單片機原理及應用電子教案課件

1、單片機原理及應用電子教案2022/7/26單片機原理及應用電子教案第七章單片機應用系統(tǒng)設計內容提要 本章主要介紹單片機應用系統(tǒng)的設計。目前單片機的應用領域十分廣泛，可以說，已深入到了包括工業(yè)過程控制、智能化儀器儀表、家用電器等在內的各行各業(yè)。本章中列舉的只是單片機眾多應用中的幾個側面。以單片機為核心的產品的開發(fā)需要單片機開發(fā)系統(tǒng)的支持，本章對單片機開發(fā)系統(tǒng)作了初步介紹。學習要求 在本章的學習過程中，應主要了解并初步掌握單片機應用系統(tǒng)的設計，即如何規(guī)劃單片機應用系統(tǒng)軟、硬件之間的關系，如何合理地選擇外部擴展器件，合理分配單片機資源等。單片機原理及應用電子教案需求獲取 在進入正式開發(fā)之前，必須先從

2、用戶處獲取準確的需求。在這上面花費相當時間是很必要的。 項目可以大致分為委托開發(fā)和公司立項開發(fā)兩大類。 對于委托開發(fā)，例如給某單位開發(fā)一套該單位專用的系統(tǒng)，一般用戶對于項目要完成哪些功能已經(jīng)有了一個比較清楚的輪廓，而且往往在開發(fā)合同中已經(jīng)大致地規(guī)定了。 但是，開發(fā)合同上規(guī)定的只是一個大概的框架，在進入開發(fā)之前必須與用戶進行比較具體的交流和討論，了解清楚用戶心目中的產品究竟是什么樣子。這個步驟如果沒有好好做，往往到了開發(fā)工作的后期才發(fā)現(xiàn)開發(fā)人員的理解和用戶的要求有一些誤解，那么必然造成時間上的浪費。 對于公司立項開發(fā)的項目，在開發(fā)之前應該做一定的市場調查工作，一方面是從經(jīng)濟效益考慮，調查產品的潛

3、在市場有多大，另一方面是從技術的角度，必須了解清楚潛在用戶對產品的各種功能上的要求，例如，用戶現(xiàn)在使用什么產品，對該產品有什么意見和要求等等，根據(jù)調查的統(tǒng)計結果決定即將開發(fā)的產品的一些技術指標。7.1 單片機應用系統(tǒng)的設計過程一、合理的開發(fā)流程單片機原理及應用電子教案需求分析 在了解用戶的需求之后，將需求用一種模型來表示，就是需求分析。強調幾個問題: 要分清問題域與系統(tǒng)責任 需求獲取與需求分析的關系 分析與設計過程的銜接7.1 單片機應用系統(tǒng)的設計過程一、合理的開發(fā)流程設計過程 設計階段的工作包括: 對分析模型必要的修改?？赡苄枰獙δ承╊惤Y構進行一些修改，這些修改的原因可能是編程環(huán)境的要求，或

4、者為了重用以前的某些工作。 定義界面部分、數(shù)據(jù)訪問(數(shù)據(jù)庫)部分。 由于目前很多編程語言都可以可視化地設計界面，所以界面部分工作往往留到了編碼階段來完成。于是設計階段的工作量并不大。編碼 進入編碼工作之后，可能會發(fā)現(xiàn)前面分析或設計階段的某些錯誤，這時應返回到前面的階段進行必要的修改。 測試 即使是小項目，也應該嚴格地進行測試。單片機原理及應用電子教案人員安排 比較小的項目，往往是幾個人來完成，這幾個人基本上從頭到尾參加開發(fā)。在這幾個人中，有一位項目負責人，負責分析、設計和協(xié)調的工作。由于項目小，項目負責人也要參加編程,那么這人必須把時間合理運用， 注意以下以點原則: 協(xié)調幾個人的工作比自己完成

5、一段編碼更重要 由于協(xié)調上出了漏洞，可能導致很大的問題，所以項目負責人必須隨時監(jiān)控各開發(fā)人員的工作，包括內容是否與要求發(fā)生偏差，進度是否滯后等等。 只有在完成這些工作之后，項目負責人剩下的時間才能用于編程。 給每個開發(fā)人員明確的任務書 不管是用面向對象或者其他方法開發(fā)，分析、設計模型只是從功能的角度來描述系統(tǒng)。但是，具體開發(fā)時每個開發(fā)人員必須非常明確自己的任務，這些任務應該采用明確的文檔來表示。 讓大家都大致熟悉設計模型 讓每個開發(fā)人員都清楚自己所做的工作在整個系統(tǒng)中處于什么地位，有時侯可能會發(fā)現(xiàn)設計模型中的漏洞，避免了各人的代碼編寫完畢之后又要修改的后果。 7.1 單片機應用系統(tǒng)的設計過程一

6、、合理的開發(fā)流程單片機原理及應用電子教案7.1 單片機應用系統(tǒng)的設計過程二、產品開發(fā)流程框圖1122圖7-1 開發(fā)流程圖單片機原理及應用電子教案7.2 單片機開發(fā)工具一、開發(fā)手段的選擇 仿真插頭 單片機應用系統(tǒng)（用戶系統(tǒng)） EPROM寫入插口 開發(fā)模板通用計算機系統(tǒng)總線圖7-2 微機開發(fā)系統(tǒng) 單片機原理及應用電子教案 805l宏匯編語言 PL/M-51語言 C-51語言7.2 單片機開發(fā)工具二、開發(fā)工具軟件圖 7-3 偉福仿真器菜單界面單片機原理及應用電子教案任務描述：潛水泵自動控制保護器具有兩大功能，第一是保護功能：能 在泵體缺水時實施自動保護，并能根據(jù)預設時間自動恢復工 作。第二是自動控制

7、功能：能根據(jù)水塔水位，自動啟停水泵?？傮w設計 需求分析需求獲取 本項目最早由一家專門生產潛水泵的廠家提出，該廠家在生產和銷售過程中，不斷接到用戶反饋潛水泵燒壞，主要原因是在抽水過程中，由于水源來水不足，潛水泵干抽燒壞，所以提出開發(fā)一種保護裝置，就有了最初的潛水泵自動控制保護器項目的需求，再根據(jù)實際中，許多情況是給水塔抽水，這樣就要知道水塔缺水和水滿情況，還有在廣大農村有時要計時抽水，這樣就確定最后方案。設計開發(fā)任務書 本項目是一個很小的項目，開發(fā)人員為：項目負責人一名、一名軟件工程師、一名硬件工程師、一名技術員。項目負責人負責協(xié)調各人員工作和檢查進度，軟件工程師負責程序設計，硬件工程師負責硬件

8、原理圖及PCB板設計，技術人員負責原器件購買、測試和組裝工作。7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制保護器單片機原理及應用電子教案總體設計方案設計 采用89C2051單片機控制、二個鍵（K1、K2）用來起動水泵前的參數(shù)設置，水位器：（三個）水池上水位器、水池下水位器、潛水泵水位器，用來檢測水位保證水泵正常工作，該保護器有兩種工作模式，一種是自動控制模式，主要用在對水塔抽水，另一種是定時工作模式主要應用在計時抽水。測試計劃 硬件測試：主要測試各部分硬件是否能正常工作，每部分通過簡單程序來檢測。 軟件測試：測試軟件是否符合設計要求、是否存在BUG。 7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控

9、制保護器單片機原理及應用電子教案詳細設計硬件設計主要元器件 89C2051 一片、78L05一個、LED 3個、按鍵二個、水位檢測器三個、MOC3020一個、變壓器一個、及電阻、電容、三極管、燈等若干。 LED工作原理及動態(tài)顯示： 本項目采用的是共陽極的3個LED數(shù)碼管，要點亮某個數(shù)碼管的某筆劃，則相應的數(shù)碼管陽極加5V電源，相應筆劃的陰極端接低電平，本方案三個數(shù)碼管陰極是相連的，所以在陽極必須輪流有效，只要時間合理，在人的視覺就會看到同時亮的結果。 7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制保護器單片機原理及應用電子教案詳細設計原理圖7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制保護器單片機

10、原理及應用電子教案詳細設計軟件設計LED顯示程序LED0EQU41H; 定義LED顯示緩沖低位單元LED1EQU42H; LED2EQU43H;定義LED顯示緩沖高位單元LOOP: LCALL DISPLAY SJMP LOOPDISPLAY: PUSHACC MOVA,LED2 LCALLDISP17.3 單片機應用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制保護器單片機原理及應用電子教案 CLRP3.2 LCALL DEL1 SETBP3.2 MOVA,LED1 LCALL DISP1 CLRP3.3 LCALL DEL1 SETBP3.3 MOVA,LED0 LCALL DISP1 CLRP3.4 LCA

11、LL DEL1 SETBP3.4 POPACC RETDISP1: MOVDPTR,#DBB MOVC A,A+DPTR MOVP1,A RETDEL1: MOVR3,#10DEL: MOVR4,#50 DJNZR4,$ DJNZR3,DEL RET;數(shù)碼管字形碼DBB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H ;0-6DB82H,0F8H,80H,90H ;7-9END詳細設計軟件設計7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制保護器單片機原理及應用電子教案任務描述：本控制器能根據(jù)用戶設定的加溫溫限（最高溫度），以及加 熱時間、冷卻時間，自動調節(jié)加熱功率，從而達到可調速加

12、熱的目的。 總體設計需求分析需求獲取 本項目最初由湘潭大學理化實驗室提出需求，在化學實驗金屬相圖實驗中，原有的實驗儀（一臺PC機、一臺加熱爐、一臺測溫儀）要做一個完整的實驗需要四五個小時以上，并且數(shù)據(jù)要學生自己記錄并自己計算和給制圖形，往往幾個小時不能完成一個實驗，為了解決這個問題，提出開發(fā)一種新的實驗設備，新的實驗儀（PC機一臺、兩臺測溫儀，每臺測溫儀可以接六路溫度傳感器，兩臺加熱爐），這樣一臺PC機可同時采集12路數(shù)據(jù)，整個過程由PC機上軟件完成，不需學生記錄數(shù)據(jù)和繪制圖形和表格，大大提高了實驗速度，實驗結果更準確和直觀。同時一個實驗室可以省下一半PC機，節(jié)約了設備成本。本項目只是該實驗儀

13、中一部分，也就是加熱爐的控制部分。設計開發(fā)任務書 本項目開發(fā)人員如下：項目負責人一名，軟件工程師四名、硬件工程師一名、結構工程師一名、技術員一名、采購員一名。其中兩名軟件工程師負責PC軟件開發(fā)、一名軟件工程師負責測溫儀軟件開發(fā)、一名軟件工程師負責加熱爐軟件開發(fā)。 7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例二、可調速加熱控制爐單片機原理及應用電子教案總體設計方案設計整個方案在這里就不詳述，這里只就加熱爐部分進行說明，由于一臺PC機同時控制兩臺加熱儀和兩臺測溫儀，所以本臺都有相應地址，與PC機通訊采用CAN總線，地址用24C01存儲，加溫速度由PC機根據(jù)當時室溫發(fā)送相應加熱功率百分比來控制加熱爐。加熱爐由89C1

14、051控制。如接收到PC機發(fā)送的功率是80，則可通過控制加熱爐80%時間打開電源，20%時間關斷電源，具體通訊協(xié)議讀者可以自己制訂，并完整好程序，并在做實驗或實訓時調試。 測試計劃硬件測試：主要測試各部分硬件是否能正常工作，每部分通過簡單程序來檢測。軟件測試：加熱爐在不同室溫下能不能在相同時間加熱到指定溫度。 7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例二、可調速加熱控制爐單片機原理及應用電子教案詳細設計硬件設計主要元器件89C2051 一片、24C01、雙向可控硅等。 I2C總線原理及工作時序： 引腳圖7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例二、可調速加熱控制爐單片機原理及應用電子教案讀寫命令字當前讀時序7.3 單片機應用

15、系統(tǒng)舉例二、可調速加熱控制爐單片機原理及應用電子教案字節(jié)寫、頁寫時序7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例二、可調速加熱控制爐單片機原理及應用電子教案隨機讀時序圖7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例二、可調速加熱控制爐單片機原理及應用電子教案詳細設計原理圖7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例二、可調速加熱控制爐單片機原理及應用電子教案詳細設計軟件設計I2C總線的24C02讀寫程序：;*;*Title:AT24C02與51單片機連接讀寫程序*;*Date:2005.7.7 *;*;連線：SCLP3.4,SDAP3.5,WP接地;（R3）=器件地址，（R4）=片內字節(jié)地址，;（R5）=連續(xù)讀寫字節(jié)數(shù)，（R1）=欲讀寫數(shù)據(jù)存放地址

16、指針;*7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例二、可調速加熱控制爐單片機原理及應用電子教案 SCLEQUP30 SDAEQUP31;寫24C02子程序I2C_WRITE:SETBSDASETBSCLCLRSDA ;發(fā)開始信號MOVA,R3 ;發(fā)器件地址ACALLSEND ;調發(fā)送單字節(jié)子程序MOVA,R4 ;送片內字節(jié)地址ACALLSENDI2CW_AGAIN:MOVA,R1ACALLSENDINCR1 DJNZR5,I2CW_AGAIN;連續(xù)寫N個字節(jié)CLRSDA ;SDA位置0，準備送停止信號ACALLDELAY;延時以滿足傳輸速率要求SETBSCL;發(fā)送停止信號ACALLDELAYSETBSDARE

17、TSEND:MOVR0,#08HI2CW_LOOP: CLR SCL ;開始信號之后的寫地址操 ;作,SCL清0 RLCA MOVSDA,C 7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例二、可調速加熱控制爐單片機原理及應用電子教案 NOP SETBSCL;寫完一位打操作后,SCL 置1 ACALLDELAY DJNZR0,I2CW_LOOP CLRSCL CALLDELAY SETBSCL;ACKLP:MOVC,SDA JCACKLP;判斷應答到否，未到則等待 CLRSCL RET ;* ;讀24C02子程序I2C_READ:SETBSDASETBSCL7.3 單片機應用系統(tǒng)舉例二、可調速加熱控制爐單片機原理及應用電子教案CLRSDA;發(fā)開始信號MOVA,R3;發(fā)器件地址ACALLSEND;調發(fā)送單字節(jié)子程序MOVA,R4;送片內字節(jié)地址ACALLSENDSETBSDASETBSCLCLRSDA;發(fā)開始信號MOVA,R3;發(fā)器件地址SETBACC.0;發(fā)讀命令 ACALLSENDI2CR_AGAIN:ACALLREADMOVR1,AINCR1DJNZR5,I2CR_AGAIN7.3 單片