文档介绍：单片机技术及应用
第11章单片机应用系统设计
单片机技术及应用
教学提示
本章重、难点在于以单片机为核心的应用系统软、硬件开发过程,即:
●根据所设计的两个单片机应用系统实例,了解MCS-51单片机系统的应用。
●根据具体系统的测控要求,设计硬件:元器件选择,原理图设计。
●根据具体系统的测控要求,设计软件:程序的编写方法、步骤及格式。
教学目标
●了解单片机应用系统的设计方法。
●了解单片机如何去开发系统。
●通过设计两个实例,掌握单片机项目设计中的一些方法和技巧。
●掌握单片机系统开发的步骤、简单实用的软硬件设计。
单片机技术及应用
单片机应用系统的基本结构
单片机应用系统是为完成某项任务而研制开发的用户系统,是以单片机为核心,配以外围电路和软件,能实现设定任务、功能的实际应用系统。前面介绍了单片机的基本组成、功能及其扩展电路。掌握了单片机的软件、硬件资源的组织和使用。此外,一个实际的单片机应用系统还涉及很多复杂的内容与问题,如涉及多种类型的接口电路、软件设计、软件与硬件的结合、如何选择最优方案等内容。本章将对单片机应用系统的软硬件设计、开发和调试等方面作介绍,以便用户能初步掌握单片机应用系统的设计。
单片机技术及应用
单片机应用系统的结构

单片机主要用于工业测控。典型的单片机应用系统应包括单片机系统和被控对象,如图11-1所示。单片机系统包括通常的存储器扩展、显示器键盘接口。被控对象与单片机之间包括测控输入通道和伺服控制输出通道,另外还包括相应的专用功能接口芯片。

在单片机应用系统中,单片机是整个系统的核心,对整个系统的信息输入、处理、输出进行控制。与单片机配套的有相应的复位电路、时钟电路以及扩展的存储器和I/O接口,使单片机应用系统能够顺利运行。
图11-1 典型单片机应用系统结构

单片机系统输入通道用于检测输入信息。来自被控对象的信息有多种。按物理量的特征可分为模拟量、数字量和开关量3种。
对于数字量的采集,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、定时计数等,实现脉冲的频率、周期、相位及计数测量。
对于开关量的采集,一般通过I/O口线直接输入。但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进行隔离(如光耦合器件)。
对于模拟量的采集相对于数字量来说要复杂一些,被控对象的模拟信号有电信号,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,对于非电信号,一般都要通过传感器转换成电信号,然后再通过隔离放大、滤波、采样保持,最后再通过A/D转换送给单片机。
伺服控制输出通道用于对控制对象进行控制。作用于控制对象的控制信号通常有开关量控制信号和模拟量控制信号两种。开关量控制信号的输出比较简单,只需采用隔离器件进行隔离和电平转换。模拟控制信号输出需要进行A/D转换、隔离放大和隔离驱动等。
单片机技术与应用实践
单片机应用系统设计的基本过程
对于单片机系统的设计,由于控制对象不同,其硬件和软件结构有很大差异,但系统设计的基本内容和主要步骤是相同的。
在设计单片机控制系统时,一般需要考虑以下几个方面。

在进行系统设计之前,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、使用的环境状况及技术水平。明确任务,确定系统的技术指标,包括系统必须具有哪些功能。这是系统设计的依据和出发点, 它将贯穿于系统设计的全过程,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。

在系统设计任务和技术指标确定以后,即可进行系统的总体方案设计,一般包括以下两个方面。
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系统的功能部件,根据要求进行选择。若作为系统生产的产品,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、指令系统、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
因为单片机系统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,