1 1）采用新技术，注意通用性，选择典型电路。）采用新技术，注意通用性，选择典型电路。（2 2）向向片片上上系系统统（SOCSOC）方方向向发发展展。扩扩展展接接口口尽尽可可能能采采用用PSDPSD等器件。等器件。（3 3）注重标准化、模块化。）注重标准化、模块化。（4 4）满满足足应应用用系系统统的的功功能能要要求求，并并留留有有适适当当余余地地，以以便便进行二次开发。进行二次开发。（5 5）工艺设计时要考虑安装、调试、维修的方便。）工艺设计时要考虑安装、调试、维修的方便。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片
8、片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 62 2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单片机应用系统的一般结构 如下图所示。如下图所示。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 1）存储器扩展：类型、容量、速度和接口，尽量减少）存储器扩展：类型、容量、速度和接口，尽量减少芯片的数量。芯片的数量。（2 2）I/OI/O接口的扩展：体积、价格、负载能力、功能，合接口的扩展：体积、价格、负载能力、功能，合适的地址译码方法。适的地址译码方法。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用
9、用 7（3 3）输输入入通通道道的的设设计计：开开关关量量（接接口口形形式式、电电压压等等级级、隔隔离离方方式式、扩扩展展接接口口等等），模模拟拟输输入入通通道道（信信号号检检测测、信信号号传传输输、隔隔离离、信信号号处处理理、A/DA/D、扩扩展展接接口口、速速度度、精精度度和和价价格等）。格等）。（4 4）输输出出通通道道的的设设计计：开开关关量量（功功率率、控控制制方方式式等等），模模拟拟量量输输出出通通道道（输输出出信信号号的的形形式式、D/A D/A、隔隔离离方方式式、扩扩展展接接口等）口等）（5 5）人人机机界界面面的的设设计计：键键盘盘、开开关关、拨拨码码盘盘、启启/停停操操作作
10、、复位、显示器、打印、指示、报警、扩展接口等。复位、显示器、打印、指示、报警、扩展接口等。（6 6）通通信信电电路路的的设设计计：根根据据需需要要选选择择RS-232CRS-232C、RS-485RS-485、红红外收发等通信标准。外收发等通信标准。（7 7）印印刷刷电电路路板板的的设设计计与与制制作作：专专业业设设计计软软件件（ProtelProtel，OrCADOrCAD等）、设计、专业化制作厂家、安装元件、调试等。等）、设计、专业化制作厂家、安装元件、调试等。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 8 （8 8）负负载载容容限限：总
11、总线线驱动。驱动。（9 9）信信号号逻逻辑辑电电平平兼兼容容性性：电电平平兼兼容容和和转转换。换。（1010）电电源源系系统统的的配配置置：电电源源的的组组数数、输输出功率、抗干扰。出功率、抗干扰。（11 11）抗抗干干扰扰的的实实施施：芯芯片片、器器件件选选择择、去去耦耦滤滤波波、印印刷刷电电路路板板布线、通道隔离等。布线、通道隔离等。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 99.1.4 9.1.4 软件设计软件设计软件设计软件设计第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 101 1
12、总体规划总体规划 结合硬件结构，明确软件任务，确定具体实施的方法，合结合硬件结构，明确软件任务，确定具体实施的方法，合理分配资源。定义输入理分配资源。定义输入/输出、确定信息交换的方式（数据输出、确定信息交换的方式（数据速率、数据格式、校验方法、状态信号等）、时间要求，速率、数据格式、校验方法、状态信号等）、时间要求，检查与纠正错误。检查与纠正错误。2 2程序设计技术程序设计技术 软件结构实现结构化，各功能程序实行模块化、子程序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：化。一般有以下两种设计方法：（1 1）模块程序设计：优点是单个功能明确的程序模块的设）模块程
13、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。所共享。其缺点是各个模块的连接有时有一定难度。（2 2）自顶向下的程序设计：优点是比较符合于人们的日常）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、调试和连接同时按一个线索进行，程序错误思维，设计、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。产生影响，一处修
14、改可能引起对整个程序的全面修改。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 113 3程序设计程序设计（1 1）建立数学模型：描述出各输入变量和各输出变量之间的）建立数学模型：描述出各输入变量和各输出变量之间的数学关系。数学关系。（2 2）绘制程序流程图：以简明直观的方式对任务进行描述。）绘制程序流程图：以简明直观的方式对任务进行描述。（3 3）程序的编制：选择语数据结构、控制算法、存储空间分）程序的编制：选择语数据结构、控制算法、存储空间分配，系统硬件资源的合理分配与使用，子程序的入配，系统硬件资源的合理分配与使用，子程序的入/出口参出口参
15、数的设置与传递。数的设置与传递。4 4软件装配软件装配 各程序模块编辑之后，需进行汇编或编译、调试，当满足各程序模块编辑之后，需进行汇编或编译、调试，当满足设计要求后，将各程序模块按照软件结构设计的要求连接设计要求后，将各程序模块按照软件结构设计的要求连接起来，即为软件装配。在软件装配时，应注意软件接口。起来，即为软件装配。在软件装配时，应注意软件接口。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 129.1.5 系统调试系统调试 单片机应用系统的软、硬件制作完成后，必须反复进行调单片机应用系统的软、硬件制作完成后，必须反复进行调试、修改，直至
16、完全正常工作，经过测试，功能完全符合试、修改，直至完全正常工作，经过测试，功能完全符合系统性能指标要求，应用系统设计才算完成。系统性能指标要求，应用系统设计才算完成。1 1硬件调试硬件调试（1 1）静态检查）静态检查 根据硬件电路图核对元器件的型号、极性、安装是否正确，根据硬件电路图核对元器件的型号、极性、安装是否正确，检查硬件电路连线是否与电路图一致，有无短路、虚焊等检查硬件电路连线是否与电路图一致，有无短路、虚焊等现象。现象。（2 2）通电检查）通电检查 通电检查时，可以模拟各种输入信号分别送入电路的各有通电检查时，可以模拟各种输入信号分别送入电路的各有关部分，观察关部分，观察I/OI/O
17、口的动作情况，查看电路板上有无元件过口的动作情况，查看电路板上有无元件过热、冒烟、异味等现象，各相关设备的动作是否符合要求，热、冒烟、异味等现象，各相关设备的动作是否符合要求，整个系统的功能是否符合要求。整个系统的功能是否符合要求。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 132 2软件调试软件调试 程程序序模模块块编编写写完完成成后后，通通过过汇汇编编或或编编译译后后，在在开开发发系系统统上上进进行行调调试试。调调试试时时应应先先分分别别调调试试各各模模块块子子程程序序，调调试试通通过过后后，再再调调试试中中断断服服务务子子程程序序，最最
18、后后调调试试主主程程序序，并并将将各各部部分分进进行联调。行联调。3 3系统调试系统调试 当当硬硬件件和和软软件件调调试试完完成成之之后后，就就可可以以进进行行全全系系统统软软、硬硬件件调调试试，对对于于有有电电气气控控制制负负载载的的系系统统，应应先先试试验验空空载载，空空载载正正常常后后再再试试验验负负载载情情况况。系系统统调调试试的的任任务务是是排排除除软软、硬硬件件中中的的残残留留错错误误，使使整整个个系系统统能能够够完完成成预预定定的的工工作作任任务务，达达到到要求的性能指标。要求的性能指标。4 4程序固化程序固化 系系统统调调试试成成功功之之后后，可可以以将将程程序序通通过过专专用
19、用程程序序固固化化器器固固化化到到ROMROM。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 145 5脱机运行调试脱机运行调试 将固化好程序的将固化好程序的ROMROM插回到应用系统电路板的相应位置，插回到应用系统电路板的相应位置，即可脱机运行。系统试运行要连续运行相当长的时间（也即可脱机运行。系统试运行要连续运行相当长的时间（也称为考机），以考验其稳定性。并要进一步进行修改和完称为考机），以考验其稳定性。并要进一步进行修改和完善处理。善处理。6 6测试单片机系统的可靠性测试单片机系统的可靠性 单片机系统设计完成时，一般需进行单片机软件功能的
20、测试，单片机系统设计完成时，一般需进行单片机软件功能的测试，上电、掉电测试，老化测试，静电放电（上电、掉电测试，老化测试，静电放电（ElectroStatic ElectroStatic DischargeDischarge，ESDESD）抗扰度和电快进瞬变脉冲群（）抗扰度和电快进瞬变脉冲群（Electrical Electrical Fast TransientFast Transient，EFTEFT）抗扰度等测试。可以使用各种干扰模）抗扰度等测试。可以使用各种干扰模拟器来测试单片机系统的可靠性，还可以模拟人为使用中拟器来测试单片机系统的可靠性，还可以模拟人为使用中可能发生的破坏情况。可能
21、发生的破坏情况。经过调试、测试后，若系统完全正常工作，功能完全符合经过调试、测试后，若系统完全正常工作，功能完全符合系统性能指标要求，则一个单片机应用系统的研制过程全系统性能指标要求，则一个单片机应用系统的研制过程全部结束部结束第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 159.2 磁电机性能智能测试台的研制磁电机性能智能测试台的研制9.2.1 9.2.1 系统概述系统概述系统概述系统概述 双缸摩托车上的磁电机有一个发电线圈和二个点火线双缸摩托车上的磁电机有一个发电线圈和二个点火线圈，为摩托车提供前灯照明电压，及通过放电器为发动机圈，为摩托车
22、提供前灯照明电压，及通过放电器为发动机的二个气缸提供点火信号，其质量直接影响到摩托车的运的二个气缸提供点火信号，其质量直接影响到摩托车的运行性能。目前，磁电机性能测试普遍使用人工观察和判断行性能。目前，磁电机性能测试普遍使用人工观察和判断的方法。的方法。通常采用标准针状放电器替代火花塞检测点火装通常采用标准针状放电器替代火花塞检测点火装置产生电火花的能力，用刻度盘加指针的方法来测取点火置产生电火花的能力，用刻度盘加指针的方法来测取点火提前角，精度低，且效率低下。为此研制了磁电机性能智提前角，精度低，且效率低下。为此研制了磁电机性能智能测试台，对双缸摩托车用磁电机的多项参数进行自动测能测试台，对
23、双缸摩托车用磁电机的多项参数进行自动测试。试。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 16测试内容、条件及标准如下测试内容、条件及标准如下1 1点火线圈高压绝缘介电强度测试点火线圈高压绝缘介电强度测试 在放电器极距为在放电器极距为11mm11mm，磁电机转速为，磁电机转速为6000r6000rminmin时，放时，放电器应能产生每秒不少于电器应能产生每秒不少于5050次的火花。次的火花。2 2连续点火性能测试连续点火性能测试 磁电机在放电器极距为磁电机在放电器极距为6mm6mm时，最低连续点火转速为时，最低连续点火转速为280r280rm
24、inmin，最高连续点火转速为，最高连续点火转速为13 000r13 000rminmin，每次运行，每次运行20s20s，不能有缺火现象，不能有缺火现象3 3照明及充电性能测试照明及充电性能测试 直流负载用直流负载用2.22.2士士0.050.05 无感等效电阻，磁电机转速为无感等效电阻，磁电机转速为2400r2400rminmin时，直流负载电压大于时，直流负载电压大于13.5V13.5V；磁电机转速为；磁电机转速为6800r6800rminmin时，负载电压应小于时，负载电压应小于28V28V。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用
25、 174 4点火提前角与自动进角测试点火提前角与自动进角测试 点火提前角是磁电机的点火信号超前于摩托车点火提前角是磁电机的点火信号超前于摩托车活塞上死点的角度。磁电机转速为活塞上死点的角度。磁电机转速为28028013000r13000rminmin的范围内，点火提前角应能从的范围内，点火提前角应能从1515 土土2 2 随转速随转速升高而自动连续进角到升高而自动连续进角到4141土土2 2。280280l 300rl 300rminmin范围内点火提前角应为范围内点火提前角应为1515土土2 2，6000600013000r13000rminmin范围内点火提前角为范围内点火提前角为4141
26、土土2 2。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 189.2.2 9.2.2 测试系统硬件设计测试系统硬件设计测试系统硬件设计测试系统硬件设计 磁电机性能智能测试系统硬件结构图磁电机性能智能测试系统硬件结构图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 19接口电路原理图接口电路原理图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 20接口电路中有关节点电压波形接口电路中有关节点电压波形第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单
27、片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 219.2.4 9.2.4 程序设计程序设计程序设计程序设计系统程序结构图系统程序结构图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 22中中断断服服务务程程序序流流程程图图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 239.3 水产养殖水体多参数测控仪水产养殖水体多参数测控仪 本系统以单片机为核心，采用本系统以单片机为核心，采用RS-485RS-485协议组建分布式协议组建分布式控制网络，利用计算机自动检测养殖水池的温度、溶氧含控制网络，利用计算机自
28、动检测养殖水池的温度、溶氧含量、浑浊度等各环境因子，通过对增氧机、电磁阀等执行量、浑浊度等各环境因子，通过对增氧机、电磁阀等执行机构的控制，可以把各项环境因子调整到合适的范围，使机构的控制，可以把各项环境因子调整到合适的范围，使鱼类生长在最适宜环境条件下，系统还可以自动对大量现鱼类生长在最适宜环境条件下，系统还可以自动对大量现场数据和曲线进行分析，实现参数的自校正和自适应控制，场数据和曲线进行分析，实现参数的自校正和自适应控制，真正达到了低成本、高效益的现代化水产养殖要求。在相真正达到了低成本、高效益的现代化水产养殖要求。在相关模型和软件支持下，工控机和下位机均能在发生池水缺关模型和软件支持下
29、，工控机和下位机均能在发生池水缺氧，温度、酸碱度不适等异常情况时自动发出报警信号。氧，温度、酸碱度不适等异常情况时自动发出报警信号。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 24监控系统硬件结构图监控系统硬件结构图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 251.1.传感器选型传感器选型温度与温度与PHPH值传感器：值传感器：采用了配以导热系数较大的不锈钢保护钢管的铂电阻元件、采用了配以导热系数较大的不锈钢保护钢管的铂电阻元件、玻璃电极和参比电极组合在一起的塑壳可充式复合电极玻璃电极和参
30、比电极组合在一起的塑壳可充式复合电极(上上海雷磁海雷磁E E201201C C型复合电极型复合电极)。溶解氧传感器：溶解氧传感器：原电池式薄膜电极（青岛昱昌科技有限公司的原电池式薄膜电极（青岛昱昌科技有限公司的YC-DO-1YC-DO-1溶解溶解氧传感器）。氧传感器）。水位传感器：水位传感器：全温度补偿低压力传感器；恒流供电，全温度补偿低压力传感器；恒流供电，0 070mV70mV；电压线性；电压线性输出；精度：高输出；精度：高气压传感器：气压传感器：JQYB-1AJQYB-1A型气压变送器，型气压变送器，0110Kpa,24VDC0110Kpa,24VDC供电，供电，05V05V输输出，精度
31、：北京昆仑海岸传感技术中心生产。出，精度：北京昆仑海岸传感技术中心生产。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 26系统设计保证如下条件：系统设计保证如下条件：前端桥式电路放大倍数前端桥式电路放大倍数 2.2.调理电路的设计调理电路的设计（1 1）温度信号调理电路）温度信号调理电路图图9-12 9-12 温度信号调理电路温度信号调理电路R6=R7R5=R8第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 27(2)pH(2)pH值调理电路值调理电路图图9-13 PH9-13 PH值调理电路值调
32、理电路第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 283.A/D3.A/D与与D/AD/A转换电路转换电路图图9 9-1 14 4A AD D/D DA A转转换换器器接接口口电电路路图图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 294.4.单片机系统与看门狗电路单片机系统与看门狗电路图图9 9-1 16 6单单片片机机系系统统与与看看门门狗狗电电路路图图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 306.6.通信接口电路通信接口电路 图
33、图9-17 9-17 通信接口电路图通信接口电路图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 317.7.控制面板电路控制面板电路 图图9-18 9-18 控制面板电路图控制面板电路图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 329.3.4 9.3.4 软件设计软件设计软件设计软件设计系统主程序流程图系统主程序流程图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 339.4 单片机温度控制实验装置的研制单片机温度控制实验装置的研制 单片机温度
34、控制实验装置的系统框图见图单片机温度控制实验装置的系统框图见图9-209-20。该系。该系统主要由单片机及扩展电路、固态继电器（统主要由单片机及扩展电路、固态继电器（Solid State Solid State Relay,Relay,简写为简写为SSRSSR）、加热元件、）、加热元件、R/VR/V变换电路、感温元件、变换电路、感温元件、铝块、铝块、PCPC机等组成。其中单片机及扩展电路包括机等组成。其中单片机及扩展电路包括82558255、ADC0809ADC0809、键盘、键盘、LEDLED显示器、显示器、RS232/TTL RS232/TTL 电平转换电路电平转换电路及其它电路。及其它
35、电路。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 34图图9-209-20单片机温度控制实验装置的系统框图单片机温度控制实验装置的系统框图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 35电热丝为普通电烙铁用电热丝，用电热丝为普通电烙铁用电热丝，用2 2根，固定在铝块的左右两根，固定在铝块的左右两侧深孔内，使铝块加温。侧深孔内，使铝块加温。热敏电阻为负温度系数热敏电阻，其阻值随周围的温度升高热敏电阻为负温度系数热敏电阻，其阻值随周围的温度升高而减小。热敏电阻嵌入铝块内部来感知铝块温度，通过而减
36、小。热敏电阻嵌入铝块内部来感知铝块温度，通过R/VR/V转换电路，将铝块温度转化为对应的电压。转换电路，将铝块温度转化为对应的电压。ADC0809ADC0809为模为模/数转换器，将数转换器，将R/VR/V转换电路的模拟输出电压转转换电路的模拟输出电压转换为对应的数字量，送单片机。换为对应的数字量，送单片机。SSRSSR为过零触发固态继电器，只有在交流电压的过零点附近才为过零触发固态继电器，只有在交流电压的过零点附近才能使双向晶闸管触发导通。该器件能对交流电进行控制的能使双向晶闸管触发导通。该器件能对交流电进行控制的最小周期为半个周波，即最小周期为半个周波，即10ms10ms。第第9 9章章
37、M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 36课堂设计的基本内容课堂设计的基本内容课堂设计的基本内容课堂设计的基本内容1.1.熟悉单片机温控系统硬件结构和温控原理。了解常用的温控熟悉单片机温控系统硬件结构和温控原理。了解常用的温控算法。算法。2.2.编制测温程序。编制测温程序。A/DA/D转换值在转换值在LEDLED显示器上显示，铝块温度显示器上显示，铝块温度由插入铝块深孔中的温度计读数反映。实测铝块在升温和由插入铝块深孔中的温度计读数反映。实测铝块在升温和降温过程中的温度降温过程中的温度/A/D/A/D转换关系表。转换关系表。3.3.编制单片机温控程序，
38、在编制单片机温控程序，在PCPC机上编译后，经串行口下载到机上编译后，经串行口下载到单片机，并调试。单片机，并调试。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 37部分连线图部分连线图部分连线图部分连线图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 38设计说明设计说明设计说明设计说明 1.1.数码管显示字形数码管显示字形 LEDLED显示器是由发光二极管构成的字段组成的显示器。显示器是由发光二极管构成的字段组成的显示器。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的
39、的开开发发与与应应用用 39显示程序任务：显示程序任务：设置显示缓冲区设置显示缓冲区(7EH(7EH 79 H)79 H)，存放待显示数据和字符（位，存放待显示数据和字符（位置码）。置码）。显示译码：程序存储器中建立字形码常数表，查表得出对应显示译码：程序存储器中建立字形码常数表，查表得出对应数据和字符的字形码。数据和字符的字形码。输出显示：输出字形码到显示端口。输出显示：输出字形码到显示端口。2.2.字位口表（从高位起）字位口表（从高位起）位置G5G4G3G2G1G0数值20H10H08H04H02H01H3.3.键盘显示原理图键盘显示原理图第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1
40、单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 40第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 414.4.周波控制法：周波控制法：实实现现温温度度控控制制。以以某某一一时时间间间间隔隔（例例如如200ms200ms）为为1 1个个控控制制周周期期TcTc，调调整整每每个个控控制制周周期期中中加加到到固固态态继继电电器器输输入入端端的的控控制制信信号号ucuc的的宽宽度度tptp，即即可可改改变变加加到到电电热热丝丝上上的的电电压压uouo和和平平均功率。均功率。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发
41、与与应应用用 42模块流程模块流程(1)(1)(1)显示子程序模块显示子程序模块显示子程序模块 采用动态显示方式，即一位一位采用动态显示方式，即一位一位地轮流点亮（扫描）地轮流点亮（扫描）6 6位显示位显示器。器。在在8032RAM8032RAM存储器中设置六个存储器中设置六个显示缓冲区单元显示缓冲区单元7EH-79H7EH-79H，分，分别存放别存放6 6位显示器的显示数据位显示器的显示数据（从高到低）。（从高到低）。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 43实验系统有实验系统有4 48 8的键盘结构（见键的键盘结构（见键扫显示原理图
42、）。扫显示原理图）。键盘的行线通过电阻接键盘的行线通过电阻接+5V+5V，当键盘，当键盘上没有键闭合时所有的行线和列上没有键闭合时所有的行线和列线都断开，行线都为高电平。当线都断开，行线都为高电平。当键盘上某一键闭合时，则该键所键盘上某一键闭合时，则该键所对应的行线和列线都短路。对应的行线和列线都短路。CPUCPU逐行逐列地检查键盘的状态，逐行逐列地检查键盘的状态，可判断键盘上有无键闭合。可判断键盘上有无键闭合。CPUCPU对键盘上闭合键的键号确定，可对键盘上闭合键的键号确定，可根据行线和列线的状态计算求得，根据行线和列线的状态计算求得，也可以根据行线和列线的状态查也可以根据行线和列线的状态查
43、表求得。表求得。(2)(2)(2)键盘输入模块键盘输入模块键盘输入模块 第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 44主程序和主程序和T0T0中断服务程序。中断服务程序。T0T0设定设定10ms10ms定时中断一次，对测量结果进行采样。定时中断一次，对测量结果进行采样。调节周期定为调节周期定为0.50.5秒秒第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 459.5 单片机的单片机的C语言程序开发语言程序开发1.Keil1.Keil软件系统概述软件系统概述软件系统概述软件系统概述 2.Keil
44、 uVision2 2.Keil uVision2 Keil uVision2 Keil uVision2 是优秀的单片机开发软件之一是优秀的单片机开发软件之一,读者可以向读者可以向KeilKeil公司代理周立功网站索取并下载得到公司代理周立功网站索取并下载得到,解压后在解压后在WindowsWindows下运行软件包中的下运行软件包中的WINSetup.exeWINSetup.exe安装，在桌面上有安装，在桌面上有Keil Keil uVision2uVision2图标图标,点击后出现如图所示界面，该集成软件开发平点击后出现如图所示界面，该集成软件开发平台，具有汇编语言和台，具有汇编语言和C
45、 C语言源代码编辑、编译、仿真于一体，语言源代码编辑、编译、仿真于一体，它的人机界面友好，操作方便，是它的人机界面友好，操作方便，是5151单片机开发者的首选。单片机开发者的首选。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 46Keil Vision2Keil Vision2软件的运行软件的运行 双击软件图标进入集成开发系统，如图所示，界面由工程双击软件图标进入集成开发系统，如图所示，界面由工程管理窗口、源程序编辑调试窗口和输出窗口组成，界面上管理窗口、源程序编辑调试窗口和输出窗口组成，界面上还有菜单和工具栏。当系统工作时还有内存窗口，变量观
46、还有菜单和工具栏。当系统工作时还有内存窗口，变量观察窗口以及外围设备对话框出现，其中工程管理窗口有三察窗口以及外围设备对话框出现，其中工程管理窗口有三个选择页面个选择页面FileFile，RegsRegs，BooksBooks。分别显示当前项目的文件。分别显示当前项目的文件结构、结构、CPUCPU的寄存器的值、的寄存器的值、CPUCPU的附加说明文件。的附加说明文件。第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 47第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 48第第9 9章章 M M C C
47、S S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 49在软件使用中还会出现下列窗口在软件使用中还会出现下列窗口1.1.主窗口（主窗口（Mainframe WindowMainframe Window）可设置其它各种调试窗口，设置断点、观察点，修改地可设置其它各种调试窗口，设置断点、观察点，修改地址空间，址空间，加载文件等等；加载文件等等；2.2.调试窗口（调试窗口（DEBUG WindowDEBUG Window）支持用户程序的各种显示方式，可连续运行，单步运行支持用户程序的各种显示方式，可连续运行，单步运行用户程序，用户程序，并可在线汇编；并可在线汇编；3.3.命令窗口（命令
48、窗口（Command WindowCommand Window）支持命令行的输入；支持命令行的输入；第第9 9章章 M M C CS S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 504.4.观察窗口（观察窗口（Watch WindowWatch Window）可设置所要观察的变量、表达式等；可设置所要观察的变量、表达式等；5.5.寄存器窗口（寄存器窗口（Registe WindowRegiste Window）显示内部寄存器的内容，程序运行次数等；显示内部寄存器的内容，程序运行次数等；6.6.串口窗口（串口窗口（Serical WindowsSerical Windows）显
49、示串口接收和发送的数据；显示串口接收和发送的数据；7.7.性能分析窗口性能分析窗口 显示所要观察的各程序段占用显示所要观察的各程序段占用CPUCPU的空间；的空间；8.8.内存窗口（内存窗口（Memory WindowMemory Window）显示所选择的内存中的数据；显示所选择的内存中的数据；9.9.符号浏览窗口（符号浏览窗口（Symbol Browser WindowSymbol Browser Window）显示各种符号名称，包括专有符号，用户自定义符号（函显示各种符号名称，包括专有符号，用户自定义符号（函 数名、变量、标号）等；数名、变量、标号）等；第第9 9章章 M M C CS
50、S-5 51 1单单片片机机系系统统的的开开发发与与应应用用 5110.10.调用线窗口（调用线窗口（CallCallStack WindowStack Window）动态显示当前执行的程序段的函数调用关系；动态显示当前执行的程序段的函数调用关系；11.11.代码覆盖窗口代码覆盖窗口 提供当前模块内各程序段中被执行代码的比率；提供当前模块内各程序段中被执行代码的比率；12.12.外围设备窗口外围设备窗口(peripherals)(peripherals)显示显示I/OI/O口，定时器，中断，串口等外围设备状态；口，定时器，中断，串口等外围设备状态；第第9 9章章 M M C CS S-5 51