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1、第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术单片型计算机原理及工程应用陕西科技大学吉涛第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术第九章单片机工程应用技术 第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术第九章 单片机工程应用技术 内容提要：了解单片机工程应用系统结构；掌握单片机应用系统工程设计的步骤、方法；（重点）熟悉单片机应用中的硬件抗干扰和软件抗干扰技术；（重点）了解单片机稳压电源模块设计；掌握常用接口驱动电路的应用技术。（重点）学习难点：工程项目设计的方法和技巧；单片机应用系统的调试；抗干扰技术及应用 。 第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.1单片机工程应用系统设计 单
2、片机应用系统的结构 包括硬件系统和软件系统硬件系统：包括单片机系统、用于测控目的的前向传感器输入通道，用于输出控制的后向伺服控制通道以及基本的人机界面通道，在较复杂的测控系统中，还可能使用到多机系统，会增加包括机-机之间进行通信的信息交互通道。软件系统：指应用程序，如D/A或A/D 转换程序，数据采样程序、数字滤波程序、标度变换程序、键盘处理程序、显示程序、过程控制程序（如PID运算程序、数字控制程序）等。 单片机应用系统硬件的基本构成 第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.1单片机工程应用系统设计 单片机应用系统设计的要求与内容设计要求：高可靠性：要求在设计时将安全可靠性放在第一
3、位。包括选用可靠性高的单片机及接口、外围设备，尽可能选择典型电路，另外还要考虑出故障时的预防措施和备用设备方案的选择；操作性好：单片机控制系统要操作方便、维修简单；实时性强：单片机控制系统大多用于实时控制，设计时要合理设置中断资源、分配中断级别，确保能及时处理各种紧急事件和故障；通用性好：硬件设计方便进行二次开发和系统维修；软件设计采用标准模块化结构，便于按系统要求继承和迁移；性能价格比高：系统在设计时要力求“够用就行”的设计原则，在满足功能需求的前提下，尽可能降低成本。 第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.1单片机工程应用系统设计 单片机应用系统设计的要求与内容设计内容设计内容
4、 单片机系统设计：根据工程项目需求，在众多的MCS-51兼容系列中选择一款，以最小系统为基础，通过系统扩展，构成一个完善的单片机系统；通道与接口设计：分类设计系统需要的各种通道，设计接口电路。由于通道大都是通过I/O口进行配置的，与单片机本身的联系不甚紧密，故大多数接口电路都能方便地移植到选定的单片机应用系统中；系统抗干扰设计：抗干扰设计贯穿应用系统设计的全过程。从具体方案、器件选择到电路系统设计，从硬件系统设计到软件系统设计，都要把抗干扰设计列为一项重要工作；应用软件设计：按照功能需求和硬件电路模块，设计应用软件。第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.1单片机工程应用系统设计 单
5、片机应用系统设计过程及方法 总体设计：对系统功能和性能的认识和合理分析，系统单片机及关键芯片的选型，系统基本结构的确立和软、硬件功能的划分。硬件设计：任务是根据总体设计给出的系统结构框图，逐个设计每一个功能单元的详细电路原理图，最后综合成为一个完整的硬件系统。 软件设计：关键是确定软件应完成的任务及选择相应的软件结构。 系统调试：目的是要查出用户系统中硬件设计与软件设计中存在的错误及可能出现的不协调问题，以便修改设计，最终使用户系统能正确可靠地工作。 第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.1单片机工程应用系统设计 单片机应用系统设计过程及方法应用系统调试方法系统调试包括硬件调试、软
6、件调试和软、硬件联调。 硬件调试：对印刷电路板、所用的元器件进行质量检查、测试以及对照；采用万用表、示波器、信号发生器等一般调试工具和测试软件对硬件电路电气性能测试，看是否能正常工作；软件调试：一般是联机调试，另一种是模拟调试，经常采用两种方法：PC+在线仿真器+编程器 PC+模拟仿真软件+编程器 软、硬件联调 最后还需将系统投入工程应用现场进行试运行 系统调试过程 第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.1单片机工程应用系统设计 单片机应用系统的开发调试工具 常用的开发调试工具包括硬件和软件工具软件工具主要指电子电路设计软件、电路仿真软件、单片机集成调试环境软件等；硬件包括与应用系
7、统开发有关的所有硬件工具 单片机开发系统单片机开发系统 ：第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.1单片机工程应用系统设计 单片机应用系统的开发调试工具 硬件包括与应用系统开发有关的所有硬件工具 单片机开发系统单片机开发系统 ：第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.1单片机工程应用系统设计 单片机应用系统的开发调试工具 硬件包括与应用系统开发有关的所有硬件工具 其他调试工具：万用表：万用表：用于测量硬件电路的通断、测试点处稳定电流或电压值；逻辑笔：逻辑笔：主要用于测试数字电路中测试点的电平状态(高或低)及脉冲信号的有无；信号发生器：信号发生器：它可作为系统测试时的数字电路
8、输入源和模拟电路输入源，对于模拟调试阶段是非常有用；示波器：示波器：可以测量电平、模拟信号波形及频率，还可以同时观察两个或三个信号的波形及它们之间的相位差。逻辑分析仪：逻辑分析仪：能够以单通道或多通道实时获取与触发事件的逻辑信号，可保存显示触发事件前后所获取的信号，供操作者随时观察， 第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.2单片机应用中的抗干扰技术 干扰源分析外部干扰：主要来源有电源电网电压的波动；内部干扰：由系统的结构布局、制造工艺所引入的。如分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输造成的波反射；多点接地造成的电位差引入的干扰；装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰
9、以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰；甚至元器件产生的噪声等。干扰窜入的渠道主要有三条：空间干扰，即场干扰，通过电磁波辐射窜入系统；过程通道干扰，干扰通过与主机相联的前向通道、后向通道及与其他主机的相互通道进入；供电系统干扰。第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.2单片机应用中的抗干扰技术 硬件抗干扰设计 电源系统的抗干扰；接地系统抗干扰；前向、后向通道的抗干扰传输线的抗干扰 电路板布线的抗干扰 软件抗干扰设计 数据采集中的软件抗干扰程序运行中的抗干扰 第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.3单片机稳压电源电路设计单片机系统的直流供电形式主要有两种，一种是采用电池
10、供电，另一种是使用直流稳压电源供电。直流稳压电源主要有线性电源和开关电源两种类型对于单片机这样的低成本应用系统，更多的还是采用简易的线性电源，制作非常容易。本节将介绍常用的以三端式集成稳压器为核心的单片机直流稳压电源电路设计。 三端稳压器介绍 ：集成稳压器只有输入端、输出端和公共端三个引脚端，故称为三端集成稳压器。第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.3单片机稳压电源电路设计基于三端稳压器的电源稳压电路设计 ：单片机的工作电压在5V左右，设计中可以选用7805组成单片机电源电路 第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术9.4开关量输出功率驱动电路设计三极管驱动电路 单三极管驱动电路复合管驱动电路 光电耦合器件驱动电路 光电耦合器概念光电耦合隔离电路 晶闸管驱动电路继电器驱动电路 第第9章章单片机工程应用技术单片机工程应用技术本章重点介绍了单片机工程应用系统的基本结构，设计应用系统的要求、内容、设计的步骤和方法。单片机应用系统的设计采取软件和硬件相结合的方法。 了解单片机应用系统的软硬件抗干扰措施 。电源系统对每一个电器都是必不可少而又重要的，初步掌握直流稳压电源的设计方法，是工程设计的关键一步 。 分析了常用开关量的功率输出接口驱动电路，这对于工程应用设计是非常重要。
