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1、第12章 单片机应用程序开发,12.1 单片机应用系统开发的一般方法 12.2 交通灯模拟控制系统案例实现 12.3 空调制冷控制系统案例实现,学习目标 1掌握应用MCS-51单片机进行系统开发的方法和步骤； 2掌握交通灯模拟控制系统和空调制冷控制系统的设计。 重点内容 单片机应用系统开发的方法,12.1 单片机应用系统开发的一般方法,单片机应用系统是为完成某项具体任务而研制开发的用户系统，可以分为智能仪器仪表和工业测控系统两大类。虽然每个系统都有很强的针对性，结构和功能也不相同，但它们的开发过程和方法大致相同，,1确定任务,开发任何一个应用系统，都必须以市场需求为前提。因此，在系统设计前，首
2、先要进行广泛的市场调查，了解该系统的市场应用概况，分析系统当前存在的问题，研究系统的市场前景，确定系统开发设计的目的和目标。在此基础上，再对系统的具体实现进行规划，包括应该采集的信号的种类、数量、范围，输出信号的匹配和转换，控制算法的选择，技术指标的确定等。,2总体设计,在对应用系统进行总体设计时，应根据应用系统提出的各项技术性能指标，拟订出性价比最高的一套方案。首先，应根据任务的繁杂程度和技术指标要求选择机型。选定机型后，再选择系统中要用到的其它外围元器件，如传感器、执行器件等。在选取定单片机机型和器件时，应注意： （1）性能特点要适合所要完成的任务，避免过多的功能闲置。 （2）性能价格比要
3、高，以提高整个系统的性能价格比。 （3）结构原理要熟悉，以缩短开发周期。 （4）货源要稳定，有利于批量的增加和系统的维护。,硬件和软件如何分工？,用硬件实现速度比较快，节省CPU的时间，但系统的硬件接线复杂、系统成本较高。用软件实现则较为经济，但要更多地占用CPU的时间，原则上，能够由软件实现的任务就尽量用软件来实现，以降低成本，简化硬件结构。如果系统回路多、实时性要求强，则要考虑用硬件完成。同时，还要求大致规定各接口电路的地址、软件的结构和功能、上下位机的通信协议、程序的驻留区域及工作缓冲区等。总体方案一旦确定，系统的大致规模及软件的基本框架就确定了。,3硬件设计,硬件的设计是根据总体设计要
4、求，在选择完单片机机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元件，并设计出系统的电路原理图，经过必要的实验后完成工艺结构设计、电路板制作和样机的组装。主要硬件设计包括： （1）单片机电路设计：主要完成时钟电路、复位电路、供电电路的设计。 （2）扩展电路和输入/输出通道设计：主要完成程序存储器、数据存储器、I/O接口电路、传感器电路、放大电路、多路开关、A/D转换电路、开关量接口电路、驱动及执行机构的设计。,硬件设计应注意：,1）程序存储器。一般选用容量较大的EPROM芯片，如2764（8KB）、27128（16KB）或27256（32KB）等。 2）数据存储器和I/O接口。 根据系统功能的要求，如
5、果需要扩展外部RAM或I/O口，那么RAM芯片可选用6116（2KB）、6264（8KB）或62256（32KB）。 I/O接口芯片一般选用8255或8155（带有256KB静态RAM）。这类芯片具有口线多、硬件逻辑简单等特点。若口线要求很少，且仅需要简单的输入或输出功能，则可用不可编程的TTL电路或CMOS电路。 A/D和D/A电路芯片主要根据精度、速度和价格等来选用，同时还要考虑与系统的连接是否方便。,硬件设计应注意：,3）地址译码电路。通常采用全译码、部分译码或线选法，应考虑充分利用存储空间和简化硬件逻辑等方面的问题。MCS-51系统有充分的存储空间，包括64KB程序存储器和64KB数据
6、存储器，所以在一般的控制应用系统中，主要是考虑简化硬件逻辑。当存储和I/O芯片较多时，可选用专用译码器74S138或74LS139等。 4）总线驱动能力。MCS-51系统单片机的外部扩展功能很强，但4个8位并行口的负载能力是有限的。P0口能驱动8个TTL电路，P1P3口只能驱动3个TTL电路。在实际应用中，这些端口的负载不应超过总负载能力的70%，以保留一定的余量。如果驱动较多的TTL电路，则应采用总线驱动电路，以提高端口的驱动能力和系统的抗干扰能力。 数据总线宜采用双向8路三态缓冲器74LS245作为总线驱动器，地址和控制总线可采用单向8路三态缓冲区74LS244作为单向总线驱动器。,（3）
7、控制面板设计：,主要完成按键、开关、显示器、报警等电路的设计。,4软件设计,单片机应用系统的软件设计是研制过程中任务最繁重的一项工作，难度也比较大。单片机应用系统的软件主要包括两大部分： 用于管理单片机微机系统工作的监控程序：应尽可能利用现成微机系统的监控程序。许多单片机开发系统的监控软件功能相当强，并附有丰富的实用子程序，可供用户直接调用，例如键盘管理程序、显示程序等，可以直接选用。 用于执行实际具体任务的功能程序。要根据应用系统的功能要求来编程序。例如，外部数据采集、控制算法的实现、外设驱动、故障处理及报警程序等等。软件设计通常采用模块化程序设计、自顶向下的程序设计方法。,5系统调试 包括
8、硬件调试和软件调试,硬件调试的任务是排除系统的硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。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。 程序调试一般是一个模块一个模块地进行，一个子程序一个子程序地调试，最后联起来统调。在调试过程中，要不断调整、修改系统的硬件和软件，直到其正确为止。联机调试运行正常后，将软件固化到EPROM中，脱机运行，并到生产现场投入实际工作，检验其可靠性和抗干扰能力，直到完全满足要求，系统才算研制成功。,硬件设计,绘制硬件原理图 绘制印制板图 配置元器件 硬件功能分调,样机 联调,在样机中运行软件 软硬件修改与完善 反复调试以达设计要求
9、,考机 定型,现场运行样机 组装定型、软件固化 编写技术报告及说明书,12.2 交通灯模拟控制系统案例实现,1硬件电路设计 硬件原理图 （1）选择单片机：目前MCS-51单片机种类繁多，可以选用AT89C51，配备晶振和复位电路。 （2）端口地址：根据原理图所示，8255端口地址分配如下： A口：0FFD8H B口：0FFD9H C口：0FFDAH,2软件设计,发光二极管与相应端口取值关系,该案例主要是控制12个发光二极管亮或灭，而发光二极管分别与8255的B口低4位及A口8位相连接，控制亮灭则可以通过向这些端口输出0或1，因此8255主要工作于输出状态，工作于方式0。,ORG 0BB0H J
10、OD0：MOV SP，#60H MOV DPTR，#0FFDBH MOV A，#88H ；A、B口工作于方式0、输出 MOVX DPTR,A ；8255初始化 MOV DPTR，#0FFD8H MOV A，#0B6H MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，#0DH MOVX DPTR，A ；点亮4个红灯 MOV R2，#32H ；延时5s LCALL DELY JOD3： MOV DPTR，#0FFD8H MOV A，#75H MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，#0DH MOVX DPTR，A ；东西绿灯亮,南北红灯亮 MOV R2，#64H LCALL D
11、ELY ；延时10s,MOV R7,#03H ；闪烁3次 JOD1：MOV DPTR,#0FFD8H MOV A，#0F3H MOVX DPTR,A INC DPTR MOV A，#0CH MOVX DPTR，A ；东西黄灯亮,南北红灯亮 MOV R2，#0AH LCALL DELY ；延时 MOV DPTR,#0FFD8H MOV A，#0F7H MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，#0DH MOVX DPTR，A ；南北红灯亮 MOV R2，#0AH LCALL DELY ；延时 DJNZ R7，JOD1 ；闪烁次数未到继续,MOVX DPTR，A ；东西红灯亮,南北黄灯
12、亮 MOV R2，#0AH LCALL DELY ；延时10s MOV DPTR，#0FFD8H MOV A，#0BEH MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，#0FH MOVX DPTR，A ；东西红灯亮 MOV R2，#0AH LCALL DELY ；延时 DJNZ R7，JOD2 ；闪烁次数未到继续 LJMP JOD3 ；循环,MOV DPTR,#0FFD8H MOV A，#0AEH MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，#0BH MOVX DPTR，A ；东西红灯亮,南北绿灯亮 MOV R2，#64H LCALL DELY ；延时 MOV R7，#03H
13、 ；闪烁次数 JOD2:MOV DPTR，#0FFD8H MOV A，#9EH MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，#07H,；- DELY： MOV R6, 64H ； LOOP1： MOV R5, 0F8H NOP LOOP2： DJNZ R5, LOOP2 DJNZ R6, LOOP1 DJNZ R2, DELY RET ；- END,延时程序，延时R2*100ms,12.3 空调制冷控制系统案例实现,1确定任务 设计空调制冷控制系统，要求该系统能够自动控制制冷压缩机的运行和停止(制冷压缩机工作，则将空气热量带走，环境温度下降)，使环境温度保持在人们设定的温度上(调温范
14、围为1030)。 控制系统要控制的是空气温度，是通过压缩机的运行、停止控制的，实际上单片机直接控制的是压缩机的工作状态。该系统要实现以下功能。 1）根据环境温度控制压缩机工作。控制参数是温度，被控参数是压缩机电路通、断的工作状态。 2）设置希望的环境温度值。由人手动控制。 3）显示设定的温度值。,2总体设计,（1）信号、参数的转化设计 1）利用温度传感器将空气温度转化为电信号。因温度传感器输出的是模拟信号，必须经模/数转换器转换为数字信号。 2）单片机通过继电器控制压缩机的工作状态。 3）利用二位LED温度显示灯显示预置温度值。 4）温度设置方法为：系统启动时，自动设置调节温度为20，若调高或
15、调低温度，分别由“升温”和“降温”按钮产生脉冲实现，每个脉冲控制升高或降低1。 （2）机型选择：选用80C51,压缩机,电源指示灯,220V,单 片 机,温度传感器,A/D,升温 按钮,降温 按钮,LED温度显示灯,M,压缩机指示灯,继电器,3硬件设计,(1)该制冷控制系统可由80C51单片机最小系统即可实现。电源由220V市电经直流电源转化为+5V直流电压，采用内部时钟电路。 (2)选用热敏电阻式温度传感器和ADC0809转换器。温度传感器产生的模拟信号转换为数字信号后，由P0口输入。ADC0809由P3.0启动转换，由P3.1控制输出。信号传输采用无条件输入方式，启动A/D转换后延时100s从P0口采集数据。时间延迟由T0实现。 (3)温度设置信号由脉冲电路产生，为简化系统，通过导线分别与单片机INT0、INT1引脚相连，以中断方式工作。 (4)利用电磁继电器控制制冷压缩工作状态。继电路由P3.7驱动。 (5)两位显示温度的共阳LED七段码分别由P1口、P2口驱动。,硬件设计电路图,4软件设计,（1）主程序模块：主要包括设置、显示默认调节温度为20的进行系统初始化工作。参见6.5节，流程图如图12-4所示。 （2）温度设置模块：包括“升温”和“降温”两段程序，它们的内容相仿。参见
