單片機(jī)綜合實(shí)例分析

會(huì)計(jì)學(xué)1單片機(jī)綜合實(shí)例分析13.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)13.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具13.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法13.4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試13.5單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)本章大綱13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀13.7家庭安全報(bào)警系統(tǒng)思考與練習(xí)第1頁/共49頁13.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)圖13-1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)流程圖

第2頁/共49頁13.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具

圖13-2仿真機(jī)的使用第3頁/共49頁13.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具

圖13-3編程器與計(jì)算機(jī)的連接第4頁/共49頁

系統(tǒng)功能主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、輸出控制等。每一個(gè)功能又可細(xì)分為若干個(gè)子功能。比如數(shù)據(jù)采集可分為模擬信號(hào)采樣與數(shù)字信號(hào)采樣。模擬信號(hào)采樣與數(shù)字信號(hào)采樣在硬件支持與軟件控制上是有明顯差異的。數(shù)據(jù)處理可分為預(yù)處理、功能性處理、抗干擾等子功能，而功能性處理還可以繼續(xù)劃分為各種信號(hào)處理等。輸出控制按控制對(duì)象不同可分為各種控制功能，如繼電器控制、D/A轉(zhuǎn)換控制、數(shù)碼管顯示控制等。13.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法第5頁/共49頁

系統(tǒng)性能主要由精度、速度、功耗、體積、重量、價(jià)格、可靠性的技術(shù)指標(biāo)來衡量。系統(tǒng)研制前，要根據(jù)需求調(diào)查結(jié)果給出上述各指標(biāo)的定額。一旦這些指標(biāo)被確定下來，整個(gè)系統(tǒng)將在這些指標(biāo)限定下進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的速度、體積、重量、價(jià)格、可靠性等指標(biāo)會(huì)左右系統(tǒng)軟、硬件的功能的劃分。系統(tǒng)功能盡可能用硬件完成，這樣可提高系統(tǒng)的工作速度，但系統(tǒng)的體積、重量、功耗、硬件成本都相應(yīng)地增大，而且還增加了硬件所帶來的不可靠因素。用軟件功能盡可能地代替硬件功能，可使系統(tǒng)體積、重量、功耗、硬件成本降低，并可提高硬件系統(tǒng)的可靠性，但是可能會(huì)降低系統(tǒng)的工作速度。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)功能的軟、硬件劃分時(shí)，一定要依據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)綜合考慮。13.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法第6頁/共49頁13.3.1系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)組成

1、單片機(jī)選型主要考慮因素：單片機(jī)性價(jià)比。開發(fā)周期。2、存儲(chǔ)空間分配3、I/O通道劃分4、I/O方式的確定5、軟、硬件功能劃分第7頁/共49頁13.3.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬、軟件的設(shè)計(jì)原則

1、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容：一是單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元(如程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等)的容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的擴(kuò)展連接電路；二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。2、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的，應(yīng)可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。第8頁/共49頁13.3.3硬件設(shè)計(jì)程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器I/O接口譯碼電路總線驅(qū)動(dòng)器抗干擾電路第9頁/共49頁13.3.4軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是一個(gè)整體。在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)應(yīng)統(tǒng)一考慮，相結(jié)合進(jìn)行。當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)定型后，軟件的任務(wù)也就明確了。一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中的軟件一般是由系統(tǒng)的監(jiān)控程序和應(yīng)用程序兩部分構(gòu)成的。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)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，并根據(jù)它們之間的聯(lián)系和時(shí)間上的關(guān)系，設(shè)計(jì)出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)。第10頁/共49頁13.3.5資源分配

1、ROM/EPROM資源的分配ROM/EPROM用于存放程序和數(shù)據(jù)表格。2、RAM資源分配RAM分為片內(nèi)RAM和片外RAM。片內(nèi)RAM的容量比較大，通常用來存放批量大的數(shù)據(jù)，如采樣結(jié)果數(shù)據(jù)；片內(nèi)RAM容量較少，應(yīng)盡量重疊使用，比如數(shù)據(jù)暫存區(qū)與顯示、打印緩沖區(qū)重疊。第11頁/共49頁

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試主要是指使用調(diào)試工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件、硬件和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等幾個(gè)方面的測(cè)試。13.4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試

第12頁/共49頁13.4.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試工具在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試中，最常用的調(diào)試工具有以下幾種：單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)萬用表邏輯筆邏輯脈沖發(fā)生器與模擬信號(hào)發(fā)生器示波器邏輯分析儀第13頁/共49頁13.4.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般調(diào)試方法

1、硬件調(diào)試硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測(cè)試儀器(萬用表、示波器等)，通過執(zhí)行開發(fā)系統(tǒng)有關(guān)命令或運(yùn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)試程序(也可以是與硬件有關(guān)的部分用戶程序段)，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。（1）靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢查。靜態(tài)調(diào)試的第一步為目測(cè)。第二步為萬用表測(cè)試，目測(cè)檢查后，可進(jìn)行萬用表測(cè)試。第三步為加電檢查。第四步是聯(lián)機(jī)檢查。第14頁/共49頁13.4.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般調(diào)試方法

（2）動(dòng)態(tài)調(diào)試動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件間連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。由于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件動(dòng)態(tài)調(diào)試是在開發(fā)系統(tǒng)的支持下完成的，故又稱為聯(lián)機(jī)仿真或聯(lián)機(jī)調(diào)試。動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、由分到合。第15頁/共49頁13.4.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般調(diào)試方法

2、軟件調(diào)試軟件調(diào)試主要解決問題：（1）程序跳轉(zhuǎn)錯(cuò)。（2）程序錯(cuò)誤。（3）動(dòng)態(tài)錯(cuò)誤。（4）加電復(fù)位電路的錯(cuò)誤。軟件調(diào)試的基本方法：（1）先獨(dú)立后聯(lián)機(jī)（2）先分塊后組合（3）先單步后連續(xù)第16頁/共49頁13.4.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般調(diào)試方法

3、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)主要解決以下問題：（1）軟、硬件能否按預(yù)定要求配合工作，如果不能，那么問題出在哪里，如何解決。（2）系統(tǒng)運(yùn)行中是否有潛在的設(shè)計(jì)時(shí)難以預(yù)料的錯(cuò)誤。如硬件延時(shí)過長造成工作時(shí)序不符合要求，布線不合理造成有信號(hào)串?dāng)_等。（3）系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)(包括精度、速度參數(shù))是否滿足設(shè)計(jì)要求。第17頁/共49頁13.4.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般調(diào)試方法

4、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試一般情況下，通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，用戶系統(tǒng)就可以按照設(shè)計(jì)目標(biāo)正常工作了。但在某些情況下，由于用戶系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境較為復(fù)雜(如環(huán)境干擾較為嚴(yán)重、工作現(xiàn)場(chǎng)有腐蝕性氣體等)，在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工作之前，環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響無法預(yù)料，只能通過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試來發(fā)現(xiàn)問題，找出相應(yīng)的解決方法；或者雖然已經(jīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到抗干擾的對(duì)策，但是否行之有效，還必須通過用戶系統(tǒng)在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行來加以驗(yàn)證。另外，有些用戶系統(tǒng)的調(diào)試是在用模擬設(shè)備代替實(shí)際監(jiān)測(cè)、控制對(duì)象的情況下進(jìn)行的，這就更有必要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，以檢驗(yàn)用戶系統(tǒng)在實(shí)際工作環(huán)境中工作的正確性。第18頁/共49頁

所謂干擾,一般是指有用信號(hào)以外的噪聲,在信號(hào)輸入、傳輸和輸出過程中出現(xiàn)的一些有害的電氣變化現(xiàn)象。這些變化迫使信號(hào)的傳輸值、指示值或輸出值出現(xiàn)誤差,出現(xiàn)假像。干擾對(duì)電路的影響,輕則降低信號(hào)的質(zhì)量,影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性;重則破壞電路的正常功能,造成邏輯關(guān)系混亂,控制失靈。13.5單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

第19頁/共49頁

1、常見干擾的種類13.5單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

第20頁/共49頁13.5單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

圖13-4內(nèi)部和外部干擾示意圖第21頁/共49頁

2、硬件抗干擾（1）電源抗干擾的基本方法（2）多路模擬開關(guān)抗干擾方法（3）放大器抗干擾方法（4）抗干擾穩(wěn)壓電源（5）輸入輸出隔離（6）過壓保護(hù)電路13.5單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

第22頁/共49頁3、軟件抗干擾指令復(fù)執(zhí)數(shù)字濾波程序卷回開關(guān)量輸入方法程序執(zhí)行過程中的軟件抗干擾WATCHDOG13.5單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

第23頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-9溫濕度檢測(cè)儀硬件總體框圖第24頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-10Cu100橋式電路圖第25頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-11本設(shè)計(jì)中AD轉(zhuǎn)換電路圖第26頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-12調(diào)量程電路圖13-13調(diào)零電路第27頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-14濕度檢測(cè)電路電路圖第28頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-15報(bào)警電路電路圖第29頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-1612864LCD與單片機(jī)的接口圖第30頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-1612864LCD與單片機(jī)的接口圖第31頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-17鍵盤電路第32頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-18220V交流電轉(zhuǎn)換為5V直流電電路圖第33頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-19ICL7660接線圖第34頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-20單片機(jī)最小系統(tǒng)第35頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-210Ω電阻連接圖第36頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-22主程序流程圖圖13-238路溫度采樣程序流程圖第37頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-22主程序流程圖圖13-238路溫度采樣程序流程圖第38頁/共49頁13.6基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀

圖13-22主程序流程圖圖13-238路溫度采樣程序流程圖第39頁/共49頁10.5家庭安全報(bào)警系統(tǒng)圖13-28系統(tǒng)電源第40頁/共49頁10.5家庭安全報(bào)警系統(tǒng)圖13-29紅外傳感器信號(hào)放大電路第41頁/共49頁10.5家庭安全報(bào)警系統(tǒng)圖13-30看門狗復(fù)位電路第42頁/共49頁10.5家庭安全報(bào)警系統(tǒng)圖13-31時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路第43頁/共49頁10.5家庭安全報(bào)警系統(tǒng)圖13-32聲光報(bào)警電路第44頁/共49頁10.5家庭安全報(bào)警系統(tǒng)圖