《《MCS-51单片机原理与应用》第9章 单片机应用系统开发课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《MCS-51单片机原理与应用》第9章 单片机应用系统开发课件（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,1,本章导读 本章主要介绍单片机应用系统的开发，进一步熟悉和掌握单片机应用系统的开发流程和方法。以电缆充气机系统的开发为实例，介绍了“单片机+CPLD”的开发模式；以AT89C2051控制的单灯闪烁项目的开发为实例，介绍了MedWin软件的使用和用ME-52HU仿真器进行用户系统仿真调试的过程。,第9章 单片机应用系统开发,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,2,设计、调试单片机应用系统称为单片机开发。单片机本身一般不带开发系统,需要借助于8051MCU开发工具来进行软、硬件的设计与调试。设计时应着重考虑应用现场的各种因素,尽量减
2、轻和避免现场的各种干扰,使系统能够正常地运作。要组建一个应用系统,还需要给它配备必要的外围部件。 9.1.1单片机应用系统设计要求 1. 熟悉应用对象,确定控制范围 设计之前需要了解现场的环境,全面详细地了解被控制对象的特点和生产工艺过程。 2. 提高可靠性和抗干扰能力 设计时应充分考虑到系统的故障检测和自我保护功能。,9.1 单片机应用系统开发步骤,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,3,1. 选择合适的单片机 按要求挑选合适的单片机, 选择性价比高的单片机。 2. 软硬件的合理划分 对于实时性要求高,又耗CPU执行时间的可以考虑用硬件实现。在CPU负载不重的情况下,可尽量通过
3、软件的方式来完成。采用“单片机+CPLD”的模式 。 3. 硬件电路设计 硬件电路的设计是根据系统的要求,确定要用的外围设备和元件,设计系统的电原理图, 经必要的实验,完成工艺结构设计、印刷线路板的制作和样机的组装。 4. 软件程序设计 采用结构化的程序设计方法,程序的算法要正确、结,9.1.2单片机应用系统设计流程,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,4,1. 系统开发的目的和原理 目的: 保证通信线路所在管道的气压和湿度能维持在正常的范围内,一旦发现气压或湿度超常,将启动空压机,对其充压和抽干,在系统产生故障的时候能自动报警和紧急处理。 工作原理:通过采集储气管的压力来控制空
4、压机供气系统的工作。 2. 系统开发要求 系统开始工作,或系统检测到储气管的压力小于压力下限2.0Kg时, 空压机供气系统开始工作。当一个系统的空压机过流报警,湿度报警时,只能选择另一套系统工作。当两套系统均无报警信息时,应选择连续,9.2 单片机应用系统开发实例9.2.1系统开发的目的和要求 1,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,5,工作时间短的一套系统工作。 空压机供气系统先以一套供气系统进行工作,当储气管的压力达到压力上限5.0Kg时停止工作。当一套系统无法在5分钟内使储气管的压力达到压力上限时,应启动另一套系统同时工作,如两套系统同时工作10分钟仍无法使储气管的压力达到
5、压力上限,认为供气系统有故障,应停止两套系统工作,设立流量（大漏气）报警标记,由打印机打印故障记录,启动蜂鸣器报警,同时通过电话网络呼叫报警中心。 在使用两套空压机供气系统时,在正常应使两套系统轮换工作每套系统工作2小时。但在一套系统已开始工作储气管的压力未达到压力上限时不受2小时的限,9.2.1系统开发的目的和要求 2,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,6,制应工作到压力达到上限以免高压开机。空压机供气系统开始工作时应先启动放水阀门3秒,使系统管道内的水得以释放,3秒后启动空压机电机,同时使干燥筛以30秒的间隔轮换工作。如在正常工作的情况下,系统达到压力上限而停止工作,某干燥
6、筛的工作时间未达到30秒,则下次启动时,仍应使用该干燥筛,到30秒后再切换。以上工作参数均可用PC机进行异地设置调整。 1. 充气机系统的架构 系统的架构示意图如图9.1,选用89C52单片机,配以并行和串行电路/A/D转换电路/RAM掉电保护电路和一个看门狗电路等。实际使用的电缆管道用一组拨盘开关或远程的PC机来设置。,9.2.2系统的整体架构 1,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,7,配备打印机和显示面板, 实时显示系统工作情况和,9.2.2系统的整体架构 2,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,8,记录故障信息 。系统通过控制MODEM,经由电话网络跟PC机
7、建立通信连接。 2. 充气机系统输入模拟量 储气管压力P范围为0.0 9.9 Kg,1 Kg相当于输入模拟电压1V。用于判断空压机供气系统的工作。 总气管压力P01P04范围为0.0 0.9 Kg1 Kg相当于输入模拟电压5V。用于监视充气机的输出量,不足0.2 Kg时作低气压报警。 支气管压力p1p40范围为0.0 0.9 Kg,1Kg相当于输入模拟电压5V。用于监视每条电缆的供气量,不足0.2 Kg时作低气压报警。 3. 充气机系统的报警量由传感器转换为开关量输入,9.2.2系统的整体架构 3,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,9,电网电压异常报警:如空压机供气在工作,停止
8、供气系统,打印出错信息,呼叫报警中心。设置电网电压标记,十分钟后检查是否恢复正常,如正常继续工作。 空压机过流报警:停止供气系统,打印出错信息,呼叫报警中心。设置该系统的空压机过流标记,禁止此空压机供气系统工作,直至重新上电时才能恢复系统工作。 湿度报警:干燥筛出现故障时报警,停止供气系统,打印出错信息,呼叫报警中心,设置该系统的湿度报警标记。启动供气系统时应根据该标记判断采用哪个系统。 温度报警:系统温度过高时报警,停止供气系统,打印出错信息,温度降低后,此报警量自动复位。 4. 充气机系统的输出报警量,9.2.2系统的整体架构 4,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,10,当
9、两个空压机累计的工作时间超过电机的限定值时,将分别产生系统超时报警,报警量的产生和处理如表9.1（见教材P.201）。 5. 充气机系统的通信模块 系统的通信模块通过MODEM与电话网络相连接,实现报警和远程PC机的数据通信。 1. 充气机系统的主控部分 充气机系统的硬件主控部分的主要电路如图9.2 （见教材P.202）,图中采用的单片机是89C52,由DS12887A芯片提供实时时钟,外接一片6264来扩展系统的片外RAM,图中逻辑门电路实际是由一块CPLD芯片来实现。 89C52的INT0中断,被用作外部中断的输入口。共有,9.2.3系统的硬件说明 1,2020/9/18,MCS-51单片
10、机原理与应用,11,UPS、报警量输入（WARN_INT）、实时时钟（TIMER_INT）和按键（SW_INT） 4个中断 。74LS138产生的片选信号和地址分配如表9.2。 看门狗电路和复位电路如图9.3所示。,9.2.3系统的硬件说明 2,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,12,看门狗电路用了X5045芯片,SI、WDI和SCK输入端分别由89C52的P1口驱动,并定时清除X5045计数器, 避免其产生复位信 号。一旦受到干 扰而程序跑飞时, 89C52将无法提 供清除信号,因此 X5045会在RESET 端口给出复位信号,此 信号通过跳线JP101连 接到RESET端,
11、从而将 单片机复位。,9.2.3系统的硬件说明 3,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,13,按键SW101作为外部的强制复位,图中跳线JP101JP103可有选择的将复位信号连接到系统的不同部分。远程PC会定时与主控系统进行通信,回读存放在6264中的工作记录等数据,因此设计了掉电保护电路,当工作电源故障时,切换至备用电源对内存供电。掉电保护电路原理图如图9.4。,9.2.3系统的硬件说明 4,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,14,图9.4中VCC是正常时的工作电源,3.6V的电池是备用电源,VCCRAM接到6264的电源管脚上。正常工作时VCCRAM直接由V
12、CC供电,一旦VCC发生故障,二极管D101便无法导通,此时VCCRAM转而由3.6V的备用电源供电,从而保证了6264中保存的数据不会因此而丢失。为了防止备用电源电力的耗尽,采用了LM339的比较器来监控备用电源的电压,一旦电压低于一定值,比较器的输出BATT就会发生变化,BATT管脚是连接到图9.4中74LS244的输入管脚1A4上,89C52可以通过读取这个管脚得知备用电源的电力状况,从而产生相应的报警信息。 中断信息的读取电路如图9.5所示。,9.2.3系统的硬件说明 5,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,15,因所有的中断源都共享一个89C52的中断口INT0,所以8
13、9C52在收到中断请求之后,会通过74LS244来读取中断源的信息,以此来判断到底是哪个中断源申请的中断。片选信号SEL由74LS138译码器的Y7端口提供。 2. 充气机的通信电路 系统通信功能通过 连接一调制解调器 来实现,用一片MC 145407将RS-232电 平转化成单片机能 处理的TTL电平。 89C52的P1口与MC145407,9.2.3系统的硬件说明 6,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,16,相连,通过DB-9与调制解调器连接,电原理图如图9.6。3. 充气机的面板接口电路 面板包括:数码显示、发光二极管指示、打印机、面板开关、报警输入等。通过两片Intel
14、 8255A芯片构成面板接口,通过50PIN的电缆插件与面板相连。 电原理图 如图9.7 其中 RESPACK301 和 RESPACK302 是排阻。,9.2.3系统的硬件说明 7,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,17,9.2.3系统的硬件说明 8,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,18,报警输入占用6bit, 将这6个报警量相与,构成中断申请信号。报警输入用了第2片8255A的PA6PA4和PA2PA0。 面板开关占用了4bit, 将这4个开关量相与,构成中断申请信号。开关量输入用了第1片8255A的PC3PC0。 采用8个数码管,用于显示两台空压机的累计
15、工作时间4位、压力显示4位。数码管有对应的寄存器和译码器,为静态显示模式。更换显示内容时,先输出空压机工作时间的BCD码4位和压力的BCD码4位,然后输出相应显示位的控制信号4位,使BCD码输入到相应的显示寄存器。显示共占用了12bit。累计时间的BCD码为第1片的PA3PA0,压力的BCD 码为第1片的PA7PA4,9.2.3系统的硬件说明 9,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,19,数码管显示的控制信号为第1片的PC7PC4。 发光二极管显示为9bit为第1片的PB0PB2、PB4PB7和第2片的PC5PC4。 蜂鸣器的信息为1bit为第2片的PC6。 打印机输出采用查询方
16、式,数据线（PRINTER_D7:0）为第2片的PB7PB0,BUSY为第2片的PA7,STR为第2片的PC7。 4. 充气机的数据采集和A/D转换电路 数据采集和A/D转换的电原理图如图9.8。系统最多可以同时监控45路支气管道的气压状况,因此对于每一支路的气压都会用一个压力传感器将压力转化成电压。这些电压值会通过6个15PIN的电缆插件与主控系统相连接,通过一个A/D转换器件将模拟量转换成数字量。,9.2.3系统的硬件说明 10,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,20,标有S1S45的连接线分别连接到6个电缆插件上,代表每一支路气压值。这45支路压力值通过2级4051器件进行多路选通, 选择到的那一路的电压值通过ADC 0804将模拟量电压值转换成数字量。 89C52通过读取,9.2.3系统的硬件说明 11,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,21,ADC0804即可获得该路的气压值。主控系统可以将多路气压的8位选通信号通过数据总线DB7DB0写入,9.2.3系统的硬件说明 12,2020/9/18,MCS-51单片机原理与应用,22,74LS27
