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1、 第十二章第十二章单片机应用系统设计举例单片机应用系统设计举例本章学习目标本章学习目标掌握掌握单片机单片机应用系统设计的方法和步骤应用系统设计的方法和步骤1设计一压力测控系统，系统的具体要求如下：设计一压力测控系统，系统的具体要求如下：（1）压力检测）压力检测检检测测来来自自压压力力传传感感器器输输出出的的电电压压信信号号（05V），通通过过A/D转换器进行转换。转换器进行转换。（2）工程变换）工程变换将将转转换换结结果果进进行行工工程程变变换换，即即将将转转换换结结果果再再转转换换为为压压力大小（仅保留整数部分）。力大小（仅保留整数部分）。（3）键盘）键盘用于设置压力的报警值和当前时间。用于
2、设置压力的报警值和当前时间。（4）数码）数码LED显示显示用用于于显显示示压压力力报报警警值值的的上上限限和和下下限限，并并显显示示当当前前压压力力值。压力值在值。压力值在0100之间。之间。12.1 系统要求2（5）当当前前压压力力值值超超过过报报警警值值时时，通通过过蜂蜂鸣鸣器器报报警，并控制电机执行相应的动作。警，并控制电机执行相应的动作。压压力力值值低低于于下下限限时时，合合上上控控制制电电机机正正转转的的继继电电器器，控控制制电电机机正正转转，压压力力升升高高，压压力力值值升升高高到到正正常常范范围围后后，打打开开正正转转继继电电器器，电电机机停停转转；压压力力值值高高于于上上限限时
3、时，合合上上控控制制电电机机反反转转的的继继电电器器，控控制制电电机机反反转转，压压力力值值下下降降到到正正常常范范围围后后，打打开开反反转转继继电电器器，电电机机停停转转。没没有有超超过过报报警警值值时时，继电器都打开，电机不转。继电器都打开，电机不转。（6）上位机监控软件设计）上位机监控软件设计通过计算机显示当前的压力值以及报警值。通过计算机显示当前的压力值以及报警值。312.2 需求分析需求分析1、单片机选型、单片机选型进进行行单单片片机机选选型型时时，应应尽尽量量了了解解较较多多种种类类单单片片机的性能指标和所集成的资源。机的性能指标和所集成的资源。根据系统的要求，选用合适的单片机。根
4、据系统的要求，选用合适的单片机。目目前前许许多多单单片片机机具具有有较较高高的的集集成成度度，因因此此，如如果果有有模模拟拟量量检检测测的的要要求求时时，应应尽尽量量选选择择带带有有A/D转转换换模模块块的的单单片片机机。并并且且，应应该该注注意意所所设设计计系系统统的的应应用用场场合合，选选择择适适当当的的芯芯片片等等级级（军军用级、工业级和商用级）。用级、工业级和商用级）。4STC15F2K60S2单单片片机机片片内内集集成成了了8通通道道10位位高高速速模模数数转转换换器器，并并且且，具具有有较较多多的的通通用用I/O和片上外设（定时器、和片上外设（定时器、UART等）。等）。因因 此此
5、 ， 在在 本本 系系 统统 的的 设设 计计 中中 ， 可可 以以 采采 用用STC15F2K60S2作为系统的检测与控制中心。作为系统的检测与控制中心。52、人机接口的设计选型、人机接口的设计选型系系统统要要求求使使用用键键盘盘设设置置压压力力的的报报警警上上限限值值和和下下限限值值，使使用用LED进进行行显显示示。在在此此，使使用用4个个按按键键作作为为系系统统键键盘盘，选选用用8位位LED显显示示，用用以以显显示示压压力力的的报报警警值值（上上限、下限）、当前值和当前时间。限、下限）、当前值和当前时间。传传统统的的键键盘盘和和LED显显示示电电路路设设计计，一一般般采采用用扫扫描描的的
6、方方式式。即即，键键盘盘采采用用扫扫描描方方式式，LED显显示示采采用用动动态态扫扫描描方方式式。键键盘盘和和LED设设计计时时，公公用用其其中中的的某某些些口口线线。在在本本例例中中，键键盘盘采采用用扫扫描描方方式式，而而LED采采用用串串行行并并行行转换芯片转换芯片74HC595进行显示。进行显示。6除除了了LED显显示示外外，常常见见的的信信息息显显示示方方式式还还有有LCD显显示示（即即液液晶晶显显示示）。限限于于篇篇幅幅，有有关关LCD显示的内容从略。显示的内容从略。为为了了显显示示系系统统的的工工作作状状态态，设设计计一一个个运运行行指指示示灯。当系统正常运行时，以一定的频率闪烁。
7、灯。当系统正常运行时，以一定的频率闪烁。73、继电器控制、继电器控制单单片片机机I/O引引脚脚本本身身的的驱驱动动能能力力有有限限，因因此此，一一般般情情况况下下，不不能能使使用用单单片片机机的的I/O引引脚脚直直接接控制继电器。控制继电器。在在常常见见的的控控制制系系统统中中，往往往往利利用用单单片片机机I/O引引脚脚加加上上驱驱动动电电路路驱驱动动小小功功率率继继电电器器，这这个个小小功功率率继继电电器器作作为为中中间间继继电电器器，再再用用中中间间继继电电器器驱驱动控制大功率继电器。动控制大功率继电器。8使使用用中中间间继继电电器器控控制制大大功功率率继继电电器器的的方方法法，在在一一般
8、般的的电电器器控控制制教教材材上上都都有有详详细细的的介介绍绍，在在此此从略。从略。连连接接单单片片机机I/O引引脚脚和和中中间间继继电电器器的的驱驱动动电电路路，可可以以使使用用现现成成的的集集成成驱驱动动电电路路，如如ULN2803，也可以利用分离元件自行设计。也可以利用分离元件自行设计。为为了了提提高高系系统统的的抗抗干干扰扰能能力力，在在单单片片机机的的I/O引引脚脚和和中中间间继继电电器器之之间间最最好好采采用用光光电电隔隔离离技技术术。由由于于本本系系统统只只需需要要控控制制两两个个继继电电器器，因因此此，这这里的驱动电路使用分离元件进行设计。里的驱动电路使用分离元件进行设计。94
9、、上位机监控软件的设计、上位机监控软件的设计计计算算机机和和单单片片机机的的串串行行通通信信可可以以采采用用RS-232、RS-422或或RS-485总线标准接口。总线标准接口。从从硬硬件件上上讲讲，计计算算机机的的串串行行口口是是RS232电电平平的的，而而单单片片机机的的串串口口是是TTL电电平平的的。因因此此，要要实实现现单单片片机机与与计计算算机机之之间间的的串串行行通通信信，必必须须通通过过电电路路实实现现TTL电电平平和和232电电 平平 的的 转转 换换 。 常常 用用 的的 电电 平平 转转 换换 集集 成成 电电 路路 是是MAX232。从从软软件件的的角角度度讲讲，要要实实
10、现现上上位位机机监监控控软软件件的的设设计计，需需要要掌掌握握目目前前流流行行的的基基于于Windows操操作作系系统统的的软软件件设设计计。可可以以选选择择较较容容易易上上手手的的Visual Basic开开发发环环境境，进进行行监监控软件的设计。也可以选择控软件的设计。也可以选择Visual C+等。等。1012.3 系统硬件设计系统硬件设计1、CPU基本单元电路基本单元电路图12-1 CPU基本单元电路112、声光报警电路、声光报警电路声光报警部分的电路如图声光报警部分的电路如图12-2所示。所示。图图12-2 声光报警电声光报警电路路123、RS232通信接口电路通信接口电路RS232
11、通信接口电路如图通信接口电路如图12-3所示。所示。图12-3 RS232通信接口电路 134、继电器控制电路图、继电器控制电路图继电器控制电路图如图继电器控制电路图如图12-4所示。所示。图12-4 继电器控制电路图 145、键盘和显示控制电路、键盘和显示控制电路LED显显示示电电路路图图如如图图12-5a、图图12-5b、图图12-5c和图和图12-5d所示。所示。1516键盘电路如图键盘电路如图12-6所示。所示。图12-6 键盘电路图17压力的检测报警程序采用压力的检测报警程序采用C语言编写。语言编写。系系统统采采用用每每10ms循循环环采采样样的的方方式式采采集集压压力力信信号号（在
12、在此此假设采用假设采用8位转换精度）。位转换精度）。使用定时器使用定时器0实现实现10毫秒的定时。毫秒的定时。报报警警声声音音通通过过PWM控控制制蜂蜂鸣鸣器器发发出出，监监测测的的压压力力值值超超过上限时，发出上限报警声音（高音调）过上限时，发出上限报警声音（高音调）.监监测测的的压压力力值值低低于于下下限限时时，发发出出下下限限报报警警声声音音（低低音音调调）。不不管管发发生生哪哪种种报报警警，报报警警指指示示灯灯闪闪烁烁（亮亮500ms，灭，灭500ms，通过对定时器，通过对定时器0的中断计数的中断计数50次实现）。次实现）。如果没有报警，则不出现报警声音和闪烁信号。如果没有报警，则不出现报警声音和闪烁信号。系系统统运运行行指指示示灯灯通通过过对对定定时时器器0的的中中断断计计数数50次次实实现现定定时输出高低脉冲控制时输出高低脉冲控制D1。详细程序见教材详细程序见教材12.4 系统软件设计系统软件设计18
