文档介绍：第10章单片机应用系统的设计
●教学目标 介绍单片机应用程序软件设计步骤 介绍单片机硬件电路设计步骤
介绍单片机应用程序设计的一个实例
●学习要求 熟悉单片机硬件和软件设计步骤
掌握单片机硬件和软件的调试方法
了解单片机应用系统模式
由于单片机的特殊结构,使之具有小巧、低功耗、成本低、控制功能强、易于产品化、抗干扰能力强以及便于实现多机和分布式通信控制等特点,其应用范围十分广泛,如智能家电、智能仪表、计算机外设、工业测控系统等。通过前面的学习,我们懂得了单片机的工作原理和应用基础,本章讲述如何设计及调试单片机应用系统。
按照单片机系统扩展与系统配置状况,单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统和典型应用系统等。
一、最小应用系统
最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单,常构成一些简单的控制系统,如开关状态的输入/输出控制等。
对于片内有ROM/EPROM/FLASH RAM的单片机,构成最小应用系统时,只要将单片机接上时钟电路、复位电路和电源即可,如图10-1(a)所示;对于片内无ROM/EPROM/FLASH RAM的单片机,其最小系统除了外部配置时钟电路、复位电路和电源外,还应在片外扩展EPROM、EEPROM作为程序存储器用,如图10-1(b)所示。
XTAL1 P0
P1
XTAL2 P2
P3
RST
8051
8751
EA
XTAL1
~
XTAL2
8031
RST
ALE
~
PSEN
EA
地址
锁存
EPROM
+5V
+5V
+5V
图10-1 MCS-51单片机最小应用系统
(a) (b)
二、最小功耗应用系统
最小功耗应用系统是指为了保证正常运行,系统的功率消耗最小。这是单片机应用系统中的一个引人入目的构成方式。在单片机芯片结构设计时,一般为构成最小功耗应用系统提供了必要条件,例如,各种系列的单片机都有CMOS工艺类型,而且在这类单片机中都设置了低功耗运行的WAIT和STOP方式。
设计最小功耗应用系统时,必须使系统内的所有器件、外设都有最小的功耗,而且能充分运用WAIT和STOP方式运行。
最小功耗应用系统常用在一些袖珍式智能仪表、野外工作仪表以及在无源网络、接口中的单片机工作子站。
三、典型应用系统
典型应用系统是指单片机要完成工业测、控功能所必须具备的硬件结构系统。
由于单片机主要用于工业测、控,因此,其典型应用系统应具备用于测、控目的的前向传感器通道、后向伺服控制通道以及基本的人机对话手段。它包括了系统扩展与系统配置两部分内容。
系统扩展是指在单片机中的ROM、RAM及I/O口等片内部件不能满足系统要求时,在片外扩展相应的部分。扩展多少视需要选择。
系统配置是指单片机为满足应用要求时,应配置的基本外部设备,如键盘、显示器等。
单片机的典型应用系统如图10-2所示。整个系统包括基本部分和测、控增强部分以及外设增强部分。
I/O
I/O
扩
展
光电隔离
A/D
光电隔离
光电隔离
D/A
单
片
机
EPROM
RAM
显示器
键盘
I/O
通用
外设
数字量检测
  模拟量检测 
开关量检测
 
开关量控制
 
伺服驱动控制
图10-2 单片机典型应用系统
现在我们知道单片机的应用范围和应用方式,但如何才能研制出一个较完整的单片机产品是我们下一步所关心的问题。简单地说,必须经过以下几步工作:
⑴系统硬件电路设计、组装、调试;
⑵系统应用软件的编制、调试;
⑶系统应用软件的链接调试、固化、脱机(脱离开发装置)运行。
下面介绍单片机应用系统软、硬件开发的有关问题。
单片机应用系统包括其硬件系统和软件系统两大部分,设计时应遵循相应准则。
一、硬件系统设计原则
系统的扩展和配置设计应遵循下列原则:
⑴尽可能选用典型电路,并符合单片机的常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。
⑵系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求,并留有适当的余地,以便进行二次开发。
⑶硬件结构应结合应用软件方案一并考察。硬件结构与软件方案会产生相互影响,考虑的原则是:软件能实现的功能尽可能由软件实现,以简化硬件结构。
⑷整个系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配,如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时,系统中的所有芯片都应该选择低功耗的产品。
⑸可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分,它包括芯片、器件的选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。
二