《单片机原理与应用及上机指导第10章节：使用单片机开发应用系统幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理与应用及上机指导第10章节：使用单片机开发应用系统幻灯片（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第10章 使用单片机开发应用系统,教学提示和教学目标 10.1 开发应用系统过程 10.2 单片机的开发工具和开发方法 10.3 单片机系统可靠性与抗干扰技术 10.4 软件抗干扰原理与方法 10.5 上机指导,教学提示和教学目标,教学提示：单片机作为微型计算机家庭中的一员、发展中的一个分支，以其独特的结构和优点，越来越深受各个领域的关注和重视，其应用系统的设计方法和思想与一般的微型计算机应用系统的设计在许多方面是一致的，但由于单片机应用系统通常作为系统的最前端，设计时更应注意应用现场的工程实际问题，使系统的可靠性能够满足用户的要求。 教学目标：了解80C51单片机开发应用系统的过程；掌握80
2、C51单片机的开发工具和开发方法；熟练掌握80C51单片机软件抗干扰原理与方法。,10.1 开发应用系统过程,单片机本身只是一个微控制器，只有当它和其他器件、设备有机地组合在一起，并配置适当的工作程序后，才能构成一个单片机应用系统，完成规定的操作，具有特定的功能。一个单片机应用系统从提出任务到正式投入运行的过程称为对单片机的开发，开发过程所用的设备就称为开发工具。因此，单片机的开发应用系统应包括以下几个步骤。 1确定任务 2方案设计 3硬件设计 4软件设计,10.2 单片机的开发工具和开发方法,单片机本身并没有自开发能力，必须借助于开发工具来开发应用软件以及对硬件系统进行诊断。当单片机开发系统
3、调试成功后，还需要利用开发工具将程序固化到单片机的内部或外部4ROM芯片中。 10.2.1 单片机开发系统的功能 10.2.2 单片机应用系统调试,10.2.1 单片机开发系统的功能,单片机开发系统的性能优劣和单片机应用系统的研制周期密切相关。一个单片机开发系统功能的强弱，可以从在线仿真、调试、软件辅助设计、目标程序固化等几个方面来分析。 1在线仿真功能 仿真器就是通过仿真头用软件代替在目标板上的51芯片，关键是不用 2调试功能 开发系统对目标系统软、硬件的调试功能强弱，将直接关系到开发的效率。性能优良的单片机开发系统应具有下列调试功能：运行控制功能、目标系统状态的读出修改功能、跟踪功能 3辅
4、助设计功能 软件辅助设计功能的强弱也是衡量单片机开发系统性能高低的重要标志。 4程序固化功能,10.2.2 单片机应用系统调试,在完成用户系统样机的组装和软件设计以后，便进入系统的调试阶段。用户系统的调试步骤和方法基本上是相同的，但具体细节和所采用的开发机以及用户系统选用的单片机型号有关。单片机应用系统调试的一般方法如下。 1硬件调试方法 2软件调试方法,10.3 单片机系统可靠性与抗干扰技术,单片机应用系统的工作环境一般都比较恶劣，干扰源较多，因此系统的输入中会存在大量的噪声和干扰信号。 10.3.1 抗干扰技术 10.3.2 可靠性设计任务与方法,10.3.1 抗干扰技术,1硬件抗干扰常用
5、方法 采取的抗干扰主要有以下手段：选择良好的元器件与单片机、抑制电源干扰、数字信号传输通道的抗干扰技术、硬件监控电路、印制板电路合理布线 2软件抗干扰常用方法 软件抗干扰方法具有简单、灵活方便、耗费低等特点，在单片机系统中被广泛应用，软件抗干扰的常用方法有数字滤波方法、输入信号重复检测法、输出端口数据刷新法、指令冗余法及软件陷阱技术等。,10.3.2 可靠性设计任务与方法,可靠性设计是一项系统工程，单片机系统的可靠性必须从软件、硬件及结构设计等方面全面考虑。硬件系统的可靠性设计是单片机系统可靠性的根本，而软件系统的可靠性设计起到抑制外来干扰的作用。通过软件系统的可靠性设计，达到最大限度地降低干
6、扰对系统工作的影响，确保单片机及时发现因干扰导致程序出现的错误，并使系统恢复到正常工作状态或及时报警的目的。 1电路设计 2元器件选择 3结构设计 4噪声抑制 5开机自检 6足够的容错设计 7安保、自检与自修复技术 8采用备份系统提高可靠性,10.4 软件抗干扰原理与方法,前面提到的软件抗干扰方法具有简单、灵活、方便、耗费低等特点，在单片机系统中被广泛应用，在这一节着重介绍一下软件抗干扰的原理与方法。 10.4.1 软件抗干扰 10.4.2 数字滤波方法 10.4.3 指令冗余方法 10.4.4 软件陷阱技术 10.4.5 看门狗技术 10.4.6 故障自动恢复处理程序 10.4.7 开关量输
7、入/输出软件抗干扰技术,10.4.1 软件抗干扰,软件抗干扰技术是当系统受到干扰后，使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪存真的一种辅助方法。此技术属于一种被动抗干扰措施，但是由于软件抗干扰设计灵活，节省硬件资源，操作起来方便易行，所以软件抗干扰技术越来越受到人们的重视。 软件抗干扰技术主要研究的方面有以下几个。 (1) 采取软件的方法对叠加在模拟输入信号上的噪声进行抑制，以读取真正有用的信息，如数字滤波器。 (2) 在程序受到干扰“跑飞”的情况下，采取措施使程序回到正常的轨道上来，常见的抗干扰技术有软件拦截技术(软件陷阱等)、输入口信号重复检测方法、输出口数据刷新、数字滤波等。 (3) 程
8、序具有自检功能。,10.4.2 数字滤波方法,为了保证测量和控制的准确性，在进行数据处理之前要消除输入信号中的干扰，干扰信号可以通过模拟滤波器和数字滤波加以削弱或滤除。模拟滤波器装置一般由电阻、电容、运算放大器等电子元件组成；数字滤波是一种程序滤波，其计算程序对采样信号进行平滑加工，减少干扰信号在有用信号中的比例，和模拟滤波装置相比，数字滤波有以下几个优点。 (1) 数字滤波用程序实现，不需硬件设备，系统的可靠性较高。 (2) 数字滤波可实现多通道共用。 (3) 可对低频信号实现滤波。 (4) 采用不同的算法和参数就可实现对不同信号的滤波，使用起来灵活、方便。 常用的数字滤波方法有程序判断滤波
9、、中值滤波、算术平均滤波等。,10.4.3 指令冗余方法,当CPU受到干扰后，往往将一些操作数当作指令码来执行，引起程序混乱。这时首先要尽快将程序纳入正轨(执行真正的指令系列)。MCS-51系统中所有指令都不超过3个字节，而且有很多单字节指令。当程序弹飞到某一条单字节指令上时，便自动纳入正轨。当弹飞到某一双字节或三字节指令上时，有可能落到其操作数上，从而继续出错。因此，应多采用单字节指令，并在关键的地方人为地插入一些单字节指令(NOP)，或将有效单字节指令重复书写，这便是指令冗余。,10.4.4 软件陷阱技术,所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向对程序出错进行处理的程序。如果把
10、这段程序的入口标号称为ERR，软件陷阱即为一条LJMP ERR指令，为加强其捕捉效果，一般还在它前面加两条NOP指令，因此，真正的软件陷阱由3条指令构成： NOP NOP LJIMP ERR 软件陷阱安排在下列4种地方： (1) 未使用的中断向量区 (2) 未使用的大片ROM空间 (3) 表格 (4) 程序区,10.4.5 看门狗技术,应用系统受到干扰后，都要进行复位，而一般RC电路往往不能保证系统的安全、可靠工作，因此便出现了看门狗。看门狗就是监控定时器的简称，它用来检测微处理器是否工作正常，如果工作不正常，则程序跑飞或者死机，看门狗电路的输入端没有被及时触发，那么看门狗就会产生一个复位脉冲
11、，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。“看门狗”技术可由硬件实现，也可由软件实现。 1软件“看门狗”技术 软件“看门狗”的原理就是前面提到的软件陷阱技术，若失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，须进行出错处理。 2硬件“看门狗”技术 所谓硬件“看门狗”，就是一个能发出“复位”信号的计数器或定时器电路。单独的硬件看门狗有MAX706、MAX705、MAX813等，同类的还有IMP系列的产品；现在已有许多更先进的集电源监视和“看门狗”于一身的新型芯片(WDT ON C
12、HIP)。,10.4.6 故障自动恢复处理程序,单片机系统因干扰复位或掉电后复位均属非正常复位，应进行故障诊断并能自动恢复非正常复位前的状态。 1非正常复位的识别 2硬件复位与软件复位的识别 3开机复位与看门狗故障复位的识别 4正常开机复位与非正常开机复位的识别 5非正常复位后系统自恢复运行的程序设计,10.4.7 开关量输入/输出软件抗干扰技术,控制量有效信号上叠加一系列离散尖脉冲，这种干扰不易用硬件加以抑制，可采用软件重复检测以提高输入/输出接口抗干扰性。 由于干扰信号的持续时间非常短，因此在采集数字信号时，可重复采集，直到连续两次或两次以上的采样结果完全相同，才视输入信号有效。如果多次采
13、样的结果总是变化不定，则视为采样无效。在满足实时性要求的前提下，如果在相邻的信号采集过程之间插入延时程序，就可以抑制较宽的脉冲，抗干扰的效果会更好。,10.5 上机指导：利用单片机开发汽车信号灯应用系统,1. 实验目的 (1)掌握 51 系列单片机开发应用系统的过程。 (2)熟练编写 51系列单片机的分支程序和一些子程序。 (3)掌握开发应用系统的调试方法。 2. 实验说明 模拟汽车在驾驶中的左转弯、右转弯、刹车、闭合紧急开关、停靠等操作。 (1)在左转弯或右转弯时，通过转弯操作杆使左转弯或右转弯开关合上，从而使左头信号灯、仪表板的左转弯灯、左尾信号灯或右头信号灯、仪表板的右转弯信号灯、右尾信号灯闪烁。 (2)闭合紧急开关时以上6个信号灯全部闪烁。 (3)汽车刹车时，左、右两个尾信号灯点亮。 (4)若正当转弯时刹车，则转弯时原闪烁的信号灯应继续闪烁，同时另一个尾信号灯点亮，以上闪烁的信号灯以1Hz频率慢速闪烁。 (5)在汽车停靠开关合上时左头信号灯、右头信号灯、左尾信号灯、右尾信号灯以 10Hz频率快速闪烁。 任何在表10.1中未出现的组合，都将出现故障指示灯闪烁，闪烁频率为 10Hz。 3. 实验内容及步骤 (1)做电路板。 (2)编写程序。 4. 电路图 5. 思考题,
