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1、本讲稿第一页，共五十二页 本章内容本章内容第二章第二章应用系统的基本组成应用系统的基本组成与设计内容与设计内容应用系统组成应用系统组成 单片机内部功能部单片机内部功能部件作用件作用单片机基础知识与科技创新单片机基础知识与科技创新应用系统设计内应用系统设计内容与设计思路容与设计思路常用的数据处理数学常用的数据处理数学模型及其程序设计模型及其程序设计本讲稿第二页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 单单 硅硅 晶晶 片片 CPU存储器控制电路定时器时钟电路I/O口单片机本讲稿第三页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设
2、计内容中央处理器中央处理器CPUCPU：8位，运算和控制功能内部内部RAMRAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。内部内部ROMROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。定时定时/计数器：计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。并行并行I/OI/O口：口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。输入、输出串行口：串行口：一个全双工串行口。通讯用。中断控制系统：中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2 个，串行中断1个）时钟电路：时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12M
3、HZ。为CPU提供时钟的。驱动单片机进行工作。其他：其他：AD,DA 显示等本讲稿第四页，共五十二页1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 P3P3口线的第二功能口线的第二功能VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5
4、P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0ALEP3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.72 2、振荡电路：、振荡电路：、振荡电路：、振荡电路：XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL23 3、复位引脚：、复位引脚：、复位引脚：、复位引脚：RSTRST4 4、并行口：、并行口：、并行口：、并行口：P0P0、P1P1、P2P2、P3P37 7、ALEALE：地址锁存控制信号：地址锁存控制信号：地址锁存控制信号：地址锁存控制信号1 1、电源线：、电源线：、电源线：、电源线：VCC(+5V)VCC(+5V)、VSS(VSS(地地地地)EAPSEN5 5、EAEA
5、：访问程序存储控制信号：访问程序存储控制信号：访问程序存储控制信号：访问程序存储控制信号6 6、PSENPSEN：外部：外部：外部：外部ROMROM读选通信号读选通信号读选通信号读选通信号RXD/TXD/INT0/INT1/T0/T1/WR/RD/本讲稿第五页，共五十二页12345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524242221第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容123
6、45678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 80318751805189C51片内片内片内片内RAMRAM片内片内片内片内ROMROM256B（字节）4K64K64K本讲稿第六页，共五十二页123456789101112131415161718192040393837363534333231302928272
7、6252424222180318051 875189C51第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容P0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0P3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7u4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口：口：P0P0，P1P1，P2P2，P3P3；u均可作为双向均可作为双向I/OI/O端口使用。端口使用。特点：特点：特点：特点：P
8、0P0：访问片外扩展存储器时，访问片外扩展存储器时，复用为低复用为低8 8位地址线和数据线位地址线和数据线 P2P2：高高8 8位地址线。位地址线。P1P1：双向双向I/OI/O端口端口 P3P3：第二功能第二功能本讲稿第七页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容涤纶电容涤纶电容C晶振图晶振图 典型的时钟电路典型的时钟电路典型的时钟电路典型的时钟电路 在在电电路路中中，电电容容通通常常取取30pF30pF，晶晶振振的的取取值值通通常常为为：1MHz-33MHz1MHz-33MHz（不不同型号的单片机的上限频率可能有差别）。同型号的单片机的上限频率可能有
9、差别）。单单片片机机必必须须在在时时钟钟的的驱驱动动下下才才能能进进行行工工作作。MCS-51MCS-51单单片片机机内内部部具具有有一一个个时时钟钟振振荡荡电电路路，只只需需要要外外接接振振荡荡器器，即即可可为为各各部部分分提供时钟信号。提供时钟信号。本讲稿第八页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容单片机型号最高时钟频率803112MHz805112MHz875112MHzAT89C205124MHzAT89C5133MHzAT89C5233MHzAT89S5324MHz常用单片机的最高时钟频率常用单片机的最高时钟频率本讲稿第九页，共五十二页第二章
10、应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容谁知道复位电路怎么起到复位的作用?复位电路的作用复位电路的作用:（1 1）上电时保证系统元件从初始状态开始，）上电时保证系统元件从初始状态开始，）上电时保证系统元件从初始状态开始，）上电时保证系统元件从初始状态开始，处于一个固定的状态处于一个固定的状态处于一个固定的状态处于一个固定的状态 （2 2）人工能够参与复位人工能够参与复位人工能够参与复位人工能够参与复位 （3 3）系统受到干扰后，运行异常，自动复位。）系统受到干扰后，运行异常，自动复位。）系统受到干扰后，运行异常，自动复位。）系统受到干扰后，运行异常，自动复位。本讲稿第十页
11、，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 阻阻 容容 上上电电 自自 动动复复 位位 电电路路手手动动复复位位电路电路RSTMCS-51R2R1MAX813LPFIMRRESETWDOWDI稳压电源P1.0“看门狗看门狗”复位电路复位电路本讲稿第十一页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容（1 1 1 1）MCS-51MCS-51MCS-51MCS-51单片机定时器计数器组成：单片机定时器计数器组成：单片机定时器计数器组成：单片机定时器计数器组成：定时器/计数器0(T0)：16位的加计数器定时器/计数器1(T1)
12、：16位的加计数器（2 2 2 2）定时器）定时器）定时器）定时器/计数器的功能计数器的功能计数器的功能计数器的功能对外部输入信号的计数功能对外部输入信号的计数功能:T0对引脚P3.4上的外部脉冲输入信号计数；T1对引脚P3.5上的外部脉冲输入信号计数.定时功能：定时功能：定时功能也是通过计数实现的，但它是通过对机器周期计数，实现定时功能。1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51P3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7本讲稿
13、第十二页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容串行传送的特点：串行传送的特点：串行传送的特点：串行传送的特点：数据按位顺序数据按位顺序数据按位顺序数据按位顺序传送传送传送传送，最少只，最少只，最少只，最少只 需一根传输线，成本低。但需一根传输线，成本低。但需一根传输线，成本低。但需一根传输线，成本低。但 速度慢。传送的距离远速度慢。传送的距离远速度慢。传送的距离远速度慢。传送的距离远(可达可达可达可达 几千公里）。几千公里）。几千公里）。几千公里）。并行传送的特点：并行传送的特点：并行传送的特点：并行传送的特点：各数据位同时传送，速度快、各数据位同时传
14、送，速度快、各数据位同时传送，速度快、各数据位同时传送，速度快、效率高。传送线多效率高。传送线多效率高。传送线多效率高。传送线多,成本高。成本高。成本高。成本高。传送距离传送距离传送距离传送距离 30 30 30 30米。米。米。米。计算机数据传送方式：计算机数据传送方式：计算机数据传送方式：计算机数据传送方式：并行和串行数据传送。并行和串行数据传送。并行和串行数据传送。并行和串行数据传送。(1)(1)基本概念基本概念基本概念基本概念 本讲稿第十三页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 (1)(1)基本概念基本概念基本概念基本概念 信息信息各式各式上
15、分上分 异步通信方式异步通信方式按字符传输按字符传输 同步通信方式同步通信方式按数据块传输按数据块传输 串行通信通信又分为异步和同步两种方式。串行通信通信又分为异步和同步两种方式。串行通信通信又分为异步和同步两种方式。串行通信通信又分为异步和同步两种方式。在单片机中使用是异步方式。在单片机中使用是异步方式。在单片机中使用是异步方式。在单片机中使用是异步方式。本讲稿第十四页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 异步串行通信的字符格式：异步串行通信的字符格式：异步串行通信的字符格式：异步串行通信的字符格式：(1)(1)基本概念基本概念基本概念基本概念 异
16、步串行通信以字符为单位，一个字符一个字符地传送。异步串行通信以字符为单位，一个字符一个字符地传送。异步串行通信以字符为单位，一个字符一个字符地传送。异步串行通信以字符为单位，一个字符一个字符地传送。对异步串行通信的字符格式如下对异步串行通信的字符格式如下对异步串行通信的字符格式如下对异步串行通信的字符格式如下：01停停止止位位起始起始位位低位低位高位高位8 位数据位位数据位奇偶校奇偶校验验停停止止位位第第N个字符个字符第第N-1个字符个字符本讲稿第十五页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 (2)(2)串行口的基本结构串行口的基本结构串行口的基本结构
17、串行口的基本结构 MCS-51 单片机串行接口的硬件单片机串行接口的硬件 MCS-51 单片机串行接口的控制单片机串行接口的控制 MCS-51 单片机串行接口工作方式单片机串行接口工作方式 P3.0 位的第二功能位的第二功能 收端收端 RXD P3.1 位的第二功能位的第二功能 发端发端 TXD 寄存器寄存器 SCON、PCON、SBUF 寄存器寄存器 IE、IP 方式方式 0 方式方式 2 方式方式 1 方式方式 31234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51
18、P3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7本讲稿第十六页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 (2)(2)串行口的基本结构串行口的基本结构串行口的基本结构串行口的基本结构 多机通信系统示意图多机通信系统示意图主从结构主从结构本讲稿第十七页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 (1 (1）日常中断的例子）日常中断的例子）日常中断的例子）日常中断的例子 你正在专心看书，突然电话铃响，于是你记下正在看的书的页数，去接电话，接完电话后再回来接着看书。本讲稿第十八页，共五十二页第二章应
19、用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 (2 (2）单片机中的中断概念）单片机中的中断概念）单片机中的中断概念）单片机中的中断概念中断中断是指由于某种随机事件的发生，计算机暂停现行程序的运行，转去执行另一程序，以处理发生的事件，处理完毕后又自动返回原来的程序继续运行。将能引起中断的事件称为中断源中断源。CPU现行运行的程序称为主程序为主程序。处理随机事件的程序称为中断服务子程中断服务子程序。序。本讲稿第十九页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 (2 (2）中断技术的优点）中断技术的优点）中断技术的优点）中断技术的优点v分时操作
20、 CPUCPU可以同多个外设可以同多个外设“同时同时”工作工作v实时处理 CPUCPU及时处理随机事件及时处理随机事件v故障处理 电源掉电、存储出错、运算溢出电源掉电、存储出错、运算溢出 本讲稿第二十页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 MCS-51MCS-51单片机具有多中断控制单片机具有多中断控制 它由以下几部分组成：它由以下几部分组成：定时中断：定时中断：由单片机的定时器由单片机的定时器/计数器的溢出标志触发的中断，计数器的溢出标志触发的中断，MCS-51MCS-51单片机有单片机有T0T0和和T1T1两个定时中断。两个定时中断。串行口中断：
21、串行口中断：为单片机的串行数据传输设置的中断，为单片机的串行数据传输设置的中断，MCS-51MCS-51单单片机有片机有1 1个串行中断。个串行中断。可以设定可以设定外中断：外中断：由外部信号触发的中断，MCS-51有2个中断（INT0INT0INT0INT0）和（）和（）和（）和（INT1INT1INT1INT1）组成。本讲稿第二十一页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 例子例子1 1 电烤箱单片机温控系统设计电烤箱单片机温控系统设计电烤箱单片机温控系统设计电烤箱单片机温控系统设计 设计要求设计要求设计要求设计要求：电烤箱内温度可在电烤箱内温度可
22、在40-20040-200度范围内任意设定。度范围内任意设定。利用利用LEDLED数码管上显示电烤箱内温度。数码管上显示电烤箱内温度。单片机采用单片机采用89C5289C52（内有（内有4K4K程序存储器）。程序存储器）。电热箱采用电热丝加热。电热箱采用电热丝加热。能够将电烤箱内温度控制在设定。能够将电烤箱内温度控制在设定。2.1 2.1 单片机应用系统实例单片机应用系统实例单片机应用系统实例单片机应用系统实例 本讲稿第二十二页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 例子例子1 1 电烤箱单片机温控系统设计电烤箱单片机温控系统设计-设计思路设计思路设计
23、思路设计思路温度传感器检测电热箱内的温度，经放大后，并经温度传感器检测电热箱内的温度，经放大后，并经A/DA/D转换为数转换为数字量后。送入单片机字量后。送入单片机；-硬件硬件按数字量与模拟量成按数字量与模拟量成正比正比关系运算得到对应的模拟温度值；关系运算得到对应的模拟温度值；-软软件件把温度模拟值送往把温度模拟值送往LEDLED数码管数码管显示器显示显示器显示（软件（软件+硬件）硬件）。利用拨码（利用拨码（BCDBCD码）键盘设定温度码）键盘设定温度（硬件（硬件+软件）软件）。控制方法：控制方法：单片机将设定的温度值与检测到的电热箱中的实际温度单片机将设定的温度值与检测到的电热箱中的实际温
24、度进行比较，并调节运算后，发出控制信号（软件）进行比较，并调节运算后，发出控制信号（软件）经光电隔离器去经光电隔离器去驱动双向可控硅以调节加在电热丝的电压，从而控制电热箱的温驱动双向可控硅以调节加在电热丝的电压，从而控制电热箱的温度（度（硬件）硬件）。2.1 2.1 单片机应用系统实例单片机应用系统实例单片机应用系统实例单片机应用系统实例 本讲稿第二十三页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 例子例子1 1 电烤箱单片机温控系统设计电烤箱单片机温控系统设计硬件电路框图硬件电路框图硬件电路框图硬件电路框图 2.1 2.1 单片机应用系统实例单片机应用系
25、统实例单片机应用系统实例单片机应用系统实例 本讲稿第二十四页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 2.1 2.1 单片机应用系统实例单片机应用系统实例单片机应用系统实例单片机应用系统实例 例子例子1 1 电烤箱单片机温控系统设计电烤箱单片机温控系统设计 软件程序规划：软件程序规划：初始化程序：存储器初始化程序：存储器,定时中断，定时中断，I/OI/O口等。口等。控制周期计算程序：可以用定时中断。控制周期计算程序：可以用定时中断。A/DA/D转换器驱动程序（转换器驱动程序（采样程序）采样程序）采样程序）采样程序），得到相应的数字量，滤波程序；得到相应的
26、数字量，滤波程序；标度变换程序：标度变换程序：按数字量与模拟量成按数字量与模拟量成正比正比关系运算得到对应的模关系运算得到对应的模拟温度值（也是数字量）；拟温度值（也是数字量）；显示程序：显示程序：驱动驱动LEDLED数码管数码管显示器（数码转化）显示器（数码转化）。键盘管理程序键盘管理程序。控制程序控制程序。本讲稿第二十五页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 2.1 2.1 单片机应用系统实例单片机应用系统实例单片机应用系统实例单片机应用系统实例 例子例子1 1 电烤箱单片机温控系统设计电烤箱单片机温控系统设计 软件程序软件程序-主程序：主程序：
27、本讲稿第二十六页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 2.2 2.2 单片机应用系统组成单片机应用系统组成单片机应用系统组成单片机应用系统组成单片机应用系统单片机应用系统单单片片机机接口接口电路电路及外及外部设部设备等备等软软软软件件件件硬件硬件硬件硬件单单片片机机应应用用系系统统:由由硬硬件件系系统统和和软软件件系系统统组成组成硬件是硬件是应用系统的基础应用系统的基础软件是在硬件的基础上软件是在硬件的基础上对其资源进行合对其资源进行合理调配和使用理调配和使用，从而完成应用系统，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺所要求的任务，二者相互依赖
28、，缺一不可一不可本讲稿第二十七页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 3.1 3.1 系统设计内容系统设计内容系统设计内容系统设计内容1）单片机主系统设计）单片机主系统设计-硬件硬件2)2)接口电路及外设设计接口电路及外设设计(包括包括抗干扰设计）抗干扰设计）-硬件硬件3)3)应用软件设计应用软件设计(包括抗干扰设包括抗干扰设计）计）单片机主系统单片机主系统主系统设计内容主系统设计内容 a.a.单片机选型；单片机选型；b.MSC-51b.MSC-51系列片内有程序存储器的机型，只需在片外配上电源、复系列片内有程序存储器的机型，只需在片外配上电源、复位
29、电路、振荡电路，这样便于对单片机系统进行测试与调试。位电路、振荡电路，这样便于对单片机系统进行测试与调试。c.c.配置能满足应用系统要求的一些外围功能器件。配置能满足应用系统要求的一些外围功能器件。本讲稿第二十八页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 3.2 3.2 单片机应用系统设计思路单片机应用系统设计思路单片机应用系统设计思路单片机应用系统设计思路经历四个主要步骤：经历四个主要步骤：总体设计阶段、硬件设计、软件设计及系统调试和维护。总体设计阶段、硬件设计、软件设计及系统调试和维护。总体设计：总体设计：需求分析，方案论证。需求分析，方案论证。需求
30、分析需求分析:被测控参数的形式（电量、非电量、模拟量、数被测控参数的形式（电量、非电量、模拟量、数字量等）、被测控参数的范围、性能指标、系统功能、工作环字量等）、被测控参数的范围、性能指标、系统功能、工作环境、显示、报警、打印要求等。境、显示、报警、打印要求等。方案论证方案论证:根据要求设计出符合现场条件的软硬件方案，又要使系根据要求设计出符合现场条件的软硬件方案，又要使系统简单、经济、可靠，这是进行方案论证与总体设计一贯坚持的原统简单、经济、可靠，这是进行方案论证与总体设计一贯坚持的原则。则。本讲稿第二十九页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 3
31、.2 3.2 单片机应用系统设计思路单片机应用系统设计思路单片机应用系统设计思路单片机应用系统设计思路硬件设计硬件设计:选择器件、电路设计、电路板制作和硬件调试。选择器件、电路设计、电路板制作和硬件调试。软件设计软件设计:软件流程设计、编程和调试。软件流程设计、编程和调试。系统调试与性能测定：系统调试与性能测定：硬件软件联调与优化。硬件软件联调与优化。文件编制文件编制:设计思想及设计方案论证、硬件电路图及元器件清单、设计思想及设计方案论证、硬件电路图及元器件清单、软件流程图及程序清单、调试记录、性能测定及现场试用报告、软件流程图及程序清单、调试记录、性能测定及现场试用报告、使用说明等。使用说明
32、等。经历四个主要步骤：经历四个主要步骤：总体设计阶段、硬件设计、软件设计及系统调试和维护。总体设计阶段、硬件设计、软件设计及系统调试和维护。本讲稿第三十页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 流程图流程图流程图流程图本讲稿第三十一页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 3.3 3.3 单片机应用系统硬件设计单片机应用系统硬件设计单片机应用系统硬件设计单片机应用系统硬件设计 1 1 1 1）单片机主系统设计；）单片机主系统设计；）单片机主系统设计；）单片机主系统设计；2)2)2)2)接口电路及外设设计接口电路
33、及外设设计接口电路及外设设计接口电路及外设设计(包括抗干扰设计）包括抗干扰设计）包括抗干扰设计）包括抗干扰设计）包括：包括：选择器件、电路设计、电路板制作和硬件调试。选择器件、电路设计、电路板制作和硬件调试。单单单单片片片片机机机机内内内内容容容容的的的的功功功功能能能能单单单单元元元元如如如如ROMROMROMROM、RAMRAMRAMRAM、I/OI/OI/OI/O、定定定定时时时时器器器器/计计计计数数数数器器器器、中中中中断断断断系系系系统统统统等等等等不不不不能能能能满满满满足足足足应应应应用用用用系系系系统统统统的的的的要要要要求求求求时时时时必必必必须须须须在在在在片片片片外外外
34、外进进进进行行行行扩扩扩扩展展展展，选选选选择择择择适当的芯片，设计相应的电路。适当的芯片，设计相应的电路。适当的芯片，设计相应的电路。适当的芯片，设计相应的电路。-系统开展系统开展系统开展系统开展 按按按按照照照照系系系系统统统统功功功功能能能能要要要要求求求求配配配配置置置置外外外外围围围围设设设设备备备备，如如如如键键键键盘盘盘盘、显显显显示示示示器器器器、打打打打印印印印机机机机、模模模模拟拟拟拟量量量量/数字量的转换器等，设计合适的数字量的转换器等，设计合适的数字量的转换器等，设计合适的数字量的转换器等，设计合适的接口电路。接口电路。接口电路。接口电路。（1 1 1 1）硬件设计内容
35、）硬件设计内容）硬件设计内容）硬件设计内容：本讲稿第三十二页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 3.3 3.3 单片机应用系统硬件设计单片机应用系统硬件设计单片机应用系统硬件设计单片机应用系统硬件设计 1 1 1 1）尽尽尽尽可可可可能能能能选选选选择择择择典典典典型型型型电电电电路路路路，并并并并符符符符合合合合单单单单片片片片机机机机常常常常规规规规用用用用法法法法。为为为为硬硬硬硬件件件件系系系系统统统统的的的的标标标标准准准准化化化化、模模模模块块块块化化化化打打打打下下下下良好的基础。良好的基础。良好的基础。良好的基础。2 2 2 2）应
36、充分满足应用系统的功能要求，并留有余地。）应充分满足应用系统的功能要求，并留有余地。）应充分满足应用系统的功能要求，并留有余地。）应充分满足应用系统的功能要求，并留有余地。3 3 3 3）硬硬硬硬件件件件结结结结构构构构应应应应结结结结合合合合应应应应用用用用软软软软件件件件方方方方案案案案一一一一并并并并考考考考虑虑虑虑。考考考考虑虑虑虑的的的的原原原原则则则则是是是是：软软软软件件件件能能能能实实实实现现现现的的的的功功功功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但应注意，系统运行速度能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但应注意，系统运行速度能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但应注意，系统运
37、行速度能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但应注意，系统运行速度,实时性实时性实时性实时性.4 4 4 4）系系系系统统统统中中中中的的的的相相相相关关关关器器器器件件件件要要要要尽尽尽尽可可可可能能能能做做做做到到到到性性性性能能能能匹匹匹匹配配配配。如如如如选选选选用用用用CMOSCMOSCMOSCMOS芯芯芯芯片片片片单单单单片片片片机机机机构构构构成成成成低低低低功功功功耗耗耗耗系系系系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。5 5 5 5）必
38、必必必须须须须进进进进行行行行可可可可靠靠靠靠性性性性及及及及抗抗抗抗干干干干扰扰扰扰设设设设计计计计.包包包包括括括括芯芯芯芯片片片片、器器器器件件件件选选选选择择择择、去去去去耦耦耦耦滤滤滤滤波波波波、印印印印刷刷刷刷电电电电路路路路板板板板布线、通道隔离等。布线、通道隔离等。布线、通道隔离等。布线、通道隔离等。6 6 6 6）单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。（2 2 2 2）硬件设计原则）硬件设计原则）硬件设计原则）硬件设计原则：本讲稿第三十三页，共五十
39、二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 3.3 3.3 单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计 建立数学模型；编程序。建立数学模型；编程序。建立数学模型；编程序。建立数学模型；编程序。应应应应对对对对被被被被控控控控对对对对象象象象的的的的物物物物理理理理过过过过程程程程和和和和计计计计算算算算任任任任务务务务进进进进行行行行全全全全面面面面分分分分析析析析，并并并并从从从从中中中中提炼出数学表达式，提炼出数学表达式，提炼出数学表达式，提炼出数学表达式，即建立数学模型。即建立数学模型。即建立数学模型。即建立数学
40、模型。数数数数学学学学模模模模型型型型的的的的形形形形式式式式是是是是多多多多样样样样的的的的，可可可可以以以以是是是是一一一一系系系系列列列列数数数数学学学学表表表表达达达达式式式式，可可可可以以以以是是是是数数数数学学学学推理和判断，也可以是运行状态的模拟。推理和判断，也可以是运行状态的模拟。推理和判断，也可以是运行状态的模拟。推理和判断，也可以是运行状态的模拟。例例例例如如如如：在在在在测测测测量量量量系系系系统统统统中中中中从从从从模模模模拟拟拟拟输输输输入入入入通通通通道道道道得得得得到到到到的的的的温温温温度度度度、流流流流量量量量、压压压压力力力力等等等等现现现现场场场场信信信信
41、息息息息与与与与该该该该信信信信号号号号对对对对应应应应的的的的实实实实际际际际值值值值往往往往往往往往存存存存在在在在非非非非线线线线性性性性关关关关系系系系，需需需需要要要要进进进进行行行行非线性补偿。非线性补偿。非线性补偿。非线性补偿。非线性补偿常用方法有：非线性补偿常用方法有：非线性补偿常用方法有：非线性补偿常用方法有：查表法、插值法、曲线拟合查表法、插值法、曲线拟合查表法、插值法、曲线拟合查表法、插值法、曲线拟合等。等。等。等。（1 1 1 1）软件设计内容）软件设计内容）软件设计内容）软件设计内容：本讲稿第三十四页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组
42、成与设计内容 3.3 3.3 单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计 （2 2 2 2）程序采用结构设计）程序采用结构设计）程序采用结构设计）程序采用结构设计-模块化结构模块化结构模块化结构模块化结构 1)1)1)1)最低一层，最低一层，最低一层，最低一层，(通用子程序库通用子程序库通用子程序库通用子程序库)，包括，包括，包括，包括:a.a.a.a.一般性子程序一般性子程序一般性子程序一般性子程序,如四则运算、开方运算、数的转换等。b.b.b.b.过程控制通用子程序。过程控制通用子程序。过程控制通用子程序。过程控制通用子程序。包括过程控制中常用
43、的控制算法.打印机及显示器的驱动子程序、数据传送和变换子程序。2)2)2)2)执行功能模块层执行功能模块层执行功能模块层执行功能模块层 在通用子程序库的基础上，根据对过程控制系统结构的归纳、分类和规范化，组成各执行功能模块.3)3)3)3)系统监控与管理模块层系统监控与管理模块层系统监控与管理模块层系统监控与管理模块层 它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度的角色。它包括主程序和管理程序 整整个个程程序序体体现现一一个个橄橄榄榄球球状状，即即：通通用用子子程程序序和管理程序相对要小和管理程序相对要小本讲稿第三十五页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章
44、应用系统的基本组成与设计内容 3.3 3.3 单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计 （3 3 3 3）程序编写）程序编写）程序编写）程序编写 方法：方法：方法：方法：1 1 1 1）先从上到下得到程序流程图。）先从上到下得到程序流程图。）先从上到下得到程序流程图。）先从上到下得到程序流程图。分解为多个分解为多个分解为多个分解为多个子模块。子模块。子模块。子模块。要根据系统的任务和控制对象的数学要根据系统的任务和控制对象的数学要根据系统的任务和控制对象的数学要根据系统的任务和控制对象的数学模型，结合数学模型确立具体的算法和步模型，结合数学模型确
45、立具体的算法和步模型，结合数学模型确立具体的算法和步模型，结合数学模型确立具体的算法和步骤，将其演化成计算机能处理的形式，然骤，将其演化成计算机能处理的形式，然骤，将其演化成计算机能处理的形式，然骤，将其演化成计算机能处理的形式，然后画出子模块的所有流程图。后画出子模块的所有流程图。后画出子模块的所有流程图。后画出子模块的所有流程图。本讲稿第三十六页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 3.3 3.3 单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计单片机应用系统软件设计 （3 3 3 3）程序编写）程序编写）程序编写）程序编写 方
46、法：方法：方法：方法：2 2 2 2）完成软件流程设计后，进行程序编写和调试）完成软件流程设计后，进行程序编写和调试）完成软件流程设计后，进行程序编写和调试）完成软件流程设计后，进行程序编写和调试.原原原原则则则则:自自自自下下下下而而而而上上上上,先先先先基基基基本本本本子子子子程程程程序序序序后后后后功功功功能能能能子子子子程程程程序序序序,再再再再形形形形成成成成系系系系统统统统程程程程序序序序.这样编程每进行一步都有结果这样编程每进行一步都有结果这样编程每进行一步都有结果这样编程每进行一步都有结果,好调试好调试好调试好调试.。如如:Y=(A*B)+(C*D)=Y1 +Y2:Y=(A*B
47、)+(C*D)=Y1 +Y2子程子程序序1 1 (A*B)(A*B)子程子程序序2 2 (C*D)(C*D)本讲稿第三十七页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 4.14.1标度变换及其程序设计标度变换及其程序设计标度变换及其程序设计标度变换及其程序设计 （1 1 1 1）概念）概念）概念）概念 各种被测量不仅量纲不同，其数值变化范围也相差很大。为了各种被测量不仅量纲不同，其数值变化范围也相差很大。为了各种被测量不仅量纲不同，其数值变化范围也相差很大。为了各种被测量不仅量纲不同，其数值变化范围也相差很大。为了便于数据采集，各信号对应的传感器均将他们要
48、处理成与便于数据采集，各信号对应的传感器均将他们要处理成与便于数据采集，各信号对应的传感器均将他们要处理成与便于数据采集，各信号对应的传感器均将他们要处理成与A/DA/DA/DA/D转换转换转换转换器输入特性相匹配的电压信号（如器输入特性相匹配的电压信号（如器输入特性相匹配的电压信号（如器输入特性相匹配的电压信号（如0 0 0 05V5V5V5V）送至计算机。）送至计算机。）送至计算机。）送至计算机。即：无论即：无论即：无论即：无论何种量纲信号，计算机通过何种量纲信号，计算机通过何种量纲信号，计算机通过何种量纲信号，计算机通过A/DA/DA/DA/D得到的数字信号是一样的，不是得到的数字信号是
49、一样的，不是得到的数字信号是一样的，不是得到的数字信号是一样的，不是实实实实际数值际数值际数值际数值。为了使显示、记录、打印等结果能反映被测量的实际数值，就为了使显示、记录、打印等结果能反映被测量的实际数值，就为了使显示、记录、打印等结果能反映被测量的实际数值，就为了使显示、记录、打印等结果能反映被测量的实际数值，就必须对必须对必须对必须对A/DA/DA/DA/D转换后的数字信号进行变换。这种测量结果的数字变换就是标转换后的数字信号进行变换。这种测量结果的数字变换就是标转换后的数字信号进行变换。这种测量结果的数字变换就是标转换后的数字信号进行变换。这种测量结果的数字变换就是标度变换度变换度变换
50、度变换本讲稿第三十八页，共五十二页第二章应用系统的基本组成与设计内容第二章应用系统的基本组成与设计内容 4.14.1标度变换及其程序设计标度变换及其程序设计标度变换及其程序设计标度变换及其程序设计 （2 2 2 2）线性仪表的标度变换）线性仪表的标度变换）线性仪表的标度变换）线性仪表的标度变换对于具有线性特性的仪表，其标度变换可用如下公式表示：对于具有线性特性的仪表，其标度变换可用如下公式表示：对于具有线性特性的仪表，其标度变换可用如下公式表示：对于具有线性特性的仪表，其标度变换可用如下公式表示：u uAmAmAmAm为测量上限；为测量上限；为测量上限；为测量上限；u uNmNmNmNm为上限