文档介绍：第八章单片机应用系统的研制和调试
教学内容:1、单片机应用系统研制方法
2、单片机应用系统的调试方法
3、应用举例
本章重点:单片机应用系统研制和调试方法
教学要求:1、通过本章的学习,应掌握单片机应用系统的研制和调试方法。
2、通过应用实例了解单片机应用系统开发过程。
3、通过本章的学习,结合单片机原理与编程方法,能进行简单的单片机应用系统的开发与研究。
教案:
第一节单片机应用系统研制方法
单片机应用系统随着用途的不同,它们的硬件和软件结构差别很大,但系统研制的方法和步骤是基本相同的,其研制过程可以用图1表示。
1、确定任务
如同任何一个新产品设计一样,单片机应用系统的研制过程也是从确定目标系统的任务开始的。在着手系统设计之前,必须确定系统的技术指标,这是系统设计的依据和出发点,它贯串于系统设计全过程的。
不管是老产品改造还是新产品设计,应对产品性能改善的程度、成本、可靠性、可维护性以及经济效益等进行综合考虑,参考国内外同类产品的资料,提出比较合理的技术指标。使所设计的产品达到最佳的性能/价格比。应该指出,技术指标在设计过程中还需调整。
2 、总体设计
一般而言,任务和技术指标确定以后,下一步便是调研阶段。这个阶段的任务是通过调查研究和查阅资料来完成系统的总体设计。
1)机型和元器件选择
选择机型的出发点有以下几方面:
·市场的货源:设计者只能在市场上能提供的几个机型中挑选。特别是将作为产
测试系统动态性能
目标机脱离开发系统插 CPU
检查错误原因
排除样机硬件故障
调试硬件,修改软件
仿真运行EPROM中目标程序
系统研制完成
EPROM插入目标样机
目标程序固化到EPROM
系统达到设计指标否?
软件固化错误?
有错误否?
硬件逻辑框图设计
软件结构设计
选择机型, 划分软,硬件功能
确定任务, 系统功能, 技术指标
开始
选择器件,完成逻辑设计
确定算法,程序流程设计
加工,组装样机
编写程序
程序编译,部分软件调试
样机静态测试,插上器件
联机仿真调试
调整硬件,修改软件
仿真运行目标程序
调整样机硬件
测试样机硬件
有故障否?
有错误否?
图1 单片机应用系统研制过程
品生产的系统,所选机种必须有稳定充足的货源。
·在研制任务重、时间短的情况下,应选择最熟悉的机种,这样可以缩短研制周期。
·选择最容易实现技术指标的机种。一般说来,从性能/价格比考虑,MCS-51系列中的AT89C51单片机最适合于国内控制型应用领域。
还应考虑是否有现成的开发工具。因为开发工具的优劣,往往是产品研制周期长短的决定性因素。
元器件的选择应包括传感器、模拟电路、I/O电路等。这些元器件在总体设计阶段,只需了解大体的市场情况,待硬件设计时最后确定。
2)硬件和软件的功能划分
一般来说,硬件和软件具有一定的互换性。有些由硬件实现的功能依然可以由软件来完成,反之亦然。多用硬件完成一些功能,可以提高工作速度。但增加了硬件成本;若用软件代替某些硬件的功能,可使硬件成本降低,但软件的工作量增加。
总体设计时,必须在硬件和软件之间均衡。一般的原则是看所设计的目标系统的生产量,如果成产量比较大,则能用软件实现的功能由软件完成,以便硬件结构简化。
3 、硬件设计方法
单片机系统的各个模块(如存储器、I/O电路)加上模拟电路、传感器等构成硬件电路。前几章对单片机的结构及其功能模块作了介绍,本节重点讨论硬件方案设计。
1)程序存储器的容量
选择单片机时,应从容量、速度和价格方面考虑。目前市场上不同存储器容量的单片机价格相差不大。所以在固化设备允许的条件下,宜选用容量大的器件,减少外部扩展的程序存储器,简化硬件逻辑。ATMEL的89CXX系列和WINBOND的W77系列是目前国内最实用的单片机,它不要外接EPROM电路作为存储器。
2)数据存储器和I/O接口
对于数据存储器的容量需求,各个系统之间差别比较大。对于常规的智能仪表和实时控制器,80C51片上RAM已能满足要求。若需要扩展少量的RAM和/IO,可用扩展器8155。如前所述,8155功能强,接口方便,适用于单片机系统。对于单片机系统,如果要求有较大容量的RAM存储器,这时RAM电路选择的原则是尽可能地减小芯片数量。因为存储器容量大的电路性能价格依然高。如32K字节的62256和同样的四片6264相比,前者的价格低于后者。80C51的应用系统一般都需要扩展I/O接口,在选择I/O接口电路时,应从性能、价格和负载等方面考虑。应选用标准I/O接口电路(如8255等),使编程方便,应用灵活,负载小,但它的I/O性和一些功能往往没有被