單片機(jī)應(yīng)用程序的開發(fā)課件

第12章單片機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)

12.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的一般方法12.2交通燈模擬控制系統(tǒng)案例實(shí)現(xiàn)12.3空調(diào)制冷控制系統(tǒng)案例實(shí)現(xiàn)

第12章單片機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)12.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)1學(xué)習(xí)目標(biāo)1．掌握應(yīng)用MCS-51單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的方法和步驟；2．掌握交通燈模擬控制系統(tǒng)和空調(diào)制冷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)內(nèi)容單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的方法學(xué)習(xí)目標(biāo)1．掌握應(yīng)用MCS-51單片機(jī)進(jìn)行212.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的一般方法單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是為完成某項(xiàng)具體任務(wù)而研制開發(fā)的用戶系統(tǒng)，可以分為智能儀器儀表和工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)兩大類。雖然每個(gè)系統(tǒng)都有很強(qiáng)的針對(duì)性，結(jié)構(gòu)和功能也不相同，但它們的開發(fā)過程和方法大致相同，

12.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的一般方法單片機(jī)應(yīng)用系31．確定任務(wù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，首先要進(jìn)行廣泛的市場(chǎng)調(diào)查，了解該系統(tǒng)的市場(chǎng)應(yīng)用概況，分析系統(tǒng)當(dāng)前存在的問題，研究系統(tǒng)的市場(chǎng)前景，確定系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的目的和目標(biāo)。對(duì)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行規(guī)劃，包括應(yīng)該采集的信號(hào)的種類、數(shù)量、范圍，輸出信號(hào)的匹配和轉(zhuǎn)換，控制算法的選擇，技術(shù)指標(biāo)的確定等。1．確定任務(wù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，首先要進(jìn)行廣泛的市場(chǎng)調(diào)查，了解該系42．總體設(shè)計(jì)在對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)提出的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)，擬訂出性價(jià)比最高的一套方案。首先，應(yīng)根據(jù)任務(wù)的繁雜程度和技術(shù)指標(biāo)要求選擇機(jī)型。選定機(jī)型后，再選擇系統(tǒng)中要用到的其它外圍元器件，如傳感器、執(zhí)行器件等。在選取定單片機(jī)機(jī)型和器件時(shí)，應(yīng)注意：（1）性能特點(diǎn)要適合所要完成的任務(wù)，避免過多的功能閑置。（2）性能價(jià)格比要高，以提高整個(gè)系統(tǒng)的性能價(jià)格比。（3）結(jié)構(gòu)原理要熟悉，以縮短開發(fā)周期。（4）貨源要穩(wěn)定，有利于批量的增加和系統(tǒng)的維護(hù)。

2．總體設(shè)計(jì)在對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)提出的5硬件和軟件如何分工？用硬件實(shí)現(xiàn)速度比較快，節(jié)省CPU的時(shí)間，但系統(tǒng)的硬件接線復(fù)雜、系統(tǒng)成本較高。用軟件實(shí)現(xiàn)則較為經(jīng)濟(jì)，但要更多地占用CPU的時(shí)間能夠由軟件實(shí)現(xiàn)的任務(wù)就盡量用軟件來實(shí)現(xiàn)，以降低成本，簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。硬件和軟件如何分工？用硬件實(shí)現(xiàn)速度比較快，節(jié)省CPU的時(shí)間，63．硬件設(shè)計(jì)硬件的設(shè)計(jì)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇完單片機(jī)機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元件，并設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖，經(jīng)過必要的實(shí)驗(yàn)后完成工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路板制作和樣機(jī)的組裝。主要硬件設(shè)計(jì)包括：（1）單片機(jī)電路設(shè)計(jì)：主要完成時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、供電電路的設(shè)計(jì)。（2）擴(kuò)展電路和輸入/輸出通道設(shè)計(jì)：主要完成程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O接口電路、傳感器電路、放大電路、多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量接口電路、驅(qū)動(dòng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。3．硬件設(shè)計(jì)硬件的設(shè)計(jì)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇完7硬件設(shè)計(jì)應(yīng)注意：1）程序存儲(chǔ)器。一般選用容量較大的EPROM芯片，如2764（8KB）、27128（16KB）或27256（32KB）等。2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O接口。根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，如果需要擴(kuò)展外部RAM或I/O口，那么RAM芯片可選用6216（2KB）、6264（8KB）或62256（32KB）。I/O接口芯片一般選用8255或8155（帶有256KB靜態(tài)RAM）。這類芯片具有口線多、硬件邏輯`簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。若口線要求很少，且僅需要簡(jiǎn)單的輸入或輸出功能，則可用不可編程的TTL電路或CMOS電路。A/D和D/A電路芯片主要根據(jù)精度、速度和價(jià)格等來選用，同時(shí)還要考慮與系統(tǒng)的連接是否方便。硬件設(shè)計(jì)應(yīng)注意：1）程序存儲(chǔ)器。一般選用容量較大的EPROM8硬件設(shè)計(jì)應(yīng)注意：3）地址譯碼電路。通常采用全譯碼、部分譯碼或線選法，應(yīng)考慮充分利用存儲(chǔ)空間和簡(jiǎn)化硬件邏輯等方面的問題。MCS-51系統(tǒng)有充分的存儲(chǔ)空間，包括64KB程序存儲(chǔ)器和64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以在一般的控制應(yīng)用系統(tǒng)中，主要是考慮簡(jiǎn)化硬件邏輯。當(dāng)存儲(chǔ)和I/O芯片較多時(shí)，可選用專用譯碼器74S138或74LS139等。4）總線驅(qū)動(dòng)能力。MCS-51系統(tǒng)單片機(jī)的外部擴(kuò)展功能很強(qiáng)，但4個(gè)8位并行口的負(fù)載能力是有限的。P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路，P1～P3口只能驅(qū)動(dòng)3個(gè)TTL電路。在實(shí)際應(yīng)用中，這些端口的負(fù)載不應(yīng)超過總負(fù)載能力的70%，以保留一定的余量。如果驅(qū)動(dòng)較多的TTL電路，則應(yīng)采用總線驅(qū)動(dòng)電路，以提高端口的驅(qū)動(dòng)能力和系統(tǒng)的抗干擾能力。數(shù)據(jù)總線宜采用雙向8路三態(tài)緩沖器74LS245作為總線驅(qū)動(dòng)器，地址和控制總線可采用單向8路三態(tài)緩沖區(qū)74LS244作為單向總線驅(qū)動(dòng)器。

硬件設(shè)計(jì)應(yīng)注意：3）地址譯碼電路。通常采用全譯碼、部分譯9（3）控制面板設(shè)計(jì)：主要完成按鍵、開關(guān)、顯示器、報(bào)警等電路的設(shè)計(jì)。

（3）控制面板設(shè)計(jì)：主要完成按鍵、開關(guān)、顯示器、報(bào)警等電路的104．軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是研制過程中任務(wù)最繁重的一項(xiàng)工作，難度也比較大。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件主要包括兩大部分：用于管理單片機(jī)微機(jī)系統(tǒng)工作的監(jiān)控程序：應(yīng)盡可能利用現(xiàn)成微機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控程序。許多單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件功能相當(dāng)強(qiáng)，并附有豐富的實(shí)用子程序，可供用戶直接調(diào)用，例如鍵盤管理程序、顯示程序等，可以直接選用。用于執(zhí)行實(shí)際具體任務(wù)的功能程序。要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求來編程序。例如，外部數(shù)據(jù)采集、控制算法的實(shí)現(xiàn)、外設(shè)驅(qū)動(dòng)、故障處理及報(bào)警程序等等。軟件設(shè)計(jì)通常采用模塊化程序設(shè)計(jì)、自頂向下的程序設(shè)計(jì)方法。

4．軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是研制過程中任務(wù)最繁重的115．系統(tǒng)調(diào)試

——包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試硬件調(diào)試的任務(wù)是排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計(jì)性錯(cuò)誤和工藝性故障。軟件調(diào)試是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試，除發(fā)現(xiàn)和解決程序錯(cuò)誤外，也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。程序調(diào)試一般是一個(gè)模塊一個(gè)模塊地進(jìn)行，一個(gè)子程序一個(gè)子程序地調(diào)試，最后聯(lián)起來統(tǒng)調(diào)。在調(diào)試過程中，要不斷調(diào)整、修改系統(tǒng)的硬件和軟件，直到其正確為止。聯(lián)機(jī)調(diào)試運(yùn)行正常后，將軟件固化到EPROM中，脫機(jī)運(yùn)行，并到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)投入實(shí)際工作，檢驗(yàn)其可靠性和抗干擾能力，直到完全滿足要求，系統(tǒng)才算研制成功。

5．系統(tǒng)調(diào)試

——包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試硬件調(diào)試的任務(wù)是排除12確定任務(wù)任務(wù)分析確定功能、性能要求制定總體方案總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能分配確定軟硬件功能關(guān)系擬定調(diào)試方案硬件設(shè)計(jì)繪制硬件原理圖繪制印制板圖配置元器件硬件功能分調(diào)確定算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序模塊劃分繪制程序流程圖程序編寫與仿真調(diào)試軟件設(shè)計(jì)樣機(jī)聯(lián)調(diào)在樣機(jī)中運(yùn)行軟件軟硬件修改與完善反復(fù)調(diào)試以達(dá)設(shè)計(jì)要求考機(jī)定型現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行樣機(jī)組裝定型、軟件固化編寫技術(shù)報(bào)告及說明書確定任務(wù)分析總體系統(tǒng)功能分配硬件設(shè)計(jì)繪制硬件原理圖確定算法與1312.2交通燈模擬控制系統(tǒng)案例實(shí)現(xiàn)7407740774077407黃黃黃黃RESETWRRD&P0.7．．．P0.0P2.7．．．P2.080518Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1QGOE8D．．．1D373Y6GG2AG2BCBA138PB3PB2PB1PB0PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA08255RDWRRESETCSA1A0D7．．．D1RRRRRRRRRRRRVCC12.2交通燈模擬控制系統(tǒng)案例實(shí)現(xiàn)74077407740141．硬件電路設(shè)計(jì)硬件原理圖（1）選擇單片機(jī)：目前MCS-51單片機(jī)種類繁多，可以選用AT89C51，配備晶振和復(fù)位電路。（2）端口地址：根據(jù)原理圖所示，8255端口地址分配如下：A口：0FFD8HB口：0FFD9HC口：0FFDAH1．硬件電路設(shè)計(jì)硬件原理圖152．軟件設(shè)計(jì)發(fā)光二極管與相應(yīng)端口取值關(guān)系

規(guī)律PB3PB2PB1PB0PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0十六進(jìn)制數(shù)北黃北綠北紅東黃東綠東紅南黃南綠南紅西黃西綠西紅紅燈全亮1101101101100DB6H東西綠燈亮,南北紅燈亮1101011101010D75H東西黃燈亮,南北紅燈亮1100111100110CF3H南北紅燈亮1101111101110DF7H東西紅燈亮,南北綠燈亮1011101011100BAEH東西紅燈亮,南北黃燈亮011110011110079EH東西紅燈亮1111101111100FBEH2．軟件設(shè)計(jì)發(fā)光二極管與相應(yīng)端口取值關(guān)系規(guī)律PB316該案例主要是控制12個(gè)發(fā)光二極管亮或滅，而發(fā)光二極管分別與8255的B口低4位及A口8位相連接，控制亮滅則可以通過向這些端口輸出0或1，因此8255主要工作于輸出狀態(tài)，工作于方式0。該案例主要是控制12個(gè)發(fā)光二極管亮或滅，而發(fā)光二極管分別與817ORG0BB0HJOD0：MOVSP，#60HMOVDPTR，#0FFDBHMOVA，#88H；A、B口工作于方式0、輸出MOVX@DPTR,A；8255初始化MOVDPTR，#0FFD8HMOVA，#0B6HMOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，#0DHMOVX@DPTR，A；點(diǎn)亮4個(gè)紅燈MOVR2，#32H；延時(shí)5sLCALLDELYJOD3：MOVDPTR，#0FFD8HMOVA，#75H

MOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，#0DHMOVX@DPTR，A；東西綠燈亮,南北紅燈亮MOVR2，#64HLCALLDELY；延時(shí)10sORG0BB0H18MOVR7,#03H；閃爍3次JOD1：MOVDPTR,#0FFD8HMOVA，#0F3HMOVX@DPTR,AINCDPTRMOVA，#0CHMOVX@DPTR，A；東西黃燈亮,南北紅燈亮MOVR2，#0AHLCALLDELY；延時(shí)MOVDPTR,#0FFD8HMOVA，#0F7HMOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，#0DHMOVX@DPTR，A；南北紅燈亮MOVR2，#0AHLCALLDELY；延時(shí)DJNZR7，JOD1；閃爍次數(shù)未到繼續(xù)MOVR7,#03H；閃爍319MOVX@DPTR，A；東西紅燈亮,南北黃燈亮MOVR2，#0AHLCALLDELY；延時(shí)1sMOVDPTR，#0FFD8HMOVA，#0BEHMOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，#0FHMOVX@DPTR，A；東西紅燈亮MOVR2，#0AHLCALLDELY；延時(shí)DJNZR7，JOD2；閃爍次數(shù)未到繼續(xù)LJMPJOD3；循環(huán)MOVDPTR,#0FFD8HMOVA，#0AEHMOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，#0BHMOVX@DPTR，A；東西紅燈亮,南北綠燈亮MOVR2，#64HLCALLDELY；延時(shí)MOVR7，#03H；閃爍次數(shù)JOD2:MOVDPTR，#0FFD8HMOVA，#9EHMOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，#07HMOVX@DPTR，A；東西紅燈亮,南北黃燈亮MO20；---------------------------------------------DELY：MOVR6,＃64H；LOOP1：MOVR5,＃0F8HNOPLOOP2：DJNZR5,LOOP2DJNZR6,LOOP1DJNZR2,DELY

RET；---------------------------------------------END延時(shí)程序，延時(shí)R2*100ms；-----------------------------2112.3空調(diào)制冷控制系統(tǒng)案例實(shí)現(xiàn)

1．確定任務(wù)設(shè)計(jì)空調(diào)制冷控制系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行和停止(制冷壓縮機(jī)工作，則將空氣熱量帶走，環(huán)境溫度下降)，使環(huán)境溫度保持在人們?cè)O(shè)定的溫度上(調(diào)溫范圍為10℃～30℃)?？刂葡到y(tǒng)要控制的是空氣溫度，是通過壓縮機(jī)的運(yùn)行、停止控制的，實(shí)際上單片機(jī)直接控制的是壓縮機(jī)的工作狀態(tài)。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能。

1）根據(jù)環(huán)境溫度控制壓縮機(jī)工作?？刂茀?shù)是溫度，被控參數(shù)是壓縮機(jī)電路通、斷的工作狀態(tài)。2）設(shè)置希望的環(huán)境溫度值。由人手動(dòng)控制。3）顯示設(shè)定的溫度值。

12.3空調(diào)制冷控制系統(tǒng)案例實(shí)現(xiàn)1．確定任務(wù)222．總體設(shè)計(jì)

（1）信號(hào)、參數(shù)的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)1）利用溫度傳感器將空氣溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。因溫度傳感器輸出的是模擬信號(hào)，必須經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。2）單片機(jī)通過繼電器控制壓縮機(jī)的工作狀態(tài)。3）利用二位LED溫度顯示燈顯示預(yù)置溫度值。4）溫度設(shè)置方法為：系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)設(shè)置調(diào)節(jié)溫度為20℃，若調(diào)高或調(diào)低溫度，分別由“升溫”和“降溫”按鈕產(chǎn)生脈沖實(shí)現(xiàn)，每個(gè)脈沖控制升高或降低1℃。（2）機(jī)型選擇：選用80C51

2．總體設(shè)計(jì)（1）信號(hào)、參數(shù)的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)23壓縮機(jī)電源指示燈～220V單片機(jī)溫度傳感器A/D升溫按鈕降溫按鈕LED溫度顯示燈M壓縮機(jī)指示燈繼電器壓縮機(jī)電源指示燈～220V溫度傳感器A/D升溫降溫LED溫度243．硬件設(shè)計(jì)

(1)該制冷控制系統(tǒng)可由80C51單片機(jī)最小系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)。電源由220V市電經(jīng)直流電源轉(zhuǎn)化為+5V直流電壓，采用內(nèi)部時(shí)鐘電路。(2)選用熱敏電阻式溫度傳感器和ADC0809轉(zhuǎn)換器。溫度傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，由P0口輸入。ADC0809由P3.0啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，由P3.1控制輸出。信號(hào)傳輸采用無條件輸入方式，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后延時(shí)100μs從P0口采集數(shù)據(jù)。時(shí)間延遲由T0實(shí)現(xiàn)。(3)溫度設(shè)置信號(hào)由脈沖電路產(chǎn)生，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，通過導(dǎo)線分別與單片機(jī)INT0、INT1引腳相連，以中斷方式工作。(4)利用電磁繼電器控制制冷壓縮工作狀態(tài)。繼電路由P3.7驅(qū)動(dòng)。(5)兩位顯示溫度的共陽(yáng)LED七段碼分別由P1口、P2口驅(qū)動(dòng)。3．硬件設(shè)計(jì)(1)該制冷控制系統(tǒng)可由80C51單片機(jī)最25硬件設(shè)計(jì)電路圖CKQQD11+5VUPDOWN830pF30pFθT+5VR+5VSTARTOEABCD0~D7IN0CLKADC0809P1P2P3.7EA+5VINT0INT1ALEP0P3.0P3.1XTAL1XTAL2VCCRST80C51~220VM~壓縮機(jī)指示燈繼電器直流電流~220V指示燈10μF100Ω