第5章MCS5單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)與調(diào)試

1、第第1515章章 MCS-51MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)與調(diào)試設(shè)計(jì)、開發(fā)與調(diào)試15.1 MCS-51 15.1 MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的步驟單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的步驟設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，一般可分為設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，一般可分為四個(gè)步驟四個(gè)步驟：（1 1）需求分析，方案論證和總體設(shè)計(jì)階段）需求分析，方案論證和總體設(shè)計(jì)階段需求分析需求分析: :被測(cè)控參數(shù)的形式（電量、非電量、模擬被測(cè)控參數(shù)的形式（電量、非電量、模擬量、數(shù)字量等）、被測(cè)控參數(shù)的范圍、性能指標(biāo)、量、數(shù)字量等）、被測(cè)控參數(shù)的范圍、性能指標(biāo)、系統(tǒng)功能、工作環(huán)境、顯示、報(bào)警、打印要求等。系統(tǒng)功

2、能、工作環(huán)境、顯示、報(bào)警、打印要求等。方案論證方案論證: :根據(jù)要求，設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)場(chǎng)條件的軟硬件根據(jù)要求，設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)場(chǎng)條件的軟硬件方案，又要使系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠，這是進(jìn)行方方案，又要使系統(tǒng)簡(jiǎn)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。案論證與總體設(shè)計(jì)一貫堅(jiān)持的原則。（2 2）器件選擇，電路設(shè)計(jì)制作，數(shù)據(jù)處理，軟）器件選擇，電路設(shè)計(jì)制作，數(shù)據(jù)處理，軟件的編制階段。件的編制階段。（3 3）系統(tǒng)調(diào)試與性能測(cè)定。）系統(tǒng)調(diào)試與性能測(cè)定。（4 4）文件編制）文件編制15.2 15.2 應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)(1)(1)單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展部分設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展部分設(shè)計(jì)包括存儲(chǔ)

3、器擴(kuò)展和包括存儲(chǔ)器擴(kuò)展和I/OI/O接口擴(kuò)展。存儲(chǔ)器的擴(kuò)展指接口擴(kuò)展。存儲(chǔ)器的擴(kuò)展指EPROMEPROM、EEPROMEEPROM和和RAMRAM的擴(kuò)展，的擴(kuò)展，I/OI/O接口擴(kuò)展是指接口擴(kuò)展是指82558255、81558155、82798279以及其它以及其它I/OI/O功能器件的擴(kuò)展。它們都屬功能器件的擴(kuò)展。它們都屬于單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的內(nèi)容。前面已作介紹。于單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的內(nèi)容。前面已作介紹。(2)(2)各功能模塊的設(shè)計(jì)各功能模塊的設(shè)計(jì)如信號(hào)測(cè)量功能模塊、信號(hào)控制功能模塊、人機(jī)對(duì)話如信號(hào)測(cè)量功能模塊、信號(hào)控制功能模塊、人機(jī)對(duì)話功能模塊、通訊功能模塊等，根據(jù)系統(tǒng)功能要求配功能模塊、通訊功能

4、模塊等，根據(jù)系統(tǒng)功能要求配置相應(yīng)的置相應(yīng)的A/DA/D、D/AD/A、鍵盤、顯示器、打印機(jī)等外圍、鍵盤、顯示器、打印機(jī)等外圍設(shè)備。設(shè)備。1 1盡可能采用功能強(qiáng)的芯片盡可能采用功能強(qiáng)的芯片(1)(1)單片機(jī)可考慮優(yōu)先選用片內(nèi)帶有閃爍存儲(chǔ)器單片機(jī)可考慮優(yōu)先選用片內(nèi)帶有閃爍存儲(chǔ)器的產(chǎn)品。例如的產(chǎn)品。例如ATMELATMEL公司的公司的89C51/89C52/89C5589C51/89C52/89C55。使用此類芯片，可使單片機(jī)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的使用此類芯片，可使單片機(jī)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的工作省去，從而減少芯片的數(shù)目，縮小體積。工作省去，從而減少芯片的數(shù)目，縮小體積。(2) EPROM(2) EPROM空間

5、和空間和RAMRAM空間。目前空間。目前EPROMEPROM容量越來(lái)容量越來(lái)越大，一般盡量選用容量大的越大，一般盡量選用容量大的EPROMEPROM。 (3) I/O(3) I/O端口。端口。(4) A/D(4) A/D和和D/AD/A通道。通道。2 2以軟代硬。以軟代硬。3 3工藝設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)。15.3 15.3 應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)（1 1）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個(gè)相）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分。對(duì)獨(dú)立的部分。（2 2）各功能程序?qū)嵭心K化、子程序化。既便于調(diào)）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。試、

6、鏈接，又便于移植、修改。（3 3）在編寫應(yīng)用軟件之前，應(yīng)繪制出程序流程圖。）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。決定成敗的關(guān)鍵部分。（4 4）要合理分配系統(tǒng)資源，包括）要合理分配系統(tǒng)資源，包括ROMROM、RAMRAM、定時(shí)器、定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器、中斷源等。其中最關(guān)鍵的是片內(nèi)計(jì)數(shù)器、中斷源等。其中最關(guān)鍵的是片內(nèi)RAMRAM分分配。對(duì)配。對(duì)80318031來(lái)講，片內(nèi)來(lái)講，片內(nèi)RAMRAM指指00H00H7FH7FH單元，這單元，這128128個(gè)字節(jié)的功能不完全相同，分配時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮個(gè)字節(jié)的

7、功能不完全相同，分配時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮其特長(zhǎng)，做到物盡其用。其特長(zhǎng)，做到物盡其用。15.4 MCS-5115.4 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)舉例單片機(jī)系統(tǒng)舉例 介紹一些基本的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。介紹一些基本的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。15.4.1 803115.4.1 8031的最小系統(tǒng)的最小系統(tǒng)80318031無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，因此，其最小應(yīng)用系統(tǒng)必須無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，因此，其最小應(yīng)用系統(tǒng)必須在片外擴(kuò)展在片外擴(kuò)展EPROMEPROM，必須有復(fù)位及時(shí)鐘電路。圖，必須有復(fù)位及時(shí)鐘電路。圖15-115-1為為80318031外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器的最小應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)僅外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器的最小應(yīng)用系統(tǒng)。該

8、系統(tǒng)僅完成數(shù)字量的輸入和輸出控制。完成數(shù)字量的輸入和輸出控制。15.4.2 89C5115.4.2 89C51的最小系統(tǒng)的最小系統(tǒng)15.4.3 15.4.3 以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理電路、多路切換電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理電路、多路切換電路、采樣保持電路、采樣保持電路、A/DA/D、CPUCPU、RAMRAM、EPROMEPROM組成。其組成。其原理框圖如圖原理框圖如圖15-315-3所示。所示。1. 1. 信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路是是傳感器與傳感器與A/DA/D之間的橋梁之間的橋梁，是

9、測(cè)控系統(tǒng)中重要組成，是測(cè)控系統(tǒng)中重要組成部分。主要功能：部分。主要功能：（1 1）目前標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)儀表通常采用）目前標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)儀表通常采用0 010mA10mA，4 420 20 mAmA信號(hào)，為了和信號(hào)，為了和A/DA/D的輸入形式相適應(yīng)，經(jīng)的輸入形式相適應(yīng)，經(jīng)I/VI/V轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器變換成電壓信號(hào)。換器變換成電壓信號(hào)。（2 2）某些測(cè)量信號(hào)可能是非電量，這些非電壓量信號(hào)）某些測(cè)量信號(hào)可能是非電量，這些非電壓量信號(hào)必須變?yōu)殡妷盒盘?hào)，還有些信號(hào)即使是電壓信號(hào)，必須變?yōu)殡妷盒盘?hào)，還有些信號(hào)即使是電壓信號(hào)，也必須經(jīng)過(guò)放大、濾波，這些處理包括信號(hào)形式的也必須經(jīng)過(guò)放大、濾波，這些處理包括信號(hào)形式的變換、量程

10、調(diào)整、環(huán)境補(bǔ)償、線性化等。變換、量程調(diào)整、環(huán)境補(bǔ)償、線性化等。（3 3）某些惡劣條件下，共模電壓干擾很強(qiáng)，如共模電）某些惡劣條件下，共模電壓干擾很強(qiáng)，如共模電平高達(dá)平高達(dá)220V220V，不采用隔離的辦法無(wú)法完成數(shù)據(jù)采集，不采用隔離的辦法無(wú)法完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)，因此，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，考慮共模干擾的任務(wù)，因此，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，考慮共模干擾的抑制，甚至采用隔離措施，包括地線隔離、路間隔抑制，甚至采用隔離措施，包括地線隔離、路間隔離等等離等等。 綜上所述，非電量的轉(zhuǎn)換、信號(hào)形式的變換、放大、綜上所述，非電量的轉(zhuǎn)換、信號(hào)形式的變換、放大、濾波、共模抑制及隔離等等，都是信號(hào)調(diào)理的主要功濾波、共模抑制及

11、隔離等等，都是信號(hào)調(diào)理的主要功能。能。 信號(hào)調(diào)理電路包括電橋、放大、濾波、隔離等電路。信號(hào)調(diào)理電路包括電橋、放大、濾波、隔離等電路。根據(jù)不同的調(diào)理對(duì)象，采用不同的電路。電橋電路的根據(jù)不同的調(diào)理對(duì)象，采用不同的電路。電橋電路的典型應(yīng)用之一就是熱阻測(cè)溫。典型應(yīng)用之一就是熱阻測(cè)溫。 信號(hào)放大電路通常由運(yùn)放承擔(dān)，運(yùn)放的選擇主要考信號(hào)放大電路通常由運(yùn)放承擔(dān)，運(yùn)放的選擇主要考慮精度要求（失調(diào)及失調(diào)溫漂），速度要求（帶寬、慮精度要求（失調(diào)及失調(diào)溫漂），速度要求（帶寬、上升率），幅度要求（工作電壓范圍及增益）及共模上升率），幅度要求（工作電壓范圍及增益）及共模抑制要求。抑制要求。 濾波和限幅電路通常采用二極管

12、、穩(wěn)壓管、電容等濾波和限幅電路通常采用二極管、穩(wěn)壓管、電容等器件。用二極管和穩(wěn)壓管的限幅方法會(huì)產(chǎn)生一定的非器件。用二極管和穩(wěn)壓管的限幅方法會(huì)產(chǎn)生一定的非線性且靈敏度下降，這可以通過(guò)后級(jí)增益調(diào)整和非線線性且靈敏度下降，這可以通過(guò)后級(jí)增益調(diào)整和非線性校正補(bǔ)償。性校正補(bǔ)償。2. 2. 多路切換電路多路切換電路3. 3. 采樣保持電路（采樣保持電路（S/HS/H）4. 4. 模模- -數(shù)轉(zhuǎn)換（數(shù)轉(zhuǎn)換（ADCADC）二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的地址空間分配與總線驅(qū)動(dòng)二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的地址空間分配與總線驅(qū)動(dòng)有時(shí)要擴(kuò)多片存儲(chǔ)器芯片，要解決兩個(gè)問(wèn)題：有時(shí)要擴(kuò)多片存儲(chǔ)器芯片，要解決兩個(gè)問(wèn)題：(1)(1)如何把

13、兩個(gè)如何把兩個(gè)64K64K存儲(chǔ)器空間分配給各個(gè)芯片存儲(chǔ)器空間分配給各個(gè)芯片; ;(2)(2)如何解決對(duì)多片芯片的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。如何解決對(duì)多片芯片的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。1. 1. 地址空間的分配地址空間的分配圖圖15-415-4是一個(gè)全地址譯碼的系統(tǒng)實(shí)例。各器件芯片所是一個(gè)全地址譯碼的系統(tǒng)實(shí)例。各器件芯片所對(duì)應(yīng)的地址如表對(duì)應(yīng)的地址如表15-115-1所示。所示。器件器件地址線地址線(A15-A0)(A15-A0)片內(nèi)地址片內(nèi)地址單元數(shù)單元數(shù)地址編碼地址編碼626462640 0 00 0 08K8K0000H-1FFFH0000H-1FFFH8255(1)8255(1)0 0 1 1 1 1 1 1 0 0

14、1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 14 43FFCH-3FFFH3FFCH-3FFFH81558155RAMRAM 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 2562565E00H-5EFFH5E00H-5EFFHI/OI/O0 1 0 1 1 1 1 10 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 16 65FF8H-5FFDH5FF8H-5FFDH083208320 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 17FFFH7FFFH

15、276427641 0 01 0 08K8K8000H-9FFFH8000H-9FFFH表表15-1 15-1 各擴(kuò)展芯片的地址各擴(kuò)展芯片的地址2總線的驅(qū)動(dòng)總線的驅(qū)動(dòng)常用的單向總線驅(qū)動(dòng)器為常用的單向總線驅(qū)動(dòng)器為74LS24474LS244。圖。圖15-615-6為為74LS24474LS244引腳和邏輯圖。引腳和邏輯圖。8 8個(gè)三態(tài)線驅(qū)動(dòng)器分成兩個(gè)三態(tài)線驅(qū)動(dòng)器分成兩組，分別由組，分別由1 1和和2 2控制?？刂?。常用的雙向驅(qū)動(dòng)器為常用的雙向驅(qū)動(dòng)器為74LS24574LS245，圖，圖15-715-7為其引腳為其引腳和邏輯圖，和邏輯圖，1616個(gè)三態(tài)門每?jī)蓚€(gè)三態(tài)門組成一路雙個(gè)三態(tài)門每?jī)蓚€(gè)三態(tài)門組

16、成一路雙向驅(qū)動(dòng)。向驅(qū)動(dòng)。（1 1）直流負(fù)載下驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)能力的估算）直流負(fù)載下驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)能力的估算驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)能力主要取決于高電平輸出時(shí)驅(qū)動(dòng)器能提驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)能力主要取決于高電平輸出時(shí)驅(qū)動(dòng)器能提供的最大電流和低電平輸出時(shí)所能吸收的最大電流。供的最大電流和低電平輸出時(shí)所能吸收的最大電流?，F(xiàn)設(shè)現(xiàn)設(shè) I IOHOH為驅(qū)動(dòng)器在高電平輸出時(shí)的最大輸出電流，為驅(qū)動(dòng)器在高電平輸出時(shí)的最大輸出電流，I IIHIH為每個(gè)同類門負(fù)載所吸收的電流。為每個(gè)同類門負(fù)載所吸收的電流。I IOLOL為驅(qū)動(dòng)器為驅(qū)動(dòng)器在低電平輸出時(shí)的最大吸入電流，在低電平輸出時(shí)的最大吸入電流，I IILIL為驅(qū)動(dòng)器需為驅(qū)動(dòng)器需要為每個(gè)同類門提供的吸

17、入電流。顯然，如下關(guān)系要為每個(gè)同類門提供的吸入電流。顯然，如下關(guān)系滿足時(shí)才能使驅(qū)動(dòng)器可靠工作。滿足時(shí)才能使驅(qū)動(dòng)器可靠工作。若：若：I IOHOH =15mA, I =15mA, IOLOL=24 mA=24 mA, I, IIHIH=0.1 mA=0.1 mA和和I IILIL=0.2 mA=0.2 mA，求得求得N1=150N1=150和和N2=120N2=120。因此，驅(qū)動(dòng)器的實(shí)際驅(qū)動(dòng)能。因此，驅(qū)動(dòng)器的實(shí)際驅(qū)動(dòng)能力應(yīng)為力應(yīng)為120120個(gè)同類門。個(gè)同類門。（2 2）交流負(fù)載下驅(qū)動(dòng)能力的估算）交流負(fù)載下驅(qū)動(dòng)能力的估算總線上傳送的數(shù)據(jù)是脈沖型信號(hào)，在同類門負(fù)載總線上傳送的數(shù)據(jù)是脈沖型信號(hào)，在同

18、類門負(fù)載為容性（分布電容造成）時(shí)，就必須考慮電容的影為容性（分布電容造成）時(shí)，就必須考慮電容的影響。若：響。若：C CP P為驅(qū)動(dòng)器的最大驅(qū)動(dòng)電容，為驅(qū)動(dòng)器的最大驅(qū)動(dòng)電容，C Ci i（i=1,2,i=1,2,N,N）為每個(gè)同類門的分布電容。為了滿足）為每個(gè)同類門的分布電容。為了滿足同類門電容的交流效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)器負(fù)載電路應(yīng)滿足如同類門電容的交流效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)器負(fù)載電路應(yīng)滿足如下關(guān)系：下關(guān)系： 若：若：Cp=15Cp=15F F，CiCi不大于不大于0.30.3F F，則根據(jù)上式可求，則根據(jù)上式可求得得N3=50N3=50。15.3.4 15.3.4 應(yīng)用設(shè)計(jì)例應(yīng)用設(shè)計(jì)例1-1-水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水溫

19、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1 1）溫度控制的設(shè)定范圍為）溫度控制的設(shè)定范圍為 3535- -85 85 ，最小分辨，最小分辨率為率為0.10.1。（2 2）偏差）偏差0.60.6，靜態(tài)誤差，靜態(tài)誤差0.40.4。（3 3）實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫度值。）實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫度值。（4 4）命令按鍵）命令按鍵5 5個(gè)個(gè): :復(fù)位鍵復(fù)位鍵, ,功能轉(zhuǎn)換鍵功能轉(zhuǎn)換鍵, ,加加1 1鍵鍵, ,減減1 1鍵。鍵。一、硬件電路設(shè)計(jì)一、硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路從功能模塊上來(lái)劃分有：硬件電路從功能模塊上來(lái)劃分有：(1) (1) 主機(jī)電路主機(jī)電路(2) (2) 數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集電路(3) (3) 鍵盤、顯示電路鍵盤、顯示電路(4)

20、(4) 控制執(zhí)行電路控制執(zhí)行電路1 1硬件功能結(jié)構(gòu)框圖硬件功能結(jié)構(gòu)框圖硬件功能結(jié)構(gòu)框圖如圖硬件功能結(jié)構(gòu)框圖如圖15-915-9所示。所示。2 2數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)主機(jī)采用主機(jī)采用89C5189C51，系統(tǒng)時(shí)鐘采用，系統(tǒng)時(shí)鐘采用12MHz12MHz，內(nèi)部含有，內(nèi)部含有4K4K字節(jié)的閃爍存儲(chǔ)器。無(wú)須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。字節(jié)的閃爍存儲(chǔ)器。無(wú)須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)采集電路主要由溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集電路主要由溫度傳感器、A/DA/D轉(zhuǎn)換器、放轉(zhuǎn)換器、放大電路等組成，見(jiàn)圖大電路等組成，見(jiàn)圖15-1015-10。3 3控制執(zhí)行電路的設(shè)計(jì)控制執(zhí)行電路的設(shè)計(jì)由單片機(jī)的輸出來(lái)控制風(fēng)扇或電爐。設(shè)計(jì)中要

21、采由單片機(jī)的輸出來(lái)控制風(fēng)扇或電爐。設(shè)計(jì)中要采用光電耦合器進(jìn)行強(qiáng)電和弱電的隔離，但還要考慮用光電耦合器進(jìn)行強(qiáng)電和弱電的隔離，但還要考慮到輸出信號(hào)要對(duì)可控硅進(jìn)行觸發(fā)，以便接通風(fēng)扇或到輸出信號(hào)要對(duì)可控硅進(jìn)行觸發(fā)，以便接通風(fēng)扇或電爐電路，所以可控硅選用了既有光電隔離又有觸電爐電路，所以可控硅選用了既有光電隔離又有觸發(fā)功能的發(fā)功能的MC3041MC3041（請(qǐng)見(jiàn)（請(qǐng)見(jiàn)12.2.312.2.3小節(jié)的介紹）。其中小節(jié)的介紹）。其中使用使用P1.0P1.0控制電爐電路，控制電爐電路，P1.1P1.1控制風(fēng)扇電路，如圖控制風(fēng)扇電路，如圖15-1115-11所示。所示。4鍵盤與顯示器電路的設(shè)計(jì)鍵盤與顯示器電路的設(shè)

22、計(jì) 鍵盤共有鍵盤共有4個(gè)鍵，采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合個(gè)鍵，采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)，當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)，低電平有效。的方法來(lái)設(shè)計(jì)，當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)，低電平有效。4個(gè)個(gè)鍵鍵K1K4的功能定義如表的功能定義如表15-1所示。所示。按鍵按鍵鍵名鍵名功能功能K1K1復(fù)位鍵復(fù)位鍵使系統(tǒng)復(fù)位使系統(tǒng)復(fù)位K2K2功能轉(zhuǎn)換鍵功能轉(zhuǎn)換鍵 按鍵按下，按鍵按下，L1L1亮，顯示溫度設(shè)定亮，顯示溫度設(shè)定值，按鍵松開，值，按鍵松開，L1L1不亮，顯示當(dāng)不亮，顯示當(dāng)前的溫度值前的溫度值K3K3加加1 1鍵鍵設(shè)定的溫度值加設(shè)定的溫度值加1 1K4K4減減1 1鍵鍵設(shè)定的溫度值減設(shè)定的溫度值減1 1表表15-1

23、415-1 4個(gè)鍵個(gè)鍵K1K1- -K4K4的定義的定義 按鍵按鍵S2S2與與 INT0INT0* * (P3.2) (P3.2)相連，采用外部中斷方相連，采用外部中斷方式，且優(yōu)先級(jí)定為高優(yōu)先級(jí)。式，且優(yōu)先級(jí)定為高優(yōu)先級(jí)。K3K3和和K4K4分別與分別與P1.7P1.7和和P1.6P1.6相連，采用軟件查詢方式，相連，采用軟件查詢方式，K1K1為復(fù)位鍵，與為復(fù)位鍵，與RCRC構(gòu)成復(fù)位電路。構(gòu)成復(fù)位電路。 顯示電路部分利用串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示電路部分利用串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)3 3位位LEDLED的共陽(yáng)靜的共陽(yáng)靜態(tài)顯示，顯示內(nèi)容為溫度的十位、個(gè)位以及小數(shù)點(diǎn)態(tài)顯示，顯示內(nèi)容為溫度的十位、個(gè)位以及小數(shù)點(diǎn)后的一位。

24、利用串行口實(shí)現(xiàn)后的一位。利用串行口實(shí)現(xiàn)LEDLED的共陽(yáng)靜態(tài)顯示的工的共陽(yáng)靜態(tài)顯示的工作原理及軟件編程請(qǐng)見(jiàn)作原理及軟件編程請(qǐng)見(jiàn)10.3.210.3.2小節(jié)的有關(guān)內(nèi)容。小節(jié)的有關(guān)內(nèi)容。二、軟件設(shè)計(jì)二、軟件設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)，三大模塊三大模塊: :主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)算控制模塊和運(yùn)算控制模塊。1主程序模塊主程序模塊主程序流程如圖主程序流程如圖15-1215-12所示。在主程序中首先給定所示。在主程序中首先給定PIDPID算法的參數(shù)值，然后通過(guò)算法的參數(shù)值，然后通過(guò)循環(huán)顯示當(dāng)前溫度，以等循環(huán)顯示當(dāng)前溫度，以等待中斷，并且使鍵盤外部中斷為高優(yōu)先級(jí)，以便使主待中斷

25、，并且使鍵盤外部中斷為高優(yōu)先級(jí)，以便使主程序程序能實(shí)時(shí)響應(yīng)鍵盤處理。軟件設(shè)定定時(shí)器程序程序能實(shí)時(shí)響應(yīng)鍵盤處理。軟件設(shè)定定時(shí)器T0T0為為5s5s定時(shí)，在無(wú)鍵按下時(shí)，應(yīng)每隔定時(shí)，在無(wú)鍵按下時(shí)，應(yīng)每隔5s5s響應(yīng)一次，以用來(lái)響應(yīng)一次，以用來(lái)采集溫度傳感器并經(jīng)采集溫度傳感器并經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換的溫度信號(hào)。設(shè)置定時(shí)器轉(zhuǎn)換的溫度信號(hào)。設(shè)置定時(shí)器T1T1為嵌套在為嵌套在T0T0之中的定時(shí)中斷，初值由之中的定時(shí)中斷，初值由PIDPID算法子程序算法子程序提供，以用來(lái)執(zhí)行對(duì)電爐或風(fēng)扇的控制。提供，以用來(lái)執(zhí)行對(duì)電爐或風(fēng)扇的控制。2 2功能實(shí)現(xiàn)模塊功能實(shí)現(xiàn)模塊(1)T1(1)T1中斷子程序中斷子程序(2)(2)鍵

26、盤中斷子程序鍵盤中斷子程序T0T0中斷子程序中斷子程序3 3運(yùn)算控制模塊運(yùn)算控制模塊（1 1）標(biāo)度變換子程序）標(biāo)度變換子程序（2 2）PIDPID算法子程序算法子程序一、基本工作原理及功能一、基本工作原理及功能儀器包括兩部分：（儀器包括兩部分：（1 1）流量計(jì)部分，有時(shí)稱流）流量計(jì)部分，有時(shí)稱流量變送器；（量變送器；（2 2）流量計(jì)的附加裝置，通常稱為流）流量計(jì)的附加裝置，通常稱為流量積算儀。整機(jī)原理框圖如圖量積算儀。整機(jī)原理框圖如圖15-1315-13所示。所示。15.3.5 15.3.5 應(yīng)用設(shè)計(jì)例應(yīng)用設(shè)計(jì)例2-2-智能渦街流量計(jì)的設(shè)計(jì)智能渦街流量計(jì)的設(shè)計(jì)二、硬件設(shè)計(jì)二、硬件設(shè)計(jì)1.1.變

27、送器變送器 從傳感器的角度分析，壓力式渦街流量計(jì)是一個(gè)從傳感器的角度分析，壓力式渦街流量計(jì)是一個(gè)壓電測(cè)試系統(tǒng)。變送器的電子線路部分由完整的壓電壓電測(cè)試系統(tǒng)。變送器的電子線路部分由完整的壓電傳感器的信號(hào)調(diào)理電路組成，其中包括電荷放大級(jí)、傳感器的信號(hào)調(diào)理電路組成，其中包括電荷放大級(jí)、失調(diào)放大級(jí)、低通濾波器及施密特整形電路等。電荷失調(diào)放大級(jí)、低通濾波器及施密特整形電路等。電荷放大級(jí)屬于靜電測(cè)試系統(tǒng)，為儀表的核心部分，應(yīng)該放大級(jí)屬于靜電測(cè)試系統(tǒng)，為儀表的核心部分，應(yīng)該采用高輸入阻抗、高增益、低漂放大器。采用高輸入阻抗、高增益、低漂放大器。2.2.單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其硬件配置單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其硬件配置根據(jù)

28、設(shè)計(jì)要求，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)包括：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)包括：接受變接受變送器送來(lái)的與流量成正比的脈沖，并對(duì)其定時(shí)、計(jì)送器送來(lái)的與流量成正比的脈沖，并對(duì)其定時(shí)、計(jì)數(shù)的電路；數(shù)的電路；顯示器與鍵盤接口電路；顯示器與鍵盤接口電路；溫度、壓溫度、壓力傳感器送來(lái)的兩路信號(hào)的數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換電路；力傳感器送來(lái)的兩路信號(hào)的數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換電路；TPTPP16P16打印機(jī)接口及報(bào)警二極管指示電路；打印機(jī)接口及報(bào)警二極管指示電路；與與流量成正比的控制電流的轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路；流量成正比的控制電流的轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路；外部存外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路。單片機(jī)系統(tǒng)的整體框圖如圖儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路。單片機(jī)系統(tǒng)的整體框圖如圖15-15-1414

29、所示，現(xiàn)將其中主要電路介紹如下：所示，現(xiàn)將其中主要電路介紹如下：（1 1）顯示器）顯示器/ /鍵盤接口鍵盤接口（2 2）打印機(jī)接口）打印機(jī)接口（3 3）A/DA/D與與D/AD/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口3. 3. 外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（1 1）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（2 2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)1.1.主程序主程序2.2.中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序 圖圖15-2015-203.3.功能塊程序功能塊程序 圖圖15-2115-2115.4.1 15.4.1 仿真開發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)介仿真開發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、仿真開發(fā)系統(tǒng)的功能一、仿真開發(fā)系統(tǒng)的

30、功能應(yīng)具有如下應(yīng)具有如下最基本的功能最基本的功能：（1 1）用戶樣機(jī)硬件電路的診斷與檢查）用戶樣機(jī)硬件電路的診斷與檢查（2 2）用戶樣機(jī)程序的輸入與修改）用戶樣機(jī)程序的輸入與修改（3 3）程序的運(yùn)行、調(diào)試（單步運(yùn)行、設(shè)置斷點(diǎn)運(yùn)）程序的運(yùn)行、調(diào)試（單步運(yùn)行、設(shè)置斷點(diǎn)運(yùn)行）、排錯(cuò)、狀態(tài)查詢等功能；行）、排錯(cuò)、狀態(tài)查詢等功能；（4 4）將程序固化到）將程序固化到EPROMEPROM芯片中。芯片中。不同的仿真開發(fā)系統(tǒng)都必須具備上述基本功能，但對(duì)不同的仿真開發(fā)系統(tǒng)都必須具備上述基本功能，但對(duì)于一個(gè)較完善的仿真開發(fā)系統(tǒng)還應(yīng)具備：于一個(gè)較完善的仿真開發(fā)系統(tǒng)還應(yīng)具備：15.4 15.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和

31、調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試（1 1） 有較全的開發(fā)軟件。有較全的開發(fā)軟件。（2 2）有跟蹤調(diào)試、運(yùn)行的能力。）有跟蹤調(diào)試、運(yùn)行的能力。（3 3）為了方便模塊化軟件調(diào)試，還應(yīng)配置軟件轉(zhuǎn)儲(chǔ)、）為了方便模塊化軟件調(diào)試，還應(yīng)配置軟件轉(zhuǎn)儲(chǔ)、程序文本打印功能及設(shè)備。程序文本打印功能及設(shè)備。二、仿真開發(fā)系統(tǒng)的種類二、仿真開發(fā)系統(tǒng)的種類1.1.通用機(jī)仿真開發(fā)系統(tǒng)通用機(jī)仿真開發(fā)系統(tǒng)2.2.軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)15.4.2 15.4.2 用戶樣機(jī)開發(fā)調(diào)試過(guò)程用戶樣機(jī)開發(fā)調(diào)試過(guò)程一、用戶樣機(jī)軟件的設(shè)計(jì)、調(diào)試一、用戶樣機(jī)軟件的設(shè)計(jì)、調(diào)試用戶樣機(jī)軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試的過(guò)程如圖用戶樣機(jī)軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試的過(guò)程如圖1

32、5-2315-23所示，所示，可為以下可為以下4 4個(gè)步驟個(gè)步驟: :第一步第一步，建立用戶源程序建立用戶源程序。用戶通過(guò)開發(fā)系統(tǒng)的鍵。用戶通過(guò)開發(fā)系統(tǒng)的鍵盤、盤、CRTCRT顯示器及開發(fā)系統(tǒng)的編輯軟件顯示器及開發(fā)系統(tǒng)的編輯軟件WSWS，按照匯編，按照匯編語(yǔ)言源程序所要求的格式、語(yǔ)法規(guī)定，把源程序輸語(yǔ)言源程序所要求的格式、語(yǔ)法規(guī)定，把源程序輸入到開發(fā)系統(tǒng)中，并存在磁盤上。入到開發(fā)系統(tǒng)中，并存在磁盤上。第二步第二步，在開發(fā)系統(tǒng)機(jī)上，利用匯編程序?qū)Φ谝徊?，在開發(fā)系統(tǒng)機(jī)上，利用匯編程序?qū)Φ谝徊捷斎氲妮斎氲挠脩粼闯绦蜻M(jìn)行匯編用戶源程序進(jìn)行匯編，直至語(yǔ)法錯(cuò)誤全部糾，直至語(yǔ)法錯(cuò)誤全部糾正為止。如無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤

33、，則進(jìn)入下一個(gè)步驟。正為止。如無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤，則進(jìn)入下一個(gè)步驟。第三步第三步，動(dòng)態(tài)在線調(diào)試。動(dòng)態(tài)在線調(diào)試。這一步對(duì)用戶的源程序進(jìn)這一步對(duì)用戶的源程序進(jìn)行調(diào)試。上述的第一步、第二步是一個(gè)純粹的軟件運(yùn)行調(diào)試。上述的第一步、第二步是一個(gè)純粹的軟件運(yùn)行過(guò)程，而在這一步，必須要有在線仿真器配合，才行過(guò)程，而在這一步，必須要有在線仿真器配合，才能對(duì)用戶源程序進(jìn)行調(diào)試。用戶程序中分為與用戶樣能對(duì)用戶源程序進(jìn)行調(diào)試。用戶程序中分為與用戶樣機(jī)硬件無(wú)聯(lián)系的程序以及與其樣機(jī)緊密關(guān)聯(lián)的程序。機(jī)硬件無(wú)聯(lián)系的程序以及與其樣機(jī)緊密關(guān)聯(lián)的程序。第四步第四步，將調(diào)試完畢的用戶程序通過(guò)，將調(diào)試完畢的用戶程序通過(guò)EPROMEPROM編

34、程器編程器（也稱（也稱EPROMEPROM寫入器），固化在寫入器），固化在EPROMEPROM中。中。15.4.3 15.4.3 用戶樣機(jī)硬件調(diào)試用戶樣機(jī)硬件調(diào)試1.1.靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試工作分為靜態(tài)調(diào)試工作分為兩步兩步：第一步第一步是在用戶樣機(jī)加電之前，先用萬(wàn)用表等工具，是在用戶樣機(jī)加電之前，先用萬(wàn)用表等工具，根據(jù)硬件邏輯設(shè)計(jì)圖，仔細(xì)檢查樣機(jī)線路是否連接正根據(jù)硬件邏輯設(shè)計(jì)圖，仔細(xì)檢查樣機(jī)線路是否連接正確，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求，確，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求，應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)的檢查，以防止電源的短路和極應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)的檢查，以防止電源的短路和極

35、性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線、性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線）是否存在相互之間短路或與其它信號(hào)線的控制總線）是否存在相互之間短路或與其它信號(hào)線的短路。短路。第二步第二步是加電后檢查各芯片插座上有關(guān)引腳的電位，是加電后檢查各芯片插座上有關(guān)引腳的電位，仔細(xì)測(cè)量各點(diǎn)電平是否正常，尤其應(yīng)注意仔細(xì)測(cè)量各點(diǎn)電平是否正常，尤其應(yīng)注意80318031插座插座的各點(diǎn)電位，若有高壓，與在線仿真器聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，的各點(diǎn)電位，若有高壓，與在線仿真器聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，將會(huì)損壞在線仿真器。將會(huì)損壞在線仿真器。具體步驟如下：具體步驟如下：(1)(1)電源檢查電源檢查(2)(2)各元器件電源檢查各元器件電源檢查(3)(3)檢查相應(yīng)芯片的邏輯關(guān)系檢查相應(yīng)芯片的邏輯關(guān)系2.2.聯(lián)機(jī)仿真、在線動(dòng)態(tài)調(diào)試聯(lián)機(jī)仿真、在線動(dòng)態(tài)調(diào)試(2)(2)檢查檢查RAMRAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 檢查檢查RAMRAM存儲(chǔ)器可編譯程序，將存儲(chǔ)器可編譯程序，將RAMRAM存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)器進(jìn)行寫入，再讀