“天華杯”全國電子專業(yè)人才設(shè)計(jì)與技能大賽培訓(xùn)資料.ppt

2009年“天華杯” 單片機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)大賽 賽前安排,主講：張宏偉,單片機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)大賽,一、大賽規(guī)則 二、單片機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)資源主板電路圖 三、知識(shí)準(zhǔn)備及訓(xùn)練內(nèi)容 四、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試方法,一、大賽規(guī)則,1、比賽內(nèi)容及形式 2、賽場提供的設(shè)備和器材 3、比賽涉及知識(shí)準(zhǔn)備 4、評分,1、比賽內(nèi)容及形式,選手須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（ 6小時(shí) ），根據(jù)配發(fā)的材料套件包、元器件清單、主要元器件說明、產(chǎn)品功能介紹等資料，完成以下操作：,1、比賽內(nèi)容及形式,（1）硬件電路設(shè)計(jì)。 根據(jù)比賽題目要求，用給定的材料，用PROTEL軟件(推薦Protel 99SE 或Protel 2004 DXP)設(shè)計(jì)出電路原理圖。 （2）電路板焊接與裝配 。 焊接電子元器件及功能部件，裝配成實(shí)際的單片機(jī)產(chǎn)品。,1、比賽內(nèi)容及形式,（3）產(chǎn)品硬件電路調(diào)試。 根據(jù)功能及技術(shù)指標(biāo)，對產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試，并按要求記錄調(diào)試結(jié)果。 （4）編寫程序及軟、硬統(tǒng)調(diào)。,2、賽場提供的設(shè)備和器材,主要設(shè)備： 20MHz雙蹤示波器 電子計(jì)數(shù)器(頻率計(jì)) 通用直流穩(wěn)壓電源 裝有Keil C、IspPgm的計(jì)算機(jī) 焊臺(tái)（電烙鐵）、尖嘴鉗、斜口鉗、螺絲刀、萬用表等 選手自帶工具： 簽字筆、計(jì)算器。,3、比賽涉及知識(shí)準(zhǔn)備, 模擬電路、數(shù)字電路、傳感器原理、AT89S52單片機(jī)等相關(guān)知識(shí)及其應(yīng)用； 51系列匯編語言或C語言的編程方法及應(yīng)用； Keil C軟件及IspPgm 軟件的使用； 常用儀器的使用方面的知識(shí)。,4、評分,滿分為100分 硬件電路設(shè)計(jì)（20分） 根據(jù)電路設(shè)計(jì)質(zhì)量評分。設(shè)計(jì)原理正確，用配發(fā)元件易于實(shí)現(xiàn)，注重設(shè)計(jì)成本和可靠性。 電路板焊接與裝配（15分） 根據(jù)焊接和裝配工藝質(zhì)量評分。焊接和裝配正確，符合工藝、安全、電氣要求，作品整潔、美觀、可靠。, 產(chǎn)品硬件電路調(diào)試（20分） 根據(jù)測試、調(diào)試情況評分。各元器件和部件連接正確，電路參數(shù)設(shè)置合理，符合工藝、安全和技術(shù)要求。調(diào)試合理，方法正確，測量工具的使用符合規(guī)范。 編寫程序及軟、硬統(tǒng)調(diào)（45分） 根據(jù)編寫程序、在線下載程序情況評分。,違規(guī)扣分,選手有下列情形時(shí)，需從參賽成績中扣分: 違反規(guī)定提前進(jìn)行操作的，由現(xiàn)場評委負(fù)責(zé)記錄，扣5-10分； 上交作品中，部件松動(dòng)扣10分、工作不穩(wěn)定扣5-10分、不能正常工作扣20-30分、電路短路扣30分； 完成工作任務(wù)過程中，因操作不當(dāng)使自己或他人受傷扣10分；, 發(fā)生損壞賽場設(shè)備、污染賽場環(huán)境、將工具遺忘在賽場等不符合職業(yè)規(guī)范的行為，視情節(jié)扣5-10分。 發(fā)生嚴(yán)重違規(guī)操作或作弊等情況時(shí)，確認(rèn)后由主評委宣布終止該選手的比賽，其成績以0分計(jì)。,二、主板電路圖,1、單片機(jī)小系統(tǒng) 2、鍵盤 3、撥碼開關(guān) 4、LED顯示 5、LED指示燈 6、A/D轉(zhuǎn)換器 7、D/A轉(zhuǎn)換器 8、電源,1、單片機(jī)小系統(tǒng),思考：J2的作用？ PR1的作用？,接線端子排,2、鍵盤,思考： J1的作用？ J5的作用？ J7的作用？,注：矩陣鍵盤的工作原理,3、撥碼開關(guān),4、LED顯示,思考：J13、U3、的作用？ RP3、RP4、RP5的作用？是否必須？,5、LED指示燈,6、A/D轉(zhuǎn)換器,思考：J6、UJ10、J11、J12的作用？ ADC809的應(yīng)用。,7、D/A轉(zhuǎn)換器,思考：DAC0832的應(yīng)用. 輸出電壓的范圍？,8、電源,思考：J20J26的作用？D9D13的作用,上交電子文檔必須以選手比賽編號(hào)命名，不得使用實(shí)名，否則比賽成績記為0分。 假如比賽編號(hào)為200917234，則四個(gè)電子文檔依次命名為： 200917234示意圖.BMP； 200917234原理圖； 200917234流程圖.BMP； 200917234源程序.TXT,三、知識(shí)準(zhǔn)備及訓(xùn)練內(nèi)容,單片機(jī)用于工業(yè)測控時(shí)，典型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：,三、知識(shí)準(zhǔn)備及訓(xùn)練內(nèi)容,1、單片機(jī)系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 1）單片機(jī)基本系統(tǒng)（最小系統(tǒng)） 2）I/O接口 3）輸入/輸出通道 4）傳感器及檢測裝置 5）執(zhí)行機(jī)構(gòu) 6）人機(jī)界面 程序設(shè)計(jì) 2、模擬、數(shù)字電子,1）單片機(jī)基本系統(tǒng)（最小系統(tǒng)）,保證單片機(jī)工作的最小應(yīng)用系統(tǒng) 電源、晶振、復(fù)位、程序下載接口等,2）I/O接口,單片機(jī)主機(jī)和外圍電路的連接部件。 對于51單片機(jī)，P0P3四個(gè)基本口； P0+鎖存器，可擴(kuò)展數(shù)據(jù)和地址線； 若外圍設(shè)備較多，需擴(kuò)展接口資源，如8255等 注意：驅(qū)動(dòng)能力的擴(kuò)展,3）輸入/輸出通道,計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間進(jìn)行信息傳送和變換的連接通道。 按信號(hào)的種類分為： 模擬量通道和數(shù)字量通道。 按信號(hào)傳輸?shù)姆较蚍譃椋?輸入通道和輸出通道 或前向通道和后向通道。,模擬量輸入輸出通道,模擬量輸入通道涉及： 傳感器、信號(hào)調(diào)理（放大、濾波等）、多路開關(guān)、采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換。 模擬量輸出通道涉及： D/A、放大、多路切換、執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，V/I變換等。,數(shù)字量輸入輸出通道,數(shù)字量是相對模擬量的統(tǒng)稱，具體分： 數(shù)字量（編碼數(shù)字） 開關(guān)量 脈沖量 不同的信號(hào)處理方式不同。 對脈沖信號(hào)，可通過I/O口輸入或中斷源輸入進(jìn)行事件計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)脈沖的頻率、周期測量。,數(shù)字量輸入輸出通道,輸入：電平轉(zhuǎn)換、隔離、防抖動(dòng)。 輸出：功率驅(qū)動(dòng)、電磁隔離。 需要注意的是： 繼電器、固態(tài)繼電器的控制 常用的開關(guān)量功率驅(qū)動(dòng)電路，如：功率三極管、達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)、晶閘管驅(qū)動(dòng)等 光電耦合器,4）傳感器,傳感器：把各種非電量信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信息的采集。 傳感器一般由敏感元件、傳感元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。 對轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行測量，并進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換等處理等功能，輸入通道。,5）執(zhí)行機(jī)構(gòu),計(jì)算機(jī)的計(jì)算輸出，最終是要通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于對象的。 執(zhí)行器按動(dòng)力源可分為： 電動(dòng)式、液壓式和氣動(dòng)式。 在電動(dòng)執(zhí)行器中，一般有直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁線圈等。 因此需注意：直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、繼電器、晶閘管的驅(qū)動(dòng)控制。,6）人機(jī)界面,設(shè)置參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行，指示系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。 對單片機(jī)系統(tǒng)來說，主要是： 鍵盤（矩陣、獨(dú)立式），撥碼開關(guān) LED數(shù)碼管顯示、LCD液晶顯示 打印機(jī),2、軟件設(shè)計(jì),51的編程語言常用的有二種： 一種是匯編語言，一種是C語言。 匯編語言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更是難讀懂。 C語言提供了很多數(shù)學(xué)函數(shù)并支持浮點(diǎn)運(yùn)算，開發(fā)效率高，移植性強(qiáng)，故可縮短開發(fā)時(shí)間，增加程序可讀性和可維護(hù)性。 要熟悉基本語法、指令，開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用，常用功能模塊程序設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)調(diào)試方法。,3、模擬數(shù)字電子知識(shí),1）電阻、電容、電感、二極管、三極管等分立元件的應(yīng)用 2）運(yùn)放的應(yīng)用：在信號(hào)運(yùn)算、信號(hào)處理、運(yùn)放在波形產(chǎn)生、信號(hào)測量方面的應(yīng)用 3）常用芯片的原理：7407、 7404、74LS573、 74LS244、74LS138等,四、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試方法,1、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指標(biāo) 滿足工藝要求 操作性要好 可靠性高 實(shí)時(shí)性強(qiáng) 經(jīng)濟(jì)效益好,2、單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟,（1）準(zhǔn)備階段 （2）設(shè)計(jì)階段 （3）仿真及調(diào)試階段 （4）現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行階段,單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟,（1）準(zhǔn)備階段 工藝要求，技術(shù)性能指標(biāo)，還要包含經(jīng)費(fèi)、計(jì)劃進(jìn)度等內(nèi)容。 （2）設(shè)計(jì)階段 總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì),單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟,1）方案論證 既要符合工藝要求，又要使系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠，這是進(jìn)行方案論證與總體設(shè)計(jì)一貫堅(jiān)持的原則。,2）硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展部分設(shè)計(jì) 各功能模塊的設(shè)計(jì)，如： 信號(hào)測量功能模塊 信號(hào)控制功能模塊 人機(jī)對話功能模塊（鍵盤、顯示、打印機(jī)） 通訊功能模塊等。,3）軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個(gè)相對獨(dú)立的部分。 各功能程序?qū)嵭心K化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。,3）軟件設(shè)計(jì) 在編寫應(yīng)用軟件之前，應(yīng)繪制出程序流程圖。這不僅是程序設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，而且是決定成敗的關(guān)鍵部分。 要合理分配系統(tǒng)資源，包括ROM、RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷源等。,（3）仿真及調(diào)試階段 首先進(jìn)行硬件調(diào)試與軟件調(diào)試，然后進(jìn)行硬件軟件統(tǒng)調(diào)，最后考機(jī)運(yùn)行，為現(xiàn)場投運(yùn)做好準(zhǔn)備。,1）硬件調(diào)試,調(diào)試工作的主要任務(wù)是排除樣機(jī)故障，包括設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和工藝性故障。 （a）脫機(jī)檢查 用萬能表逐步按照邏輯圖檢查印刷板中各器件的電源及各引腳的連接是否正確，檢查連線是否有短路等故障。有時(shí)為了保護(hù)芯片，先對各管座電源進(jìn)行檢查，確定其無誤后再插入芯片檢查。,（b）聯(lián)機(jī)調(diào)試,將樣機(jī)接入仿真機(jī)的仿真插頭進(jìn)行調(diào)試，觀察各部分接口電路是否滿足設(shè)計(jì)要求。此時(shí)可通過運(yùn)行一些簡單的軟件看各個(gè)接口工作是否正常。如果正常，則說明各接口硬件沒問題；否則，應(yīng)進(jìn)行針對性的處理。,2）軟件調(diào)試,利用微型計(jì)算機(jī)提供的軟件開發(fā)平臺(tái)，