《第9章--单片机应用系统设计及举例课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第9章--单片机应用系统设计及举例课件.pptx（43页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、单片机技术及应用单片机技术及应用基于基于汇编及汇编及C51程序设计程序设计第9章 单片机应用系统设计及举例第9章 单片机应用系统设计及举例主 要 章 节9.1 单片机应用系统开发过程9.2 单片机电子时钟的设计9.3 单片机数显温度计设计2023/1/721第9章 单片机应用系统设计及举例9.1 单片机应用系统开发过程9.1.1 单片机应用系统开发的基本过程1.明确系统的任务和功能要求2.系统的总体方案设计3系统详细设计4系统仿真与制作5系统调试与修改6生成正式系统或产品2023/1/731第9章 单片机应用系统设计及举例9.1.2 单片机应用系统的硬件系统设计单片机应用系统的硬件系统设计1.
2、是单片机芯片及主要器件的选择是单片机芯片及主要器件的选择1）程序存储器2）数据存储器3）集成的外部设备4）并行I/O接口5）系统速度匹配2.系统扩展和配置。系统扩展和配置。1）扩展：程序存储器、数据存储器、I/O口、定时/计数器、中断系统2）配置：键盘、显示器、打印机、A/D转换器、D/A转换器3.其他电路设计其他电路设计1）译码电路 2）总线驱动器3）抗干扰电路2023/1/741第9章 单片机应用系统设计及举例9.1.3 单片机应用系统的软件设计1.软件设计的特点(1)软件结构清晰、简捷、流程合理。(2)各功能程序实现模块化、系统化。这样，既便于调试、连接，又便于移植、修改和维护。(3)程
3、序存储区、数据存储区规划合理，既能节约存储容量，又能给程序设计与操作带来方便。(4)运行状态实现标志化管理。各个功能程序运行状态、运行结果以及运行需求都设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、控制都可通过状态标志来控制。(5)经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改“痕迹”。规范化的程序便于交流、借鉴，也为以后的软件模块化、标准化打下基础。(6)实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是计算机应用系统提高可靠性的有力措施。(7)为了提高运行的可靠性，在应用软件中设置自诊断程序，在系统运行前先运行自诊断程序，用以检查系统各特征参数是否正常。2023/1/751第9章 单片机应用系统设计及举例2.资源
4、分配1）程序存储器ROM/EPROM资源的分配2）数据存储器RAM资源的分配3）定时/计数器、中断、串行口等分配2023/1/761第9章 单片机应用系统设计及举例9.2 单片机电子时钟的设计9.2.1 功能要求功能要求本设计电子时钟主要功能为：(1)自动计时功能。(2)能显示计时时间，显示效果良好。(3)有校时功能，能对时间进行校准。扩展功能：（用户自己添加）(4)具有整点报时功能，在整点时使用蜂鸣器进行报时。(5)具有定时闹钟功能，能设定定时闹钟，在时间到时能使蜂鸣器鸣叫。2023/1/771第9章 单片机应用系统设计及举例9.2.2 总体方案设计1计时方案计时方案第一种是通过单片机内部的
5、定时器/计数器，采用软件编程来实现时钟计时，这种实现的时钟一般称为软时钟，这种方法的硬件线路简单，系统的功能一般与软件设计相关，通常用在对时间精度要求不高的场合；第二种是采用专用的硬件时钟芯片计时，这种实现的时钟一般称为硬时钟。专用的时钟芯片功能比较强大，除了自动实现基本计时外，一般还具有日历和闰年补偿等功能，计时准确，软件编程简单，但硬件成本相对较高，通常用在对时钟精度要求较高的场合。2023/1/781第9章 单片机应用系统设计及举例2显示方案显示方案LED数码管,LED数码管显示亮度高，显示内容清晢，根据具体的连接方式可分为静态显示和动态显示。LCD液晶显示,一般能显示的信息多，显示效果
6、好，而且液晶显示器一般都带控制器，显示过程由自带的控制器控制，不须要CPU参与，但液晶显示器造价相对较高。2023/1/791第9章 单片机应用系统设计及举例定时选择硬件定时，显示选择LCD液晶显示，总体设计框图2023/1/710151单片机时钟电路复位电路LCD按键时钟芯片第9章 单片机应用系统设计及举例9.2.3 主要器件介绍主要器件介绍1.DS1302简介简介DS1302是DALLAS公司推出的高性能低功耗涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历寄存器和31个字节静态RAM，实时时钟/日历寄存器能提供2100年之前的秒、分、时、日、日期、月、年等信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整
7、，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24小时或12小时格式。内部31个字节静态RAM可提供用户访问。对时钟/日历寄存器、RAM的读/写，可以采用单字节方式或多达31个字节的字符组方式；工作电压范围宽：2.05.5V；与TTL兼容，VCC=5V；温度范围宽，可在-40C+85C正常工作；采用主电源和备份电源双电源供电，备份电源可由电池或大容量电容实现；功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。2023/1/7111第9章 单片机应用系统设计及举例2.DS1302引脚功能引脚功能 2023/1/7121 X1、X2：32.768kHz晶振接入引脚。GND：地。：复位引脚，低电平有效。I/O：
8、数据输入/输出引脚，具有三态功能。SCLK：串行时钟输入引脚。VCC1：电源1引脚，备用电源。VCC2：电源2引脚,主电源。第9章 单片机应用系统设计及举例3.DS1302的时钟的时钟/日历寄存器及片内日历寄存器及片内RAM1)控制寄存器 DS1302的/RST引脚回到高电平后写入的第一个字就为控制命令。2023/1/7131D7D6D5D4D3D2D1D01A4A3A2A1A0RD/2023/1/7114寄存器名称D7D6D5D4D3D2D1D01A4A3A2A1A0RD/秒寄存器10000000或1分寄存器10000010或1小时寄存器10000100或1日寄存器10000110或1月寄存
9、器10001000或1星期寄存器10001010或1年寄存器10001100或1写保护寄存器10001110或1涓流充电寄存器10010000或1时钟突发模式10111110或1RAM011000000或1110或1RAM3011111100或1RAM突发模式11111110或12023/1/71152)日历、时钟寄存器寄存器名称取值范围D7D6D5D4D3D2D1D0秒寄存器0059CH秒的十位秒的个位分寄存器00590分的十位分的个位小时寄存器0112或002312/240A/PHR小时的个位日寄存器013100日的十位日的个位月寄存器01120001或0月的个位星期寄存器01070000
10、星期几年寄存器0199年的十位年的个位写保护寄存器WP0000000涓流充电寄存器TCSTCSTCSTCSDSDSRSRS时钟突发寄存器第9章 单片机应用系统设计及举例4)DS1302的输入/输出过程DS1302通过-RST引脚驱动输入/输出过程，当 置过-RST高电平启动输入/输出过程，在SCLK时钟的控制下，首先把控制命令字写入DS1302的控制寄存器，其次根据写入的控制命令字，依次读写内部寄存器或片内RAM单元的数据，对于日历、时钟寄存器，根据控制命令字，一次可以读写一个日历、时钟寄存器，也可以一次读写8个字节，对所有的日历、时钟寄存器(表10.5中的时钟突发模式)，写的控制命令字为0B
11、EH，读的控制命令字为0BFH；对于片内RAM单元，根据控制命令字，一次可读写一个字节，一次也可读写31个字节。当数据读写完后，过-RST变为低电平结束输入/输出过程。无论是命令字还是数据，一个字节传送时都是低位在前，高位在后，每一位的读写发生在时钟的上升沿。第9章 单片机应用系统设计及举例4.DS1302与与51单片机的接口单片机的接口 2023/1/7171VCC2X1X2GNDVCC1SCLKI/ORST+5V8051P1.2P1.3P1.4+5V驱动程序见书。第9章 单片机应用系统设计及举例9.2.4 硬件电路设计硬件电路设计2023/1/7181第9章 单片机应用系统设计及举例9.2
12、.5 软件程序设计软件程序设计2023/1/7191 软件程序划分为以下几个部分：系统主程序、DS1302驱动程序、LCD驱动程序。在主程序中调用DS1302驱动程序和LCD驱动程序，另外在主程序中还包含按键处理。DS1302驱动程序和LCD驱动程序在前面已介绍，这里主要介绍主程序。2023/1/7120程序见书第9章 单片机应用系统设计及举例9.3 单片机数显温度计设计单片机数显温度计设计9.3.1 功能要求功能要求本设计数显温度计主要功能为：(1)测量温度范围-5599。(2)测量精度0.5。(3)显示效果良好。扩展功能：（用户自己添加）(4)测量多点温度。(5)可温度上下限报警。2023
13、/1/7211第9章 单片机应用系统设计及举例9.3.2 总体方案设计总体方案设计温度测量通常可以使用两种方式来实现：一种是用热敏电阻之类的器件，第二种方法是用温度传感器芯片。本设计选择第二种方法设计的单片机数字显示温度计，显示部件选择LCD，总体框图如图。2023/1/722151单片机时钟电路复位电路LCD温度传感器芯片第9章 单片机应用系统设计及举例9.3.3 主要器件介绍主要器件介绍1.DS18B20简介简介DS18B20是DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器芯片，具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55+125；可编程为912位A/D转换精度；用户可自设定非易失
14、性的报警上下限值；被测温度用16位补码方式串行输出；测温分辨率可达0.0625；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或两根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少。可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。2023/1/7231第9章 单片机应用系统设计及举例2.DS18B20的外部结构的外部结构2023/1/7241DQ：数字信号输入/输出端。GND：电源地。VDD：外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。第9章 单片机应用系统设计及举例3.DS18B20的内部结构
15、的内部结构DS18B20内部主要由4部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器等。2023/1/7251第9章 单片机应用系统设计及举例1）光刻ROM存储器光刻ROM中存放的是64位序列号，出厂前已被光刻好，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。2）高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成2023/1/72612023/1/7127字节序号功 能0温度转换后的低字节1温度转换后的高字节2高温度触发器TH3低温度触发器TL4配置寄存器5保留6保留7保留8CRC校验寄存器2023/1/7128DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，当温度转换
16、命令发布后，转换后的温度以补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节中。以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码数形式提供，以0.0625/LSB形式表示，其中S为符号位。表9.5是12位转化后得到的12位数据，高字节的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。D7D6D5D4D3D2D1D0LS Byte232221202-12-22-32-4D7D6D5D4D3D2D1D0MS ByteSSSSS2625242023/1/7129温度/
17、16位二进制编码十六进制表示1250000 0111 1101 000007D0H850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 00102H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90HDS
18、18B20部分温度数据表2023/1/7130D7D6D5D4D3D2D1D0TMR1R011111配置寄存器用于确定温度值的数字转换分辨率，该字节各位的意义如下：其中：低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20是在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如表9.7所示(DS18B20出厂时被设置为12位)。R1R0分辨率/位温度最大转换时间/ms00993.750110187.51011275.001112750.00第9章 单片机应用系统设计及举例4.DS18B20的温度转换过程的温度转换过程根据DS18B20
19、的通信协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。DS18B20的ROM指令和RAM指令如表所示。2023/1/73112023/1/7132指 令约定代码约定代码功功 能能读ROM33H读DS18B20温度传感器ROM中的编码(即64位地址)匹配 ROM55H发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS18B20 使之作出响应，为下一步对该 DS18B20 的读写作准备搜索 ROM0H用于确定挂接在同一总线
20、上 DS18B20 的个数和识别 64 位 ROM 地址。为操作各器件做好准备跳过 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 发温度变换命令。适用于单片工作告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才作出响应 ROM指令表2023/1/7133RAM指令表指 令约定代码功 能温度变换44H启动DS18B20进行温度转换，12位转换时最长为750ms(9位为93.75ms)。结果存入内部9字节RAM中读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据复制暂存器48
21、H将RAM中第3、4字节的内容复制到EEPROM中重调 EEPROM0B8H将EEPROM中的内容恢复到RAM中的第3、4字节读供电方式0B4H读DS18B20的供电模式。寄生供电时DS18B20发送“0”，外接电源供电时DS18B20发送“1”第9章 单片机应用系统设计及举例每一步骤都有严格的时序要求，所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在前。时序可分为初始化时序、读时序和写时序。复位时要求主CPU将数据线下拉500s，然后释
22、放，DS18B20收到信号后等待1560s左右，后发出60240s的低电平，主CPU收到此信号则表示复位成功。2023/1/7341第9章 单片机应用系统设计及举例读时序分为读“0”时序和读“1”时序两个过程。对于DS18B20的读时序是从主机把单总线拉低之后，在15s之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20完成一个读时序过程至少需要60s。对于DS18B20的写时序仍然分为写“0”时序和写“1”时序两个过程。DS18B20写“0”时序和写“1”时序的要求不同，当要写“0”时，单总线要被拉低至少60s，以保证DS18B20能够在15s到45s之间正确地采样I/
23、O总线上的“0”电平；当要写“1”时，单总线被拉低之后，在15s之内就得释放单总线。2023/1/7351第9章 单片机应用系统设计及举例5.DS18B20与单片机的常见接口与单片机的常见接口2023/1/7361单片寄生电源供电方式连接图2023/1/7137单片外部电源供电方式2023/1/7138外部供电方式的多点测温电路图第9章 单片机应用系统设计及举例9.3.4 硬件电路设计硬件电路设计2023/1/7391第9章 单片机应用系统设计及举例9.3.5 系统软件程序设计系统软件程序设计单片机数字显示温度计的软件程序主要由主程序、温度测量子程序和温度转换子程序等组成。1主程序主程序在主程序中首先初始化，检测DS18B20是否存在，通过调用读温度子程序读出DS18B20的当前值，调用温度转换子程序把从DS18B20中读出的值转换成对应的温度值，温度的符号显示在LCD上，温度值的整数部分分成十位和个位显示，小数点显示，温度值的小数部分显示，循环。2023/1/74012023/1/71412温度测量子程序温度测量子程序1主程序主程序2023/1/71423温度转换子程序温度转换子程序程序见书第9章 单片机应用系统设计及举例习习 题题1、2、4、52023/1/7431