文档介绍：*
广东松山职业技术学院课件制作组
第9章单片机系统的工程设计
单片机系统的设计要求及设计方法
单片机控制的温度采集系统实例
单片机控制的纸机转速系统实例
步进电机控制应用实例
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本章主要内容
MCS-51单片机应用系统设计概述
单片机控制的温度采集系统
单片机控制的纸机转速系统
步进电机控制应用实例
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单片机应用系统的构成
MCS-51单片机应用系统设计概述
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单片机扩展系统、常用输入/输出设备、输入通
道和输出通道、通信接口
单片机应用系统的构成
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单片机应用系统的构成
专用型单片机系统:系统中所有的硬件根据具体的应用要求完全选配,选择最适用的微处理器,合理配置存储器和接口电路,系统软件完全按具体应用要求设计,组成专用软、硬件系统,具有最实用的配置。
单片单板机系统:典型的单片机应用系统配置在一块印制电路板上,目前国内有许多由8051单片机组成的单片单板机,它们自带监控程序,采用十六进制小键盘,具有自开发和二次开发能力。
模块化系统:单片机应用系统的系统扩展和通道配置电路具有典型性,有些计算机生产厂家将不同的典型配置划分成功能模块,并按某种总线标准制成用户系列模板,如CPU模板、存储器模板及各种I/O接口模板等。用户可根据具体需要选择适当的模块,组成应用系统。
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单片机系统的设计要求
可靠性要高
单片机应用系统,尤其是实时控制系统,最重要的一个基本要求是要有很高的可靠性。因为一旦系统出现故障,将造成生产过程混乱,指挥或监视系统失灵,从而导致严重后果。
系统自诊断功能
在总体设计时应考虑系统的故障自动检测和处理功能。
操作维修方便
系统的控制开关不有太多,不能太复杂,越少越好,操作顺序应简单明了,参数的输入/输出应采用十进制表示。结构要规范化、模块化。
性价比要高
硬件软化是提高系统性能价格比的实用方法。在进行总体设计时,应尽可能减少硬件成本,能用软件实现的功能尽量用软件实现,以求得最高的性能价格比
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单片机系统的设计方法
了解测控对象的结构、性能、特点和测控要求,深入认真地进行目标分析,根据应用场合、工作环境、具体用途,考虑系统的可靠性、通用性、可维护性、先进性,以及成本等,提出合理的、详尽的功能技术指标,以便设计出合理、实用的应用系统。
选择机型:单片机是应用系统的心脏,选择得是否合适,对系统性能好坏、结构繁简,设计难易及成本高低都有直接影响。
选择元器件:主要考虑精度、速度、容量和可靠性等技术指标,并且还要考虑货源和成本。
硬件与软件的功能划分:单片机系统硬件、软件设计的关系很紧密,具有一定的互换性。
(1)单片机电路设计:主要完成时钟电路、复位电路、供电电路、I/O电路的设计;
(2)扩展电路设计:主要完成程序存储器、数据存储器、I/O接口电路的设计;
(3)输入/输出通道设计:主要完成检测(传感器)电路、放大电路、多路开关、A/D转换电路、D/A转换电路、开关量接口电路、驱动及执行机构的设计;
(4)控制面板的设计:主要完成按键、开关、显示器、报警等电路的设计。
硬件设计遵循以下原则:
(1)相关元件性能应匹配,片外ROM、RAM、接口芯片应尽可能选大容量,以减少芯片数量,使译码电路简单。
(2)尽量选择标准化、模块化的典型电路,符合常规用法,提高设计成功率和灵活性。
(3)应满足对硬件配置的功能要求,并留有适当余地,以便进行二次开发。
(4)工艺设计时要考虑安装、调试、维修的方便。
合理的软件设计是单片机应用系统的基础,软件能使CPU有条不紊地对各个相对独立的任务进行处理。
软件通常应包括数据采集和处理程序、控制算法实现程序、人机联系程序、数据管理程序。
软件设计通常采用模块化程序设计和自顶向下的程序设计方法
系统的仿真调试包括硬件调试和软件调试,而且两者是密不可分的。设计好的硬件电路和软件程序,只有经过联合调试,才能验证其正确性;才能发现问题并加以解决、完善,验证其是否达到设计任务的要求,最终开发成实用产品。
硬件调试分单元电路调试和联机调试,单元电路调试在硬件电路设计时已经进行,这里的调试只是试验电路是否正确,并排除一些加工工艺性错误(如开路、短路、连线错误等)。这种调试可单独模拟进行,也可通过开发装置由软件配合进行。硬件联机调试则必须在系统软件的配合下进行。
软件