文档介绍：第6章单片机应用系统设计与开发
单片机应用系统结构与应用系统的设计内容
单片机应用系统开发过程
单片机应用系统的一般设计方法
单片机应用系统调试
MCS-51单片机应用系统设计与调试实例
单片机应用系统结构与应用系统的设计内容
单片机应用系统的一般硬件组成
由于单片机主要用于工业测控,其典型应用系统应包括单片机系统、用于测控目的前向传感器输入通道,后向伺服控制输出通道以及基本的人机对话通道。大型复杂的测控系统是一个多机系统,还包括机与机之间进行通信的互相通道。
典型单片机应用系统结构

前向通道是单片机与测控对象相连的部分,是应用系统的数据采集的输入通道。
来自被控对象的现场信息有多种多样。按物理量的特征可分为模拟量和数字、开关量两种。
对于数字量(频率、周期、相位、计数)的采集,输入比较简单。它们可直接作为计数输入、测试输入、I/O口输入或中断源输入进行事件计数、定时计数,实现脉冲的频率、周期、相位及记数测量。对于开关量的采集,一般通过I/O口线或扩展I/O 口线直接输入。一般被控对象都是交变电流、交变电压、大电流系统。而单片机属于数字弱电系统,因此在数字量和开关量采集通道中,要用隔离器件进行隔离(如光电耦元器件)。
变换器:变换器是各种传感器的总称,它采集现场的各种信号,并变换成电信号(电压信号或电流信号),以满足单片机的输入要求。现场信号有各种各样,有电信号,如电压、电流、电磁量等;也有非电量信号,如温度、湿度、压力、流量、位移量等,对于不同物理量应选择相应的传感器。
隔离放大与滤波:传感器的输出信号一般是比较微弱的,不能满足单片机系统的输入要求,要经过放大处理后才能作为单片机系统的采集输入信号。还有,现场信息来自各种工业现场,夹带大量的噪音干扰信号。为提高单片机应用系统的可靠性必须隔离或削减干扰信号,这是整个系统抗干扰设计的重点部位。
采样保持器:前向通道中的采样保持器有两个作用。一是实现多路模拟信号的同时采集;二是消除A/D转换器的"孔径误差"。
一般的单片机应用系统都是用一个A/D转换器分时对多路模拟信号进行转换并输入给单片机,而控制系统又要求单片机对同一时刻的现场采样值进行处理,否则将产生很大误差。用一个A/D转换器同时对多路模拟信号进行采样是由采样保持器来实现的。采样保持器在单片机的控制下,在某一个时刻可同时采样它所接一路的模拟信号的值,并能保持该瞬时值,直到下一次重新采样。
A/D转换器把一个模拟量转换成数字量总要经历一个时间过程。A/D转换器从接通模拟信号开始转换,到转换结束输出稳定的数字量,这一段时间称为孔径时间。对于一个动态模拟信号,在A/D转换器接通的孔径时间里,输入模拟信号值是不确定的,从而会引起输出的不确定性误差。在A/D转换器前加设采集保持器,在孔径时间里,使模拟信号保持某一个瞬时值不变,从而可消除孔径误差。
多路开关:用多路开关实现一个A/D转换器分时对多路模拟信号进行转换。多路开关是受单片机控制的多路模拟电子开关,某一时刻需要对某路模拟信号进行转换,由单片机向多路开关发出路地址信息,使多路开关把该路模拟信号与A/D转换器接通,其它路模拟信号与A/D转换器不接通,实现有选择的转换。
A/D转换器:是前向通道中模拟系统与数字系统连接的核心部件。
综上所述,前向通道具有以下特点:
(1) 与现场采集对象相连,是现场干扰进入的主要通道,是整个系统抗干扰设计的重点部位。
(2) 由于所采集的对象不同,有开关量、模拟量、数字量,而这些都是由安放在测量现场的传感、变换装置产生的,许多参量信号不能满足单片机输入的要求,故有大量的、形式多样的信号变换调节电路,如测量放大器、I/F变换、A/D转换、放大、整形电路等。
(3) 前向通道是一个模拟、数字混合电路系统,其电路功耗小,一般没有功率驱动要求。