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1、第12章微机应用系统设计案例教学重点教学重点 本本章章是是在在掌掌握握微微型型计计算算机机软软硬硬件件原原理理的的基基础础上学习系统的设计与开发。上学习系统的设计与开发。难点：难点：微型计算机系统的开发与设计微型计算机系统的开发与设计重点：重点：微型计算机系统开发步骤及方法微型计算机系统开发步骤及方法了解：了解：微型计算机系统应用的领域及特点微型计算机系统应用的领域及特点12.1.2 硬件设计硬件设计 微微型型计计算算机机系系统统的的硬硬件件设设计计有有从从元元件件级级上上的的设设计计和和利利用用应应用用板板（单单片片单单板板机机）构构成成系系统统两大类。两大类。1.1.从从元元件件级级上上的
2、的设设计计：配配置置必必须须的的存存储储器器、接接口口电电路路和和外外围围设设备备而而组组成成一一个个系系统统。要要考考虑虑的的主主要要因因素素有有：微微处处理理器器选选择择、存存储储器器配配置置、输输入入通通道道设设计计、输输出出通通道道设设计计、电电源源配配置置和和打打印印、显显示示、报报警警、通通信信、操操作作、信信号等接口电路。号等接口电路。2.2.利利用用应应用用板板设设计计：指指选选用用市市面面上上销销售售的的通通用用微微处处理理器产品器产品，可以缩短开发周期。，可以缩短开发周期。12.1.2 硬件设计硬件设计硬件电路设计时应注意的几个问题硬件电路设计时应注意的几个问题：1.1.程
3、程序序存存储储器器：尽尽量量避避免免用用小小容容量量的的芯芯片片组组合合扩扩充充成成大容量的存储器。大容量的存储器。2.2.数数据据存存储储器器和和I IO O接接口口：应应尽尽量量减减少少芯芯片片数数量量，使使译码电路简单。译码电路简单。3.3.地址译码电路：地址译码电路：优先考虑线选法优先考虑线选法 4.4.总总线线驱驱动动能能力力：数数据据总总线线宜宜采采用用双双向向8 8路路三三态态缓缓冲冲器器74LS24574LS245作作为为总总线线驱驱动动器器；地地址址和和控控制制总总线线可可采采用用单单向向8 8路三态缓冲器路三态缓冲器74LS24474LS244作为作为单向总线驱动器。单向总
4、线驱动器。5.5.系统速度匹配系统速度匹配12.1.3 软件设计软件设计 按照按照先粗后细先粗后细的办法，把整个系统软件划分的办法，把整个系统软件划分成成多个功能独立、大小适当的模块多个功能独立、大小适当的模块，应有以下特，应有以下特点：点：1.1.结构清晰、简捷、流程合理结构清晰、简捷、流程合理 2.2.各功能块程序化、子程序化各功能块程序化、子程序化 3.3.程序存储区、数据存储区规划合理程序存储区、数据存储区规划合理 4.4.各功能程序的运行状态、运行结果以及运行要求尽量设置状态各功能程序的运行状态、运行结果以及运行要求尽量设置状态标志标志 5.5.做好抗干扰设计做好抗干扰设计 6.6.
5、设置自诊断程序设置自诊断程序 开始开始 系统需求和可行性分析系统需求和可行性分析 确定系统总体方案设计划分软硬件功能确定系统总体方案设计划分软硬件功能 硬硬件件设设计计绘制硬件框图绘制硬件框图设计硬件电路设计硬件电路绘制印刷电路板图绘制印刷电路板图制作电路板制作电路板硬件电路调试硬件电路调试软软件件设设计计软件资源划分软件资源划分软件结构模块划分软件结构模块划分程序设计程序设计程序调试程序调试系统综合调试系统综合调试 排除故障，修正软硬件排除故障，修正软硬件 程序固化，应用系统独立运行程序固化，应用系统独立运行 完成研制完成研制 图12-1 微机系统开发流程图 12.2 微机应用系统开发微机应
6、用系统开发12.2.1 微机应用的开发微机应用的开发12.2.2 开发工具的组成和功能开发工具的组成和功能12.2.3 具体开发系统简介具体开发系统简介10.2.4 微机应用系统的调试微机应用系统的调试主讲内容主讲内容12.2.1 微机应用的开发微机应用的开发1.1.开发的意义开发的意义2.2.开发需要解决的问题开发需要解决的问题 编编程程：根据开根据开发发工具的性能，可以有机器工具的性能，可以有机器语语言、言、汇编语汇编语言和高言和高级语级语言三种不同言三种不同级别级别的的编编程方式。程方式。排排错错：主要是指主要是指对单对单片机片机应应用系用系统统的硬件、的硬件、软软件件进进行行综综合合调
7、试调试。仿真：仿真：仿真仿真实际实际上也是一种上也是一种软软件和硬件件和硬件综综合在一合在一起的排起的排错调试错调试手段，它能加速目手段，它能加速目标应标应用系用系统统的开的开发发。12.2.1 微机应用的开发微机应用的开发 3.3.开发的手段开发的手段 通用机模拟开发通用机模拟开发 在线仿真开发在线仿真开发 在线仿真就是把开发的目标系统连接到仿真器上，在在线仿真就是把开发的目标系统连接到仿真器上，在仿真软、硬件环境支持下的在线开发。仿真软、硬件环境支持下的在线开发。开发工具也有不同类型。主要有以下三种：开发工具也有不同类型。主要有以下三种：通用型微机仿真器开发系统通用型微机仿真器开发系统通用
8、型微机仿真器开发系统通用型微机仿真器开发系统 实用型开发系统实用型开发系统实用型开发系统实用型开发系统 通用机开发系统通用机开发系统通用机开发系统通用机开发系统 12.2.2开发工具的组成开发工具的组成1开发工具的组成开发工具的组成 主机主机 在线仿真器在线仿真器 仿真软件仿真软件2 2实时在线仿真功能实时在线仿真功能 实时在线仿真器的功能可以分为调试功能和辅助设计实时在线仿真器的功能可以分为调试功能和辅助设计功能。功能。调试功能调试功能 运运行行控控制制功功能能：应应能能以以单单步步、断断点点(多多种种断断点点条条件件)、连连续续三种方式运行程序三种方式运行程序 状状态态的的读读出出和和修修
9、改改功功能能：用用户户可可以以读读出出修修改改目目标标系系统统所所有资源的状态，以便检查运行的结果。有资源的状态，以便检查运行的结果。跟踪功能：跟踪功能：具有逻辑分析仪的功能。具有逻辑分析仪的功能。12.2.2开发工具的组成开发工具的组成 辅助设计功能辅助设计功能程序设计语言：汇编或程序设计语言：汇编或C/C+语言等。语言等。程序编辑。程序编辑。其它软件功能：如反汇编程序和实用子程序库。其它软件功能：如反汇编程序和实用子程序库。12.2.3 微机应用系统的调试微机应用系统的调试微机应用系统调试包括硬件调试和软件调试两微机应用系统调试包括硬件调试和软件调试两项内容。项内容。1.硬件调试硬件调试
10、硬件调试的任务是排除应用系统的硬件电路硬件调试的任务是排除应用系统的硬件电路故障，包括设计性错误、工艺性故障和样机故故障，包括设计性错误、工艺性故障和样机故障：障：脱机测试脱机测试 检查线路检查线路 核对元器件核对元器件 检查电源系统检查电源系统 外围电路调试外围电路调试12.2.3 微机应用系统的调试微机应用系统的调试 联机调试联机调试 测试扩展测试扩展RAM 测试测试I/O接口和设备接口和设备 试验晶振和复位电路试验晶振和复位电路 测试测试A/D和和D/A转换电路转换电路 其它外设的测试其它外设的测试12.2.3 微机应用系统的调试微机应用系统的调试2.软件调试软件调试 单步运行单步运行
11、断点运行断点运行 连续运行连续运行 检查和修改存储器单元的内容检查和修改存储器单元的内容 检查和修改寄存器的内容检查和修改寄存器的内容 符号化调试符号化调试12.2.3 微机应用系统的调试微机应用系统的调试3.软硬件综合调试软硬件综合调试 在系统综合调试时，应将全部硬件（包括外设）连接在系统综合调试时，应将全部硬件（包括外设）连接好，应用程序也都组合好。进行完整系统的软硬件调试，好，应用程序也都组合好。进行完整系统的软硬件调试，不断地调整修改应用系统的软硬件，进一步排除较难发现不断地调整修改应用系统的软硬件，进一步排除较难发现的软硬件错误，使系统达到预期的技术指标。的软硬件错误，使系统达到预期
12、的技术指标。12.3 应用系统设计实例应用系统设计实例12.3.1 系统分析和总体设计系统分析和总体设计12.3.2 系统的硬件电路设计系统的硬件电路设计 12.3.3 系统的软件设计系统的软件设计 主讲内容主讲内容12.3 应用系统设计实例应用系统设计实例实例：实例：现要求设计一个单片机温度控制系统，自动控制一个温室的温现要求设计一个单片机温度控制系统，自动控制一个温室的温度，实现如下功能：度，实现如下功能：要求温室温度为三档：第一档为室温，第二档为要求温室温度为三档：第一档为室温，第二档为40，第三，第三档为档为50。温度控制误差。温度控制误差2。升温由升温由3台台1000W的电炉实现。若
13、的电炉实现。若3台电炉同时工作时，可保台电炉同时工作时，可保证温室温度在证温室温度在3min内超过内超过60。要求实时显示温室温度，显示位数为要求实时显示温室温度，显示位数为3位，即位，即.（如（如38.7）。）。当不能保证所要求温度范围时，发出声光报警信号。当不能保证所要求温度范围时，发出声光报警信号。对升温和降温过程时间不作要求。对升温和降温过程时间不作要求。系统总体分析系统总体分析系统硬件设计系统硬件设计系统软件设计系统软件设计12.3.1 系统分析和总体设计系统分析和总体设计 1.对温度控制系统的分析对温度控制系统的分析 温度测量温度测量 模拟信号到数字信号的转换（模拟信号到数字信号的
14、转换（A/D）温温度度控控制制 电电炉炉的的通通电电或或断断电电实实现现实实现现温温度度控控制制，需需要要开关量输出通道开关量输出通道。温度给定温度给定 要有相应的给定输入装置，如要有相应的给定输入装置，如键盘键盘。温度显示温度显示 按要求实时按要求实时显示显示温室的温度值。温室的温度值。报警报警 声光报警信号声光报警信号。12.3.1 系统分析和总体设计系统分析和总体设计2.控制方案的确定控制方案的确定 对温度控制精度要求不高，可选用对温度控制精度要求不高，可选用继电器控制继电器控制方式方式 第一档第一档 给定温度为室温，切除所有电炉。给定温度为室温，切除所有电炉。第二档第二档 给定温度为给
15、定温度为40，一般情况为，一般情况为1台电炉工作。台电炉工作。第三档第三档 给定温度为给定温度为50，一般情况为，一般情况为2台电炉工作。台电炉工作。检测温室检测温室 取取A/D采样周期为采样周期为30s。12.3.1 系统分析和总体设计系统分析和总体设计3.硬件和软件功能划分硬件和软件功能划分硬件系统包括：硬件系统包括：温度测量电路，即传感器、放大器、温度测量电路，即传感器、放大器、A/D转换及接口；转换及接口；温度控制电路，即开关量输出和电炉驱动；温度控制电路，即开关量输出和电炉驱动；温度显示电路和输出报警电路等。温度显示电路和输出报警电路等。软件功能包括：软件功能包括：温度检测（定时采样
16、、软件滤波）功能；温度检测（定时采样、软件滤波）功能；利用定时器实现利用定时器实现30s定时，以满足采样周期的要求；定时，以满足采样周期的要求；温度控制的实现，三台电炉的通电与断电；温度控制的实现，三台电炉的通电与断电；实现定时器实现定时器30s定时，满足采样周期的要求；定时，满足采样周期的要求；显示温度和输出报警。显示温度和输出报警。12.3.1 系统分析和总体设计系统分析和总体设计 4.系统结构框图系统结构框图 图12-2 温度控制系统结构框图12.3.2 系统的硬件电路设计系统的硬件电路设计1.微机的选择微机的选择 本例对控制精度要求不高，控制功能一般，此外采本例对控制精度要求不高，控制
17、功能一般，此外采集和处理的数据不多且不需要保留，故选择常用集和处理的数据不多且不需要保留，故选择常用X86系列系列微机中的微机中的8086/8088作为作为CPU即可。即可。2.输入通道设计输入通道设计 包括温度传感器、放大器和包括温度传感器、放大器和A/D转换器三部分。转换器三部分。温度检温度检测采用温度传感器测采用温度传感器AD590，运算放大器，运算放大器OP07作为信号放作为信号放大器，大器，A/D转换器采用转换器采用ADC0809。12.3.2 系统的硬件电路设计系统的硬件电路设计3.输出通道设计输出通道设计 输出通道有输出通道有3条，光电耦合双向晶闸管驱动电路，条，光电耦合双向晶闸
18、管驱动电路，分别控制分别控制3台电炉通电和断电。台电炉通电和断电。4.人机接口设计人机接口设计 温度设定电路温度设定电路 本例采用本例采用BCD码拨盘。码拨盘。温度显示电路温度显示电路 温度值采用温度值采用LED显示。可以利用串行口的移位寄存器显示。可以利用串行口的移位寄存器功能，扩展为三位静态显示功能，扩展为三位静态显示LED接口电路。接口电路。12.3.2 系统的硬件电路设计系统的硬件电路设计 报警电路报警电路 报警电路仅需要一位开关量输出控制，采用微机报警电路仅需要一位开关量输出控制，采用微机的的I/O口线即可。口线即可。12.3.3 系统的软件设计系统的软件设计1.软件总体设计软件总体
19、设计 根据题目要求及硬件设计，软件设计需满足以下要求：根据题目要求及硬件设计，软件设计需满足以下要求：温温度度检检测测 定定时时启启动动A/D转转换换，采采取取四四点点平平均均值值滤滤波波法抑制信号的干扰。法抑制信号的干扰。温温度度控控制制 比比较较温温度度检检测测值值和和给给定定值值，控控制制电电路路的的通通断。断。定定时时采采样样 利利用用8253的的定定时时器器T0或或T1，进进行行30s定定时时，以满足采样周期的要求。以满足采样周期的要求。温温度度显显示示 在在每每次次检检测测温温度度后后，将将新新的的温温度度检检测测值值经经过标度变换后由串行口输出给过标度变换后由串行口输出给LED显
20、示器。显示器。蜂蜂鸣鸣报报警警 将将每每次次温温度度检检测测值值与与设设定定值值作作比比较较，如如果果其其差差值值超超出出允允许许范范围围，输输出出报报警警信信号号，并并将将程程序序转转入入事事故处理程序。故处理程序。12.3.3 系统的软件设计系统的软件设计 程序结构设计程序结构设计 应用程序结构应用程序结构采用中断方式采用中断方式采用中断方式采用中断方式，由定时器发出定时中断申请。，由定时器发出定时中断申请。主程序进行系统初始化，包括定时器、主程序进行系统初始化，包括定时器、I/O口和中断系统的初始口和中断系统的初始化，等待定时中断。化，等待定时中断。在中断服务程序中，先判断是否到在中断服
21、务程序中，先判断是否到30s。若不到。若不到30s，返回；若到，返回；若到30s，进行以下操作：拨盘设定值检测、温度检测、标度变换、温度显，进行以下操作：拨盘设定值检测、温度检测、标度变换、温度显示和温度控制，并根据温度检测值决定是否报警。据此可设计出应用程示和温度控制，并根据温度检测值决定是否报警。据此可设计出应用程序总体结构序总体结构如图如图如图如图12-312-3所示。所示。程序模块划分程序模块划分 在应用程序总体结构中，将以下在应用程序总体结构中，将以下6个功能程序作为模块程序：个功能程序作为模块程序：温度温度温度温度设定输入、温度检测、温度值标度变换、温度显示、温度控制和报警程设定输
22、入、温度检测、温度值标度变换、温度显示、温度控制和报警程设定输入、温度检测、温度值标度变换、温度显示、温度控制和报警程设定输入、温度检测、温度值标度变换、温度显示、温度控制和报警程序模块序模块序模块序模块。12.3.3 系统的软件设计系统的软件设计图图12-3 应用程序总体流程图应用程序总体流程图12.3.3 系统的软件设计系统的软件设计 温度检测程序模块温度检测程序模块 温度检测程序的功能是连续进温度检测程序的功能是连续进行行4次次A/D转换，求取转换结果的平转换，求取转换结果的平均值，存入内部均值，存入内部50H单元。单元。A/D转换转换采用查询方式。采用查询方式。12.3.3 系统的软件
23、设计系统的软件设计 温度控制程序模块温度控制程序模块 温度控制程序的功能是将温度实测值（存于温度控制程序的功能是将温度实测值（存于50H单单元）与设定值（存于元）与设定值（存于51H单元）作比较，如测值高于设定单元）作比较，如测值高于设定值值1（注意，此值小于要求误差（注意，此值小于要求误差2，对应的数字量为，对应的数字量为04H），则关闭一台电炉；如实测值低于设定值，则接通），则关闭一台电炉；如实测值低于设定值，则接通一台电炉；否则不予调节。一台电炉；否则不予调节。三台电炉的接通顺序是三台电炉的接通顺序是3#、2#、1#，关闭顺序是，关闭顺序是1#、2#、3#。图图12-4 温度控制程序流程
24、图温度控制程序流程图 应用程序主要功能应用程序主要功能 当当拨拨码码盘盘设设定定值值为为1时时，控控制制温温度度为为室室温温；设设定定值值为为2时时，控控制制温温度度为为402；设设定定值值为为3时时，控控制制温温度度为为502。如如果果设设定定值值不不是是1、2或或3，则则显显示示出出错错误误信信息息，提醒用户重新进行温度设定。提醒用户重新进行温度设定。温温度度显显示示形形式式为为3 3位位位位十十十十进进进进制制制制数数数数：2位位整整数数和和1位位小小数数，即即“.”。如如果果实实际际温温度度与与设设定定温温度度的的差差值值大大于于5，发发出警报信号。差值小于出警报信号。差值小于5后，报
25、警信号自动撤除。后，报警信号自动撤除。12.3.3 系统的软件设计系统的软件设计 温度控制方式温度控制方式 温温度度控控制制采采用用继继继继电电电电控控控控制制制制方方方方式式式式，用用通通断断电电炉炉的的方方法法调节温度，采样周期为调节温度，采样周期为30s。应用程序占用资源情况应用程序占用资源情况 50H温温度度检检测测值值存存放放单单元元；51H温温度度设设定定值值存存放放单单元元；5DH5FH显显示示缓缓冲冲区区；60H7FH堆堆栈栈；A、B、R0、R6、DPTR工工作作寄寄存存器器；R7软软件件计计数数器器。使使用用内内部部定定时时器器/计计数数器器0作作采采样样周周期期定定时时器器，中断方式。中断方式。12.3.3 系统的软件设计系统的软件设计本章内容结束！本章内容结束！此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢!