文档介绍：第10章单片机产品设计
本章从如何设计单片机产品?怎样把非电量转换成计算机能接受的数字量?怎样才能提高产品抗干扰等几个广大读者比较关心的问题着手,着重介绍设计方法和解决问题的方法。
概述
学习单片机最终的目的是开发出产品或者是维修与单片机有关的产品,下面具体讨论有关产品设计的问题。
单片机产品设计
微型计算机产品,一般分为两大类,一类用于科学计算、数据处理、企业管理;另一类用于过程控制。对于前一类,通常由单片机、屏幕显示器、键盘、打印机和产品所配置的产品软件所组成。后一类,是单片机用于过程控制。单片机用于控制产品的特点是:
(1)控制产品的精度高。
(2)功能强。
(3)可靠性高,抗干扰能力强。
(4)产品的数据记录、处理方便。
(5)体积小、重量轻、功耗省、投资少、见效快。
因此,以单片机为核心的控制产品广泛地应用于各个领域,它将加速我国实现四个现代化的进程。下面对在设计单片机产品时需要考虑的一般问题,作一简述。
单片机产品设计与调试的一般原则
单片机产品的设计,由于控制对象的不同,其硬件和软件结构有很大差异,但产品设计的基本内容和主要步骤是基本相同的。
在设计单片机控制产品时,一般需要作以下几个方面的考虑:
1、确定产品设计的任务
在进行产品设计之前,首先必须进行设计方案的调研,包括查找资料、进行调查、分析研究。要充分了解委托研制单位提出的技术要求、使用的环境状况以及技术水平。明确任务,确定产品的技术指标,包括产品必须具有哪些功能。这是产品设计的依据和出发点, 它将贯穿于产品设计的全过程,也是整个研制工作成败、好坏的关键,因此必须认真做好这项工作。
2、产品方案设计
在产品设计任务和技术指标确定以后,即可进行产品的总体方案设计,一般包括:
(1)机型及支持芯片的选择。机型选择应适合于产品的要求。设计人员可大体了解市场所能提供的构成单片机产品的功能部件,根据要求进行选择。若作为产品生产的产品,则所选的机种必须要保证有稳定、充足的货源,从可能提供的多种机型中选择最易实现技术指标的机型,如字长、指令产品、执行速度、中断功能等。如果要求研制周期短,则应选择熟悉的机种,并尽量利用现有的开发工具。
(2)综合考虑软、硬件的分工与配合。
因为产品中的硬件和软件具有一定的互换性,就如有些由硬件实现的功能也可以用软件来完成,反之也一样。因此,在方案设计阶段要认真考虑软、硬件的分工与配合。考虑的原则是:软件能实现的功能尽可能由软件来实现,以简化硬件结构,还可降低成本。但必须注意:这样做势必增加软件设计的工作量。此外,由软件实现的硬件功能,其响应时间要比直接用硬件时间长,而且还占用了CPU的工作时间。因此,在设计产品时,必须考虑这些因素。
3、产品的硬件和软件设计
当软、硬件的分工确定后,硬件和软件的设计工作可能同时进行。但由于微机产品的硬件与软件设计关系密切,在设计过程中,还需经常取得协调,才能设计比较满意的产品。
(1)产品的硬件设计。一个产品的硬件电路设计包含两部分:一是产品扩展,即单片机(或微处理器)内部的功能部件、如RAM,ROM,I/O口、定时器/计数器、中断产品等不够满足产品的要求时,必须在片外进行扩展,选择相应的芯片,实现产品扩展。二是产品配置,即按产品功能要求配置外围设备,如键盘、显示器、打印机、A/D和D/A转换器等,也即要设计合适的接口电路。总的来说,硬件设计工作主要是输入、输出接口电路设计和存储器的扩展。一般的单片机产品主要有以下几部分组成,如图10-1所示。
MCS-51
系列微机芯片
(CPU、存储器)
A/D
D/A
传感器
放大器
传感器
放大器
多路转换器
键盘
执行
机构
打印机
显示器
现
场
信
号
图10-1 MCS-51产品组成
传感器将现场采集的各种物理量(如温度、湿度、压力等)变成电量,经放大器放大后,送入A/D转换器将模拟量转换成二进制数字量,送MCS-51系列CPU进行处理,最后将控制信号经D/A转换送给受控的执行机构。为监视现场的控制一般还设有键盘及显示器,并通过打印机将控制情况如实记录下来。在有些情况下可以省掉上述组成的某些部分,这要视具体要求来设计。
单片机外接电路较多时,必须考虑其驱动能力。因为,驱动能力不足会影响产品工作的可靠性。所以当我们设计的产品对I/O端口的负载过重时,必须考虑增加I/O端口的负载能力,即加接驱动器。如Po口需要加接双向数据总线驱动器械74LS245,P2口接单向驱动器械74LS244即可。
对于工作环境恶劣的产品,设计时除在每块板上要有足够的退耦电容外,。电源线和接地线应该