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1、单片机系统设计的方法和步骤 典型实例的设计过程 单片机应用系统调试方法 单片机应用系统的开发工具单片机双机通信的应用程序设计,第13章 单片机综合实例分析,13.1 单片机应用系统开发设计 13.2 单片机应用系统的开发工具 13.3 单片机应用系统的设计方法 13.4 单片机应用系统调试 13.5 单片机系统的抗干扰技术,本章大纲,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,13.7 家庭安全报警系统 思考与练习,13.1 单片机应用系统开发设计,图 13-1 单 片 机 应 用 系 统 开 发 设 计 流 程 图,13.2 单片机应用系统的开发工具,图13-2 仿真机的使用,系统功能主要有数据
2、采集、数据处理、输出控制等。每一个功能又可细分为若干个子功能。比如数据采集可分为模拟信号采样与数字信号采样。模拟信号采样与数字信号采样在硬件支持与软件控制上是有明显差异的。数据处理可分为预处理、功能性处理、抗干扰等子功能，而功能性处理还可以继续划分为各种信号处理等。输出控制按控制对象不同可分为各种控制功能，如继电器控制、D/A转换控制、数码管显示控制等。,13.3 单片机应用系统的设计方法,系统性能主要由精度、速度、功耗、体积、重量、价格、可靠性的技术指标来衡量。系统研制前，要根据需求调查结果给出上述各指标的定额。一旦这些指标被确定下来，整个系统将在这些指标限定下进行设计。系统的速度、体积、重
3、量、价格、可靠性等指标会左右系统软、硬件的功能的划分。系统功能尽可能用硬件完成，这样可提高系统的工作速度，但系统的体积、重量、功耗、硬件成本都相应地增大，而且还增加了硬件所带来的不可靠因素。用软件功能尽可能地代替硬件功能，可使系统体积、重量、功耗、硬件成本降低，并可提高硬件系统的可靠性，但是可能会降低系统的工作速度。因此，在进行系统功能的软、硬件划分时，一定要依据系统性能指标综合考虑。,13.3 单片机应用系统的设计方法,13.3.1 系统基本结构组成,1、单片机选型 主要考虑因素： 单片机性价比。 开发周期。 2、存储空间分配 3、I/O通道划分 4、I/O方式的确定 5、软、硬件功能划分,
4、13.3.2 单片机应用系统硬、软件的设计原则,1、硬件系统设计原则 一个单片机应用系统的硬件电路设计包括两部分内容：一是单片机系统扩展，即单片机内部的功能单元(如程序存储器、数据存储器、I/O、定时器/计数器、中断系统等)的容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的扩展连接电路；二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D转换器、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 2、应用软件设计的特点 应用系统中的应用软件是根据系统功能设计的，应可靠地实现系统的各种功能。,13.3.3 硬件设计,程序存储器 数据存储器 I/O接口 译码
5、电路 总线驱动器 抗干扰电路,13.3.4 软件设计,整个单片机应用系统是一个整体。在进行应用系统总体设计时，软件设计和硬件设计应统一考虑，相结合进行。当系统的硬件电路设计定型后，软件的任务也就明确了。 一个应用系统中的软件一般是由系统的监控程序和应用程序两部分构成的。 系统软件设计时，应根据系统软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分，并根据它们之间的联系和时间上的关系，设计出合理的软件总体结构。,13.3.5 资源分配,1、ROM/EPROM资源的分配 ROM/EPROM用于存放程序和数据表格。 2、RAM资源分配 RAM分为片内RAM 和片外RAM。片内RAM的容量比较大，通常用
6、来存放批量大的数据，如采样结果数据；片内RAM容量较少，应尽量重叠使用，比如数据暂存区与显示、打印缓冲区重叠。,单片机应用系统的调试主要是指使用调试工具对系统进行软件、硬件和系统联调等几个方面的测试。,13.4 单片机应用系统调试,13.4.1 单片机应用系统调试工具,在单片机应用系统调试中，最常用的调试工具有以下几种： 单片机开发系统 万用表 逻辑笔 逻辑脉冲发生器与模拟信号发生器 示波器 逻辑分析仪,13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法,1、硬件调试 硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器(万用表、示波器等)，通过执行开发系统有关命令或运行适当的测试程序(也可以是与硬件有关的部分用户程
7、序段)，检查用户系统硬件中存在的故障。 硬件调试可分静态调试与动态调试两步进行。 （1）静态调试 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检查。 静态调试的第一步为目测。 第二步为万用表测试，目测检查后，可进行万用表测试。 第三步为加电检查。 第四步是联机检查。,13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法,（2）动态调试 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件间连接逻辑错误等的一种硬件检查。由于单片机应用系统的硬件动态调试是在开发系统的支持下完成的，故又称为联机仿真或联机调试。 动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。,13.4.2 单片机应用系统的一般
8、调试方法,2、软件调试 软件调试主要解决问题： （1）程序跳转错。 （2）程序错误。 （3）动态错误。 （4）加电复位电路的错误。 软件调试的基本方法： （1）先独立后联机 （2）先分块后组合 （3）先单步后连续,13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法,3、系统联调 系统联调主要解决以下问题： （1）软、硬件能否按预定要求配合工作，如果不能，那么问题出在哪里，如何解决。 （2）系统运行中是否有潜在的设计时难以预料的错误。如硬件延时过长造成工作时序不符合要求，布线不合理造成有信号串扰等。 （3）系统的动态性能指标(包括精度、速度参数)是否满足设计要求。,13.4.2 单片机应用系统的一般调试
9、方法,4、现场调试 一般情况下，通过系统联调后，用户系统就可以按照设计目标正常工作了。但在某些情况下，由于用户系统运行的环境较为复杂(如环境干扰较为严重、工作现场有腐蚀性气体等)，在实际现场工作之前，环境对系统的影响无法预料，只能通过现场运行调试来发现问题，找出相应的解决方法；或者虽然已经在系统设计时考虑到抗干扰的对策，但是否行之有效，还必须通过用户系统在实际现场的运行来加以验证。另外，有些用户系统的调试是在用模拟设备代替实际监测、控制对象的情况下进行的，这就更有必要进行现场调试，以检验用户系统在实际工作环境中工作的正确性。,所谓干扰, 一般是指有用信号以外的噪声, 在信号输入、 传输和输出过
10、程中出现的一些有害的电气变化现象。这些变化迫使信 号的传输值、 指示值或输出值出现误差, 出现假像。 干扰对电路的影响, 轻则降低信号的质量, 影响系统的稳定性; 重则破坏电路的正常功能, 造成逻辑关系混乱, 控制失灵。,13.5 单片机系统的抗干扰技术,1、常见干扰的种类,13.5 单片机系统的抗干扰技术,13.5 单片机系统的抗干扰技术,图13-4 内部和外部干扰示意图,2、硬件抗干扰 （1）电源抗干扰的基本方法 （2）多路模拟开关抗干扰方法 （3）放大器抗干扰方法 （4）抗干扰稳压电源 （5）输入输出隔离 （6）过压保护电路,13.5 单片机系统的抗干扰技术,3、软件抗干扰 指令复执 数
11、字滤波 程序卷回 开关量输入方法 程序执行过程中的软件抗干扰 WATCHDOG,13.5 单片机系统的抗干扰技术,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-9 温湿度检测仪硬件总体框图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-10 Cu100桥式电路图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-11 本设计中AD转换电路图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-12 调量程电路 图13-13 调零电路,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-14 湿度检测电路电路图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-15 报警电路电路图,13.6 基于51单
12、片机的温湿度检测仪,图13-16 12864LCD与单片机的接口图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-16 12864LCD与单片机的接口图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-17 键盘电路,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-18 220V交流电转换为5V直流电电路图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-19 ICL7660接线图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-20 单片机最小系统,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-21 0电阻连接图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-22 主程序流程图 图13
13、-23 8路温度采样程序流程图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-22 主程序流程图 图13-23 8路温度采样程序流程图,13.6 基于51单片机的温湿度检测仪,图13-22 主程序流程图 图13-23 8路温度采样程序流程图,10.5 家庭安全报警系统,图13-28 系统电源,10.5 家庭安全报警系统,图13-29 红外传感器信号放大电路,10.5 家庭安全报警系统,图13-30 看门狗复位电路,10.5 家庭安全报警系统,图13-31 时钟脉冲发生电路,10.5 家庭安全报警系统,图13-32 声光报警电路,10.5 家庭安全报警系统,图13-33 电平转换电路,10.5 家庭安全报警系统,图13-34 TC35I外围电路,10.5 家庭安全报警系统,图13-34 TC35I外围电路,1.概念题 1） 单片机应用系统有了硬件上的抗干扰技术，为什么还需要软件滤波程序？ 2）什么叫“软件陷阱”？作用是什么？ 3）什么是数字滤波？有哪些优点？ 4）单片机应用系统调试的基本方法是什么？ 5）单片机应用系统硬、软件的设计原则是什么？,思考与练习,
