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1、单片机原理与接口技术 （C语言版） 第11章 单片机应用实例,主 编：周国运 清华大学出版社,第11章 单片机应用实例,目 录 11.1 单片机应用开发方法 11.2 基于单片机的计算器设计 11.3 基于单片机的万年历设计,本章要点 本章首先介绍单片机应用开发的方法，然后以计算器和带温度功能的万年历两个单片机应用实例，示范单片机应用系统的设计过程。,11.1 单片机应用开发方法,主要内容 11.1.1 总体设计 11.1.2 硬件设计 11.1.3 软件设计 11.1.4 系统调试与测试,11.1 单片机应用开发方法,单片机系统是针对某一具体应用的专用系统，单片机的应用领域范围很广，控制形式
2、多种多样，在不同场合下要求各不相同，但设计开发过程基本相同。 一个典型的单片机应用系统开发过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、软硬件集成与调试、调试运行、性能测试等几个阶段组成。在调试过程中需要对系统进行修改和完善。,11.1.1 总体设计,1研究开发对象和用户要求 2拟订方案，确定功能、性能指标 3软硬件功能划分 在系统方案确定之后，需要对系统软硬件功能合理安排，要根据系统的要求而定，一些硬件电路的功能可以由软件来实现，反之亦然。,11.1.2 硬件设计,1系统硬件电路设计的一般原则 选择典型电路、力求硬件电路规范化、模块化； 选择功能强的芯片，简化电路设计； 考虑以后系统功能的变化，留下
3、扩展余地； 系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配； 外接电路较多时，必须考虑其驱动能力； 考虑系统可靠性与抗干扰问题去耦滤波、合理布线、信号隔离、看门狗电路等；,2硬件可靠性设计 采用隔离和滤波技术抑制输入/输出通道可能出现的干扰； 采用单独供电、低通滤波器和隔离变压器等抑制供电系统的干扰； 采用屏蔽和接地措施、强弱地线分开等措施抑制电磁场干扰； 使用“看门狗”电路，解决CPU运行时可能进入混乱或死循环。,11.1.2 硬件设计,3元器件选择原则 尽可能选择单片机自身集成度比较高的型号，除了可以降低系统的硬件开销外，系统的复杂程度和出错可能性也大大减低。 尽量采用通用的大规模集成电路。这样能简
4、化系统的设计、安装和调试过程，也有助于提高系统的可靠性。 外围电路芯片类型一致。对于低功耗应用系统，必须采用HCMOS或CMOS芯片，如74HC系列、CD4000系列；而一般系统可使用TTL数字集成电路芯片。,11.1.2 硬件设计,11.1.3 软件设计,1模块化结构 根据系统的功能，把整个系统软件划分成多个主模块，每一个主模块有1个文件（或1个主文件和多个子文件构成），便于分工独立设计，各模块间尽量减少关联。模块划分如键盘和显示、射频卡操作、温度测控、变频器（电机）测控、阀门和压力测控、日期时间产生与调整等。 在各模块的设计中，按照各自的目标功能，采取自顶向下、先粗后细的方法，拟定出实现目
5、标需要的功能块，然后编写功能函数。,2软件抗干扰技术 （1）通过数字滤波提高数据采集的可靠性 算术平均法。对一点数据连续采样多次，计算其平均值，以其平均值作为采样结果。 中值法。对一个采样点连续采集多个信号，并对这些采样值进行排序，取中间值作为采样结果。 去极值算术平均法。对采样值进行排序，去掉两端相同数目的大数和小数，对剩余数的算数平均值作为采样值。,11.1.3 软件设计,（2）程序运行失常的软件抗干扰措施 设置软件陷阱。在程序所有的断裂点（函数、数表结束处、无条件转移指令处）之后和空白区域的尾端，放两条“NOP”指令和一条“LJMP 0”指令。 软件“看门狗”。使用定时器，设置定时器的定
6、时时间稍大于主程序最长的循环时间，在主程序循环体中给定时器赋初值。当程序失常时，将不能对定时器赋初值而导致其溢出并中断，在定时器中断服务程序中，使系统从0地址开始运行。,11.1.3 软件设计,11.1.4 系统调试与测试,1系统调试 包括硬件调试、软件调试和软硬件集成调试。 硬件调试的任务是排除硬件电路故障。 软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试，除发现和解决程序错误外，也可以发现硬件故障。 软硬件集成调试（往往在现场）是将程序下载到单片机中，系统运行调试，对大系统要逐个部分调试。 在调试过程中，不断地发现错误、排除故障、修改软硬件，直到正确为止。,2系统测试 系统在现场通过调试运行后，需
7、要对系统进行测试，以检查系统是否满足原设计要求，并进一步改进和完善。 经过反复运行测试，各种性能指标满足要求后，就可以将系统交付用户，由用户操作使用，开发过程即告结束。在用户的使用的初期，需要密切关注系统运行情况。,11.1.4 系统调试与测试,11.2 基于单片机的计算器设计,主要内容 11.2.1 系统电路设计 11.2.2 系统功能设计 11.2.3 系统程序设计,11.2.1 系统电路设计,11.2.1 系统电路设计,计算器电路器件列表如下： AT89C52：单片机； 7SEG-MPX8-CA-BLUE：蓝色七段8位共阳极数码管； KEYPAD-SMALLCALC：计算器键盘； SOU
8、NDER：蜂鸣器。 数码管采用共阳极设计，段选口相应段输入0时该段点亮，输入1时不亮，而AT89C52的P0口没有上拉电阻，P0口相应位输出0时该位接地，输出1时为悬空。所以可以使用P0作为数码管的段选口。 实际应用电路，段选口和位选口应该加上驱动，其段驱动可以使用74LS245，位驱动可以用74LS07等。,11.2.2 系统功能设计,1系统主要模块及功能 1）按键识别模块，采用行扫描法识别按键，将所得按键键值通过查表转换为简易计算器键盘按键所对应的键值。 2）按键执行模块，根据所按下按键，分别执行相应的功能。 3）计算处理模块，对算术运算的处理。 4）修改显示缓冲区模块，将要显示的内容送入
9、显示缓冲区，供显示函数读取显示。,5）主模块，初始化系统，循环调用按键识别模块，有键按下执行按键执行模块。 6）定时器中断模块，定时器0定时1ms，在一次中断中执行多个任务： 对数码管动态扫描显示，每中断一次只显示1位，每位显示时间为1毫秒； 产生500Hz的蜂鸣器响声； 产生毫秒单位延时。,11.2.2 系统功能设计,11.2.2 系统功能设计,系统执行路线图,11.3 基于单片机的万年历设计,主要内容 11.3.1 实时时钟芯片DS1302简介 11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介 11.3.3 系统电路设计 11.3.4 系统功能设计 11.3.5 系统程序设计,11.3.1
10、实时时钟芯片DS1302简介,DS1302是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片。 采用 SPI 三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 RAM数据。 可提供秒、分、时、日、星期、月和年，且具有闰年补偿功能。 工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电，可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。,1DS1302引脚功能 Vcc1：主电源正极接入端，2.55.5V。 Vcc2：备份电源。,11.3.1 实时时钟芯片DS1302简介,SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出。 X1、X2：振荡源，外接32
11、.768kHz晶振。 I/O：三线接口时的双向数据线。 RST：复位引脚。,11.3.1 实时时钟芯片DS1302简介,2DS1302读写操作 DS1302是 SPI 总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。DS1302的控制字如下图。,位7：必须是逻辑1。 位6：为0，存取日历时钟数据；为1，存取 RAM 数据。 位5至位1（A4A0）：指示操作单元的地址。 位0：为0，进行写操作；为1，进行读操作。,11.3.1 实时时钟芯片DS1302简介,控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入 DS1302，数据输入从最
12、低位（0位）开始。 同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿，读出 DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。,11.3.1 实时时钟芯片DS1302简介,DS1302寄存器功能及读写数据格式,11.3.1 实时时钟芯片DS1302简介,3DS1302基本操作函数 void DS1302WriteByte(unsigned char Data) unsigned char i; for(i=8; i0; i-) Data=1; DS1302IO = CY; DS1302CLK = 1; DS1302CLK = 0; ,11.3.1 实时时钟芯片DS1302简介,
13、unsigned char DS1302ReadByte() /从DS1302读取1Byte数据 unsigned char i, temp=0; for(i=0; i8;i+) DS1302CLK = 0; if(DS1302IO!=0) temp|=(1i); DS1302CLK = 1; return(temp); ,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，体积小、线路简单等特点。在一根通信线上，可以挂很多这样的数字温度传感器，因此用它来组成一个测温系统，十分方便。DS18B20主要有如下特点： 单个I
14、/O引脚数据通信 每个DS18B20都有独一无二的序列号 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温 测量温度范围在55到125之间 分辨率为912位可选，12位时精度为0.0625 内部有温度上、下限报警设置,1DS18B20引脚功能 DS18B20采用3脚PR-35封装（或8脚SOIC封装），引脚排列如图11-5所示，该图为DS18B20的平面向前的正视图，各引脚定义如下：,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,GND：为电源地接入端 DQ：为数字信号输入/输出端 VDD：为外接供电电源正极输入端（在寄生电源接线方式时接地）,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,DS1
15、8B20内部结构图,2DS18B20的结构 由电源检测电路、64位光刻ROM和单线接口电路、测温元件、高低温触发器、配置寄存器、高速缓存存储器以及存储器和控制器等组成，如下图所示。,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,配置寄存器格式,温度分辨率设置表,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,DS18B20 暂存寄存器分布,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,ROM指令表,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,RAM指令表,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,3DS18B20接口电路,寄生电源供
16、电方式 外部电源供电方式,在单点测温系统中，可以使用寄生电源供电方式，在多点温度监控系统中，外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式精度。,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,4DS18B20的操作函数 bit Init_DS18B20(void) /初始化函数 bit x=0; DQ = 1; /DQ复位 delay_1820(8); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 delay_1820(80); /精确延时大于 480s DQ = 1; /拉高总线 delay_1820(14); x=DQ; /x=0则初始化成功 delay_1820(20); /x=1则初始化失败 return x; ,11.3.2 数字温度传感器DS18B20简介,unsigned char ReadOneChar(void) /读一个字节 uns
