電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)-單片機(jī)應(yīng)用

1、電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用物電學(xué)院 盧超2013年7月一、一、概述概述u 單片機(jī)屬于超大規(guī)模集成電路，單片機(jī)單片機(jī)屬于超大規(guī)模集成電路，單片機(jī)系統(tǒng)在時鐘脈沖作用下，按節(jié)系統(tǒng)在時鐘脈沖作用下，按節(jié)拍順序執(zhí)行用戶編制的軟件程序，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能拍順序執(zhí)行用戶編制的軟件程序，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能。u 顯然，由于有軟件的參與，利用單片機(jī)可以顯然，由于有軟件的參與，利用單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，使，使用也很方便、靈活。用也很方便、靈活。u 其缺點(diǎn)是由于程序的執(zhí)行是按節(jié)拍進(jìn)行，隨著控制復(fù)雜性的增加，程其缺點(diǎn)是由于程序的執(zhí)行是按節(jié)拍進(jìn)行，隨著控

2、制復(fù)雜性的增加，程序也將變得復(fù)雜，從而導(dǎo)致序也將變得復(fù)雜，從而導(dǎo)致執(zhí)行時間增加，系統(tǒng)速度下降執(zhí)行時間增加，系統(tǒng)速度下降。u 因此，單片機(jī)只適合工作因此，單片機(jī)只適合工作速度要求不高速度要求不高，但需要，但需要對信息作相對復(fù)雜處對信息作相對復(fù)雜處理理的場合使用。另外，單片機(jī)的應(yīng)用還需要有相應(yīng)的軟件開發(fā)平臺支撐的場合使用。另外，單片機(jī)的應(yīng)用還需要有相應(yīng)的軟件開發(fā)平臺支撐 。單片機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)單片機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)在全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，幾乎所有競賽題的設(shè)在全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，幾乎所有競賽題的設(shè)計(jì)都會用到單片機(jī)系統(tǒng)；計(jì)都會用到單片機(jī)系統(tǒng)；依據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中的作用和地位，有三種可能：依據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)在

3、設(shè)計(jì)中的作用和地位，有三種可能：二、單片機(jī)系統(tǒng)在競賽題中應(yīng)用二、單片機(jī)系統(tǒng)在競賽題中應(yīng)用v很多賽題以很多賽題以單片機(jī)系統(tǒng)為核心單片機(jī)系統(tǒng)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要功能由單片機(jī)系統(tǒng)完進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要功能由單片機(jī)系統(tǒng)完成，如：成，如：u測量類的測量類的“簡易邏輯分析儀簡易邏輯分析儀”、“數(shù)字式工頻有效值多用表數(shù)字式工頻有效值多用表”等；等；u數(shù)據(jù)采集類的數(shù)據(jù)采集類的“數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)”、“多路數(shù)據(jù)采集系多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)統(tǒng)”等；等；u控制類的控制類的“懸掛運(yùn)動控制系統(tǒng)懸掛運(yùn)動控制系統(tǒng)”、 “簡易智能電動車簡易智能電動車”等。等。u電源類的電源類的“簡易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)簡易數(shù)控

4、直流電源設(shè)計(jì)”、“數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)”等。等。在這類賽題中，單片機(jī)系統(tǒng)完成的主要功能有：在這類賽題中，單片機(jī)系統(tǒng)完成的主要功能有：u信號的采集、輸入控制；信號的采集、輸入控制；u信號的存儲、運(yùn)算、分析、判斷；信號的存儲、運(yùn)算、分析、判斷；u信號的輸出控制；信號的輸出控制；u人機(jī)交互功能；人機(jī)交互功能；u多機(jī)通訊功能等。多機(jī)通訊功能等。v有些賽題需要有些賽題需要單片機(jī)系統(tǒng)與專用芯片或可編程器件單片機(jī)系統(tǒng)與專用芯片或可編程器件結(jié)合，完成設(shè)計(jì)結(jié)合，完成設(shè)計(jì)要求，如：要求，如：u信號源類的信號源類的“正弦信號發(fā)生器設(shè)計(jì)正弦信號發(fā)生器設(shè)計(jì)”、“實(shí)用信號源設(shè)計(jì)實(shí)用信號源設(shè)計(jì)”等；等；u無

5、線電類的無線電類的“調(diào)頻收音機(jī)設(shè)計(jì)調(diào)頻收音機(jī)設(shè)計(jì)”、“單工無線呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)單工無線呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等；等；u測量類的測量類的“簡易數(shù)字儲存示波器簡易數(shù)字儲存示波器”、 “簡易數(shù)字頻率計(jì)簡易數(shù)字頻率計(jì)”等。等。u電源類的電源類的“三相正弦波變頻電源設(shè)計(jì)三相正弦波變頻電源設(shè)計(jì)”、“開關(guān)穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源”等。等。在這類賽題中，單片機(jī)系統(tǒng)完成的主要功能有：在這類賽題中，單片機(jī)系統(tǒng)完成的主要功能有：u 信號的輸入、輸出輔助控制；信號的輸入、輸出輔助控制；u 信號的存儲；信號的存儲；u 人機(jī)交互功能；人機(jī)交互功能；u 多機(jī)通訊功能等；多機(jī)通訊功能等；u 信號的處理過程由專用芯片或可編程器件完成。信號的處

6、理過程由專用芯片或可編程器件完成。v還有少量的賽題還有少量的賽題單片機(jī)系統(tǒng)僅起一個輔助作用單片機(jī)系統(tǒng)僅起一個輔助作用，主要功能，主要功能由純硬件電路完成，如：由純硬件電路完成，如：u放大器類的放大器類的“測量放大器設(shè)計(jì)測量放大器設(shè)計(jì)”、 “實(shí)用低頻功率放大器實(shí)用低頻功率放大器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)”等。等。在這類賽題中，單片機(jī)系統(tǒng)完成的主要功能有：在這類賽題中，單片機(jī)系統(tǒng)完成的主要功能有：u信號的輔助控制；信號的輔助控制；u人機(jī)交互功能；人機(jī)交互功能；u主要功能由純硬件電路完成。主要功能由純硬件電路完成。 單片機(jī)系統(tǒng)是一個軟、硬結(jié)合的系統(tǒng)，系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)既有單片機(jī)系統(tǒng)是一個軟、硬結(jié)合的系統(tǒng)，系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)既

7、有硬件設(shè)計(jì)任務(wù)，也有軟件設(shè)計(jì)任務(wù)。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)任務(wù)，也有軟件設(shè)計(jì)任務(wù)。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)之前，首先要對系統(tǒng)功能進(jìn)行軟、硬件劃分；硬件設(shè)計(jì)之前，首先要對系統(tǒng)功能進(jìn)行軟、硬件劃分； 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件與軟件之間有密切的相互制約的聯(lián)系，硬單片機(jī)系統(tǒng)的硬件與軟件之間有密切的相互制約的聯(lián)系，硬件和軟件具有一定的互換性；件和軟件具有一定的互換性； 由硬件來完成一些功能可以提高工作速度，減少軟件工作量；由硬件來完成一些功能可以提高工作速度，減少軟件工作量；由軟件來完成某些功能，可降低硬件成本、簡化電路，提高由軟件來完成某些功能，可降低硬件成本、簡化電路，提高系統(tǒng)可靠性；系統(tǒng)可靠性；

8、可根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行速度、成本、可靠性和研制周期等要求來可根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行速度、成本、可靠性和研制周期等要求來確定軟、硬件功能的劃分。確定軟、硬件功能的劃分。三、單片機(jī)三、單片機(jī)系統(tǒng)功能劃分系統(tǒng)功能劃分 v 根據(jù)運(yùn)行速度要求根據(jù)運(yùn)行速度要求 在絕大多數(shù)單片機(jī)系統(tǒng)中，劃分軟、硬件功能往往是由系統(tǒng)在絕大多數(shù)單片機(jī)系統(tǒng)中，劃分軟、硬件功能往往是由系統(tǒng)的運(yùn)行速度決定；的運(yùn)行速度決定； 例如，單片機(jī)的時鐘頻率一般在例如，單片機(jī)的時鐘頻率一般在6 612MHz12MHz左右，執(zhí)行一條指左右，執(zhí)行一條指令至少需要令至少需要1s1s，而完成任何一項(xiàng)工作需要若干條指令，因，而完成任何一項(xiàng)工作需要若干條指令，因此比數(shù)字

9、邏輯電路此比數(shù)字邏輯電路( (無論是組合電路還是時序電路無論是組合電路還是時序電路) )都慢得多；都慢得多； 如果某一任務(wù)的執(zhí)行時間要求少于如果某一任務(wù)的執(zhí)行時間要求少于10s10s，就必須采用硬件電，就必須采用硬件電路實(shí)現(xiàn)。否則，如采用確能完成此項(xiàng)任務(wù)的高速單片機(jī)系統(tǒng)，路實(shí)現(xiàn)。否則，如采用確能完成此項(xiàng)任務(wù)的高速單片機(jī)系統(tǒng)，則會造成浪費(fèi)。則會造成浪費(fèi)。v 根據(jù)成本要求根據(jù)成本要求 單片機(jī)系統(tǒng)研的制費(fèi)用包括硬件和軟件費(fèi)用，軟件的費(fèi)用不單片機(jī)系統(tǒng)研的制費(fèi)用包括硬件和軟件費(fèi)用，軟件的費(fèi)用不僅是設(shè)計(jì)師所花費(fèi)的腦力勞動，還有各種調(diào)試工具、消耗品僅是設(shè)計(jì)師所花費(fèi)的腦力勞動，還有各種調(diào)試工具、消耗品的費(fèi)用；

10、的費(fèi)用； 軟件費(fèi)用的特點(diǎn)是研制費(fèi)用昂貴，復(fù)制費(fèi)用低廉；軟件費(fèi)用的特點(diǎn)是研制費(fèi)用昂貴，復(fù)制費(fèi)用低廉； 在批量生產(chǎn)的產(chǎn)品研制中，應(yīng)盡可能利用軟件代替硬件，降在批量生產(chǎn)的產(chǎn)品研制中，應(yīng)盡可能利用軟件代替硬件，降低成本；低成本； 小批量或單件產(chǎn)品不宜采用軟件代替硬件辦法，這會增加軟小批量或單件產(chǎn)品不宜采用軟件代替硬件辦法，這會增加軟件研制費(fèi)用；件研制費(fèi)用； 直接利用已成熟原理或軟件來替代硬件不受此限。直接利用已成熟原理或軟件來替代硬件不受此限。v 根據(jù)可靠性要求根據(jù)可靠性要求 硬件線路越復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性就越差； 采用軟件替代硬件功能，是提高可靠性的一個好辦法； 在一些特殊場合，如軍用及各種惡劣環(huán)境中，

11、往往采用硬件冗余線路來提高系統(tǒng)可靠性。v 根據(jù)研制周期要求根據(jù)研制周期要求 為了加快單片機(jī)系統(tǒng)的研制速度，應(yīng)盡量考慮采用各種標(biāo)準(zhǔn)軟硬件或利用已有成熟的軟硬件來完成系統(tǒng)的功能，而不必拘泥于前面所述細(xì)節(jié)。v 單片機(jī)系統(tǒng)組成單片機(jī)系統(tǒng)組成單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)基本系統(tǒng)基本系統(tǒng)（信號處理）（信號處理）通道接口通道接口（信號傳輸）（信號傳輸）最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)基本系統(tǒng)擴(kuò)展基本系統(tǒng)擴(kuò)展前向通道前向通道后向通道后向通道人機(jī)通道人機(jī)通道相互通道相互通道四、單片機(jī)四、單片機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) u C51系列系列單片機(jī)由單片機(jī)由8個部件組成個部件組成：微處理器微處理器(ALU)、數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)

12、、程序存儲器、程序存儲器(ROM/EPROM)、I/O口口(P0P3)、串行口、串行口、定時定時/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器(SFR)。v了解單片機(jī)的主要應(yīng)用特性了解單片機(jī)的主要應(yīng)用特性 片內(nèi)結(jié)構(gòu)片內(nèi)結(jié)構(gòu) 存儲空間存儲空間 存儲空間存儲空間（內(nèi)部、外部）（內(nèi)部、外部）程序存儲器空間程序存儲器空間數(shù)據(jù)存儲器空間數(shù)據(jù)存儲器空間I/O空間空間u C51系列單片機(jī)有三維存儲空間：系列單片機(jī)有三維存儲空間：u 程序存儲器空間：使用程序存儲器空間：使用MOVC A，ADPTR等指令；等指令；u 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間：使用內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間：使用MOV A，DIRECT等

13、指令；等指令；u 外部數(shù)據(jù)存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器和I/O空間：使用空間：使用MOVX A，DPTR等指令。等指令。u 時序是指信號變化的先后關(guān)系和時間要求；時序是指信號變化的先后關(guān)系和時間要求；u 在進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展時，主要要解決的問題就是接口的時序配合問題；在進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展時，主要要解決的問題就是接口的時序配合問題；u 時序圖中給出的主要參數(shù)有：地址建立時間時序圖中給出的主要參數(shù)有：地址建立時間tSA，地址保持時間，地址保持時間tHA，數(shù)據(jù)建，數(shù)據(jù)建立時間立時間tSD，數(shù)據(jù)保持時間，數(shù)據(jù)保持時間tHD，讀信號脈沖寬度，讀信號脈沖寬度tRD和寫信號脈沖寬度和寫信號脈沖寬度tWR等。等。

14、外部存儲器讀寫時序外部存儲器讀寫時序 v掌握單片機(jī)系統(tǒng)接口技術(shù)掌握單片機(jī)系統(tǒng)接口技術(shù)u 當(dāng)單片機(jī)片內(nèi)集成的功能單元不能滿足應(yīng)用需要時就必須進(jìn)行基本系當(dāng)單片機(jī)片內(nèi)集成的功能單元不能滿足應(yīng)用需要時就必須進(jìn)行基本系統(tǒng)擴(kuò)展；統(tǒng)擴(kuò)展；u 擴(kuò)展擴(kuò)展的內(nèi)容的內(nèi)容包括程序存儲器包括程序存儲器(ROM/EPROM)(ROM/EPROM)擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)(RAM)擴(kuò)展、擴(kuò)展、輸入輸入/ /輸出口輸出口(I/O(I/O口口) )擴(kuò)展、定時擴(kuò)展、定時/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器( (T/C)T/C)擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展及其及其他特殊功能擴(kuò)展他特殊功能擴(kuò)展；u 擴(kuò)展的方法是以接口電路為橋

15、梁，連接擴(kuò)展的方法是以接口電路為橋梁，連接CPUCPU與外圍芯片或外部設(shè)備與外圍芯片或外部設(shè)備u 擴(kuò)展的途徑是通過單片機(jī)的并行總線、串行總線或擴(kuò)展的途徑是通過單片機(jī)的并行總線、串行總線或I/OI/O口進(jìn)行擴(kuò)展?？谶M(jìn)行擴(kuò)展。 概述概述 接口的功能接口的功能 u 接口是接口是CPU與外界連接的電路部分，是與外界連接的電路部分，是CPU與外界進(jìn)行信息交換的與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站中轉(zhuǎn)站；u 單片機(jī)外圍擴(kuò)展電路芯片大多是一些常規(guī)芯片，因此擴(kuò)展電路及擴(kuò)展單片機(jī)外圍擴(kuò)展電路芯片大多是一些常規(guī)芯片，因此擴(kuò)展電路及擴(kuò)展方法都較為典型、規(guī)范；方法都較為典型、規(guī)范；u 但也有一些外設(shè)不能直接與但也有一些外設(shè)不能

16、直接與CPU相連，必須通過接口電路使相連，必須通過接口電路使CPU與與外設(shè)之間達(dá)到最佳耦合與匹配；外設(shè)之間達(dá)到最佳耦合與匹配；u 接口一般有如下功能：數(shù)據(jù)緩沖功能、設(shè)備選擇功能和信號轉(zhuǎn)換功能。接口一般有如下功能：數(shù)據(jù)緩沖功能、設(shè)備選擇功能和信號轉(zhuǎn)換功能。 信號鎖存與緩沖信號鎖存與緩沖 u 信號的鎖存與緩沖的目的是解決主機(jī)高速與外設(shè)低速的矛盾，信號的鎖存與緩沖的目的是解決主機(jī)高速與外設(shè)低速的矛盾，避免因速度不一致而丟失數(shù)據(jù)。避免因速度不一致而丟失數(shù)據(jù)。u 鎖存器的作用是把輸入信號鎖存起來，鎖存器的作用是把輸入信號鎖存起來，等待外設(shè)讀?。坏却庠O(shè)讀??；u 緩沖器的作用是在需要時通過緩沖器的作用是在

17、需要時通過選通信號來選通信號來讀取外設(shè)提供的讀取外設(shè)提供的信信息息；u 常用的鎖存器有常用的鎖存器有74LS27374LS273，74LS37374LS373，74LS37474LS374，74LS37774LS377等，等，緩沖器有緩沖器有74LS24074LS240，74LS24174LS241，74LS24474LS244，74LS24574LS245，74LS36774LS367等等。CPU鎖存器緩沖器外設(shè)DDDCLKEN 地址譯碼地址譯碼 u單片機(jī)系統(tǒng)中通過并行總線擴(kuò)展的芯片有多種，同單片機(jī)系統(tǒng)中通過并行總線擴(kuò)展的芯片有多種，同一種芯片也可能有多片，而一種芯片也可能有多片，而CPU在

18、同一時間里只能在同一時間里只能與某一芯片交換信息，這就要借助于接口中的地址與某一芯片交換信息，這就要借助于接口中的地址譯碼電路對擴(kuò)展芯片進(jìn)行尋址，只有被選中的芯片譯碼電路對擴(kuò)展芯片進(jìn)行尋址，只有被選中的芯片或單元才能與或單元才能與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或通信u譯碼電路直接確定了每個芯片在單片機(jī)訪問時的唯譯碼電路直接確定了每個芯片在單片機(jī)訪問時的唯一編號一編號(接口地址接口地址)；u單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)常用譯碼方式有三種：常用譯碼方式有三種：直接譯碼、直接譯碼、譯碼譯碼器器譯碼譯碼和和完全地址譯碼完全地址譯碼。u 是指不采用專門的譯碼電路，直接利用單片機(jī)地址總線的高位輸出作片選信號

19、的是指不采用專門的譯碼電路，直接利用單片機(jī)地址總線的高位輸出作片選信號的地址譯碼方式；地址譯碼方式；u 直接譯碼直接譯碼電路的連接較為簡單，但許多地址空間因可能使兩片以上外設(shè)同時被選電路的連接較為簡單，但許多地址空間因可能使兩片以上外設(shè)同時被選中而不能使用，存儲空間浪費(fèi)嚴(yán)重；中而不能使用，存儲空間浪費(fèi)嚴(yán)重；u 一般用在需要譯碼信號不多的場合。一般用在需要譯碼信號不多的場合。v直接譯碼直接譯碼8K RAM(1)CS8K RAM(2)CS8K RAM(3)CSA12A0A15A14A13u 是指利用譯碼器進(jìn)行地址譯碼的方式；是指利用譯碼器進(jìn)行地址譯碼的方式；u 例如例如A15A13經(jīng)經(jīng)3/8譯碼器

20、譯碼，可產(chǎn)生譯碼器譯碼，可產(chǎn)生8個地址連續(xù)的片選信號。當(dāng)個地址連續(xù)的片選信號。當(dāng)需要更多的片選信號時，可采用級聯(lián)擴(kuò)展技術(shù)；需要更多的片選信號時，可采用級聯(lián)擴(kuò)展技術(shù)；u 譯碼器譯碼可獲得幾個地址連續(xù)、大小一樣的片選信號；級聯(lián)擴(kuò)展譯碼譯碼器譯碼可獲得幾個地址連續(xù)、大小一樣的片選信號；級聯(lián)擴(kuò)展譯碼則可產(chǎn)生更多片選信號，各級之間片選信號對應(yīng)地址范圍大小不同。則可產(chǎn)生更多片選信號，各級之間片選信號對應(yīng)地址范圍大小不同。v譯碼器譯碼器譯碼譯碼A15A14A13CS0CS7C Y0BA 3/8譯碼器(1)EN Y7 C Y0BA 3/8譯碼器(2)EN Y7 A12A11A10CS5CS8CS15u 由于擴(kuò)

21、展芯片所能提供的狀態(tài)信號和它所需要的控制信號往往與由于擴(kuò)展芯片所能提供的狀態(tài)信號和它所需要的控制信號往往與單片機(jī)的總線信號不兼容，所以信號轉(zhuǎn)換不可避免；單片機(jī)的總線信號不兼容，所以信號轉(zhuǎn)換不可避免；u 信號轉(zhuǎn)換包括信號轉(zhuǎn)換包括CPU信號與外設(shè)信號的邏輯關(guān)系上、時序配合上、信號與外設(shè)信號的邏輯關(guān)系上、時序配合上、以及電平匹配上的轉(zhuǎn)換；以及電平匹配上的轉(zhuǎn)換；u 信號的轉(zhuǎn)換可以通過組合邏輯電路和時序邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。信號的轉(zhuǎn)換可以通過組合邏輯電路和時序邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。 信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換u 單片機(jī)最小系統(tǒng)是指能使系統(tǒng)運(yùn)行的最小配置電路；單片機(jī)最小系統(tǒng)是指能使系統(tǒng)運(yùn)行的最小配置電路；u 大多數(shù)單片機(jī)芯片內(nèi)

22、部都缺乏晶振電路和復(fù)位電路，因此，最小系統(tǒng)的組成中大多數(shù)單片機(jī)芯片內(nèi)部都缺乏晶振電路和復(fù)位電路，因此，最小系統(tǒng)的組成中一般都包含晶振和復(fù)位電路；一般都包含晶振和復(fù)位電路；v最小系統(tǒng)組成最小系統(tǒng)組成 v單片機(jī)基本系統(tǒng)擴(kuò)展單片機(jī)基本系統(tǒng)擴(kuò)展 u 在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的擴(kuò)展芯片主要有程序存儲器、數(shù)據(jù)在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的擴(kuò)展芯片主要有程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、存儲器、I/O口，以及其他專用功能芯片如定時口，以及其他專用功能芯片如定時/計(jì)數(shù)器、中計(jì)數(shù)器、中斷控制器、通信控制器等斷控制器、通信控制器等。u 典型單片機(jī)典型單片機(jī)基本基本系統(tǒng)系統(tǒng)擴(kuò)展如圖所示。擴(kuò)展如圖所示。該系統(tǒng)中除了包括必需該系統(tǒng)中除了包括

23、必需的時鐘電路和復(fù)位電路以外，還擴(kuò)充了一片的時鐘電路和復(fù)位電路以外，還擴(kuò)充了一片2764作為外部程作為外部程序存儲器，一片序存儲器，一片6264作為外部數(shù)據(jù)存儲器，一片作為外部數(shù)據(jù)存儲器，一片2864作為掉作為掉電保持的外部數(shù)據(jù)存儲器以及用電保持的外部數(shù)據(jù)存儲器以及用74LS245和和74LS273擴(kuò)展的簡擴(kuò)展的簡單單I/O口口。89C516264CE8255CS8155IO/M CECE8253CS0832P2.5P2.6P2.7P2.0ABCG2AG2BG1Y0Y1Y2Y3Y4+5V138外圍器件外圍器件地址選擇線（地址選擇線（A15A0）片內(nèi)地址單元單元數(shù)地址編碼地址編碼6264000A

24、 AAAA AAAA AAAA8K00001FFFH8255 0011 1111 1111 11AA43FFC3FFFH 8155 RAM 0101 111 0 AAAA AAAA2565E005EFFH8155 I/O 0101 1111 1111 1AAA65FF85FFDH0832 0111 1111 1111 111117FFFH8253 1001 1111 1111 11AA49FFC9FFFH譯碼法譯碼地址v單片機(jī)系統(tǒng)通道設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)通道設(shè)計(jì)u 前向通道是被測對象信號輸出到單前向通道是被測對象信號輸出到單片機(jī)片機(jī)CPUCPU信號輸入的通道，其結(jié)構(gòu)信號輸入的通道，其結(jié)構(gòu)形式取決于被

25、測對象的環(huán)境和輸出形式取決于被測對象的環(huán)境和輸出信號的類型、數(shù)量、大小等；信號的類型、數(shù)量、大小等；u 對于模擬量信號，應(yīng)將小信號放大對于模擬量信號，應(yīng)將小信號放大到能滿足到能滿足A/DA/D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、V/FV/F轉(zhuǎn)換要求的轉(zhuǎn)換要求的輸入電壓；輸入電壓；u 對于頻率信號和開關(guān)信號，能滿足對于頻率信號和開關(guān)信號，能滿足TTLTTL電平要求時可直接接入單片機(jī)電平要求時可直接接入單片機(jī)的的I/OI/O口、擴(kuò)展口、擴(kuò)展I/OI/O口或中斷入口，口或中斷入口，否則也應(yīng)通過放大、整形變換成否則也應(yīng)通過放大、整形變換成TTLTTL電平的方波信號后再送入單片電平的方波信號后再送入單片機(jī)系統(tǒng)。機(jī)系統(tǒng)。 前向通

26、道設(shè)計(jì)前向通道設(shè)計(jì)ADC0809與單片機(jī)的接口與單片機(jī)的接口v對于頻率量和開關(guān)量對于頻率量和開關(guān)量u 單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)留有足夠的輸入口線，例如用單片機(jī)芯片提供單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)留有足夠的輸入口線，例如用單片機(jī)芯片提供的的I/OI/O口，或通過緩沖器口，或通過緩沖器74LS24574LS245、可編程、可編程I/OI/O擴(kuò)展芯片擴(kuò)展芯片82558255、81558155等提供擴(kuò)展等提供擴(kuò)展I/OI/O口?？?。v對于模擬量對于模擬量u 一般考慮用一般考慮用A/DA/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換；u 根據(jù)應(yīng)用場合不同，可以準(zhǔn)備普通根據(jù)應(yīng)用場合不同，可以準(zhǔn)備普通A/DA/D（

27、如（如ADC0809ADC0809、ADC0804ADC0804等），高精度等），高精度A/D A/D （如（如AD574AD574、MAX144MAX144等），或高速等），或高速A/DA/D（如（如AD9224AD9224、TLC5510TLC5510等）。等）。 后向通道設(shè)計(jì)后向通道設(shè)計(jì)u 后向通道是單片機(jī)實(shí)施控制運(yùn)算處理后，對控制對象的輸出通道接口；后向通道是單片機(jī)實(shí)施控制運(yùn)算處理后，對控制對象的輸出通道接口；u 單片機(jī)輸出的數(shù)字信號形態(tài)主要有開關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量，可單片機(jī)輸出的數(shù)字信號形態(tài)主要有開關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量，可直接用于開關(guān)量、數(shù)字控制系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)；直接用

28、于開關(guān)量、數(shù)字控制系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)；u 對于模擬量控制系統(tǒng)，應(yīng)通過數(shù)對于模擬量控制系統(tǒng)，應(yīng)通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換輸出模擬量控制信號。模轉(zhuǎn)換輸出模擬量控制信號。v開關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和開關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量頻率量u 單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)留有足夠的輸出口線，例如用單片機(jī)芯片提供單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)留有足夠的輸出口線，例如用單片機(jī)芯片提供的的I/OI/O口，或通過鎖存器口，或通過鎖存器74LS27374LS273、可編程、可編程I/OI/O擴(kuò)展芯片擴(kuò)展芯片82558255、81558155等提供擴(kuò)展等提供擴(kuò)展I/OI/O口?？?。v對于模擬量對于模擬量u 一般考慮用一般考慮用D/AD/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換

29、；轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換；u 根據(jù)應(yīng)用場合不同，可以準(zhǔn)備普通根據(jù)應(yīng)用場合不同，可以準(zhǔn)備普通D/A D/A （如（如ADC0832ADC0832等），高精度等），高精度D/A D/A （如（如MAX539MAX539等），或高速等），或高速D/A D/A （如（如TLC7528TLC7528等）。等）。一、一、DAC0832與與80C51單片機(jī)的接口單片機(jī)的接口1. 單緩沖工作方式單緩沖工作方式 兩個兩個8位數(shù)據(jù)寄存器中有一個處于直通方式位數(shù)據(jù)寄存器中有一個處于直通方式(數(shù)據(jù)接數(shù)據(jù)接收狀態(tài)收狀態(tài))，而另一個則受微機(jī)送來的控制信號控制。，而另一個則受微機(jī)送來的控制信號控制。2. 雙緩沖工作

30、方式雙緩沖工作方式 多路多路D/A轉(zhuǎn)換輸出，如果要求同步進(jìn)行，就應(yīng)該采轉(zhuǎn)換輸出，如果要求同步進(jìn)行，就應(yīng)該采用雙緩沖器同步方式用雙緩沖器同步方式 。單片機(jī)必須送兩次寫信號才。單片機(jī)必須送兩次寫信號才能完成一次能完成一次DA轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。兩路兩路D/A同步輸出的程序：同步輸出的程序：MOVDPTR，#0DFFFHMOV A，#data1 MOVX DPTR，A MOV DPTR，#0BFFFHMOV A，#data2MOVX DPTR，A MOV DPTR，#7FFFH MOVX DPTR，A1. 單極性輸出單極性輸出81.2OUTREFfbIVDR8.2fbOUTREFRDRUV8.2fbOUTR

31、EFRRDUV若，則二、二、DAC0832的輸出方式的輸出方式2. 雙極性輸出雙極性輸出7128.()128.2REFREFOUTREFDDVVUV雙極性輸出時的分辨率比單極性輸出時降低雙極性輸出時的分辨率比單極性輸出時降低1/2，這，這是由于對雙極性輸出而言，最高位作為符號位，只是由于對雙極性輸出而言，最高位作為符號位，只有有7位數(shù)值位。位數(shù)值位。 人機(jī)通道設(shè)計(jì)人機(jī)通道設(shè)計(jì)u 人機(jī)通道有人機(jī)對話功能，它包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干人機(jī)通道有人機(jī)對話功能，它包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)、數(shù)據(jù)輸入以及應(yīng)用系統(tǒng)向人報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果；預(yù)、數(shù)據(jù)輸入以及應(yīng)用系統(tǒng)向人報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果；u 人機(jī)通道中

32、最常用的輸入設(shè)備是按鍵和鍵盤，撥碼盤是對人機(jī)通道中最常用的輸入設(shè)備是按鍵和鍵盤，撥碼盤是對系統(tǒng)置入數(shù)據(jù)的一種比較廉價、可靠的方法；系統(tǒng)置入數(shù)據(jù)的一種比較廉價、可靠的方法；u 人機(jī)通道中最常用的輸出設(shè)備有各種報(bào)警指示燈、人機(jī)通道中最常用的輸出設(shè)備有各種報(bào)警指示燈、LED/LCDLED/LCD顯示器以及打印機(jī)等。顯示器以及打印機(jī)等。v鍵盤與LED數(shù)碼管顯示vLCD液晶顯示組件XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732

33、P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U18051D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1LM016L12

34、U2:A74HC04123U4:A74HC00D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U574HC373GNDVDDC110uR110k22pX1CRYSTAL22p123U3:A74HC0034U2:B74HC04D0D1D2D3D4D5D6D7VCCD0D1D2D3D4D5D6D7CS11CS22GND3VCC4V05RS6R/W7E8DB09DB110DB211DB312DB413DB514DB615DB716RST17-Vout18LCD1AMPIRE128X64234567891RP1RESPACK

35、-8X212MC330pC430pXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX/SS2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX2/MISO6P1.6/CEX3/SCK7P1.7/CEX4/MOSI8P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T1

36、15P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U38051C110uFR1210k+5V 相互通道設(shè)計(jì)相互通道設(shè)計(jì)u 相互通道是指單片機(jī)系統(tǒng)之間或單片機(jī)與微型機(jī)、微處理器實(shí)現(xiàn)相互通道是指單片機(jī)系統(tǒng)之間或單片機(jī)與微型機(jī)、微處理器實(shí)現(xiàn)通信的通道接口；通信的通道接口；u 在較大規(guī)模系統(tǒng)中不可避免地要采用多機(jī)形式，而單片機(jī)在結(jié)構(gòu)在較大規(guī)模系統(tǒng)中不可避免地要采用多機(jī)形式，而單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上已為實(shí)現(xiàn)多機(jī)系統(tǒng)提供了很好條件。上已為實(shí)現(xiàn)多機(jī)系統(tǒng)提供了很好條件。u 多機(jī)系統(tǒng)多機(jī)系統(tǒng)有兩種典型的結(jié)有兩種

37、典型的結(jié)構(gòu)形式：構(gòu)形式：主從分布式主從分布式和串和串行總線式；行總線式；u 主從分布式結(jié)構(gòu)是目前單主從分布式結(jié)構(gòu)是目前單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成較大規(guī)模測片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成較大規(guī)模測控系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)；控系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)；u 串行總線形式結(jié)構(gòu)串行總線形式結(jié)構(gòu)中的每中的每個單片機(jī)或個單片機(jī)或CPU都聯(lián)在一都聯(lián)在一個串行總線上，各個應(yīng)用個串行總線上，各個應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)先、主從關(guān)系由系統(tǒng)的優(yōu)先、主從關(guān)系由多機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件多機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件決定。決定。v結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式v競賽用單片機(jī)系統(tǒng)競賽用單片機(jī)系統(tǒng)u 系統(tǒng)硬件由學(xué)生自己設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試；系統(tǒng)硬件由學(xué)生自己設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試；u 可用于簡單的控制類競賽題，如：可用于簡單的

38、控制類競賽題，如： “簡易智能電動車簡易智能電動車”，或，或僅需要單片機(jī)做輔助功能的放大器類競賽題，如僅需要單片機(jī)做輔助功能的放大器類競賽題，如“測量放大測量放大器設(shè)計(jì)器設(shè)計(jì)”等等 。 最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)89C51最小系統(tǒng)獨(dú)立式按鍵字符型LCD顯示輸入口輸出口u 系統(tǒng)硬件可購買成品，也可由教師設(shè)計(jì)，由學(xué)生自己組裝、調(diào)試，并掌握其系統(tǒng)硬件可購買成品，也可由教師設(shè)計(jì)，由學(xué)生自己組裝、調(diào)試，并掌握其用法；用法；u 可用于一般競賽題中，如：測量類、數(shù)據(jù)采集類、控制類、電源類等可用于一般競賽題中，如：測量類、數(shù)據(jù)采集類、控制類、電源類等 。 通用系統(tǒng)通用系統(tǒng)89C51行列式鍵盤LED數(shù)碼管顯示圖形LCD顯

39、示接口開關(guān)量輸入口鍵盤與LED顯示接口A/D轉(zhuǎn)換器程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器開關(guān)量輸出口D/A轉(zhuǎn)換器串行通信接口I/O擴(kuò)展接口圖形LCD顯示組件v 概述概述五、單片機(jī)五、單片機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) u 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)除了必須注意硬件電路的正確設(shè)計(jì)與單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)除了必須注意硬件電路的正確設(shè)計(jì)與連接外，更重要的工作是系統(tǒng)軟件開發(fā)。連接外，更重要的工作是系統(tǒng)軟件開發(fā)。 u 在性能指標(biāo)允許的條件下，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者往往采用最簡單在性能指標(biāo)允許的條件下，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者往往采用最簡單的硬件線路加上巧妙的軟件處理方法，來簡化甚至是完全代的硬件線路加上巧妙的軟件處理方法，來簡化甚至是完全代替原來由硬件線路實(shí)現(xiàn)的功能。替原來由硬件線路實(shí)現(xiàn)的功能。v軟件設(shè)計(jì)原則軟