单片机原理与应用(第3版)第7章单片机应用系统.ppt

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1、第7章单片机应用系统开发由于单片机应用系统种类繁多,技术要求及指标各不相同,因此设计方案、设计步骤、开发过程不完全相同,但也存在着一些共性问题。本章针对大多数应用场合,介绍单片机应用系统的一般开发过程和软硬件设计的基本方法。9/9/2021单片机原理与应用7.1单片机应用系统开发过程单片机应用系统的开发过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、仿真调试、可靠性实验和产品化等几个阶段,但各阶段不是绝对分开的,有时是交叉进行的。图8-1描述了单片机应用系统开发的一般过程。图7-1单片机应用系统开发过程9/9/2021单片机原理与应用7.1.1总体设计设计人员在接到某项单片机

2、应用系统的研制任务后,一般先进行总体设计。总体设计包括以下内容:1.理解系统功能和技术指标设计人员在接到某项单片机应用系统的研制任务后,先对用户提出的任务进行深入细致的分析和研究,参考国内外同类或相关产品的有关资料、标准,根据系统的工作环境、具体用途、功能和技术指标,拟定出性能/价格比最高的一套方案,这是系统设计的依据和出发点,也是决定系统设计是否成功的关键。9/9/2021单片机原理与应用2.选择单片机类型一般来说,在选择单片机类型时,主要综合考虑以下几个问题:(1)货源充足、稳定所选单片机芯片在国内元器件市场上货源要稳定、充足,且有成熟的开发设备。(2)性价比要

3、高在保证性能指标情况下,所用芯片价格要尽可能低,使系统有较高的性价比。(3)研制周期在研制任务重、时间紧的情况下,应考虑采用自己比较熟悉的系列,这样可以较快地进行系统设计。最好选择用户广泛、技术成熟、性能稳定而自己又熟悉的系列、型号。9/9/2021单片机原理与应用3.关键器件的选择在选定单片机类型后,通常还要对一些严重影响系统性能指标的器件(如传感器等)进行选择。例如,一个设计合理的测控系统往往因传感器件的精度或使用条件等因素的限制而达不到应有的效果。4.软硬件功能划分同一般的计算机系统一样,单片机应用系统的软件和硬件在逻辑功能上是等效的。具有相同功能的单片机应用

4、系统,其软硬件功能可以在很宽的范围内变化。一些硬件电路的功能可以由软件来实现,反之亦然。例如,系统日历时钟可以用实时时钟/日历芯片(如MC146818、PCF8563),也可以用定时中断方式实现;又如无线或红外解码电路,既可由PT2272解码器完成,也可以通过软件定时方式实现。在应用中,系统的软、硬件功能划分要根据系统要求而定,多用硬件来实现一些功能,可以提高系统反应速度、减少存储容量和软件开发的工作量,但会增加硬件成本、降低硬件的利用率,使系统的灵活性与适应性变差。相反,若用软件来实现某些硬件功能,可以节省硬件开支,增强灵活性和适应性,但反应速度会下降。软件设计费

5、用和所需存储器容量要增加。在总体设计时,必须权衡利弊,仔细划分好硬件和软件的功能。9/9/2021单片机原理与应用7.1.2硬件设计硬件设计的任务是根据总体设计要求,在所选定的单片机类型的基础上,具体确定系统中所用的元器件及系统构成方式,设计出系统的电路原理图,必要时做一些部件实验,以验证电路图的正确性、可靠性。当然也包括工艺结构设计、印制板设计等。1.元器件选择原则2.系统构成方式选择3.系统硬件电路设计原则4.印制电路板设计9/9/2021单片机原理与应用7.1.3资源分配一个单片机应用系统所拥有的硬件资源分片内和片外两部分。片内资源是指单片机本身所包含的中央处

6、理器、程序存储器、数据存储器、定时器/计数器、中断源、I/O接口以及串行通信接口等。这部分硬件资源的种类和数量,不同公司不同类型的单片机之间差别很大,当设计人员选定某种型号的单片机进行系统设计时,应充分利用片内的各种硬件资源。但若在应用中,片内的这些硬件资源不够使用,就需要在片外加以扩展。通过系统扩展,单片机应用系统具有了更多的硬件资源,因而有了更强的功能。由于定时器/计数器、中断源等资源的分配比较容易,下面主要介绍ROM资源和RAM资源的分配。9/9/2021单片机原理与应用1.I/O引脚资源分配单片机芯片各I/O引脚功能不完全相同,如部分引脚具有第二输入/输出功

7、能;各I/O引脚输出级电路结构不尽相同,如8XC5X的P0口采用漏极开路输出方式,而P1~P3口采用准双向结构。此外,在87LPC76X系列中,P1.5引脚只能作为输入引脚使用。因此,在分配I/O引脚时,需要认真对待。9/9/2021单片机原理与应用2.程序存储器资源分配片内ROM存储器用于存放程序和数据表格。按照MCS-51单片机的复位及中断入口的规定,002FH以前的地址单元都作为中断、复位入口地址区。在这些单元中一般都设置了转移指令,转移到相应的中断服务程序或复位启动程序。当程序存储器中存放的功能程序及子程序数量较多时,应尽可能为它们设置入口地址表。一般的

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