单片机应用系统设计与开发课件.ppt

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1、第6章单片机应用系统设计与开发6.1单片机应用系统结构与应用系统的设计内容6.2单片机应用系统开发过程6.3单片机应用系统的一般设计方法6.4单片机应用系统调试6.5MCS-51单片机应用系统设计与调试实例6.1单片机应用系统结构与应用系统的设计内容6.1.1单片机应用系统的一般硬件组成由于单片机主要用于工业测控，其典型应用系统应包括单片机系统、用于测控目的前向传感器输入通道，后向伺服控制输出通道以及基本的人机对话通道。大型复杂的测控系统是一个多机系统，还包括机与机之间进行通信的互相通道。图6.1典型单片机应用系统结构1．前向通道的组成及其特点前向通道是单片机与测控对

2、象相连的部分，是应用系统的数据采集的输入通道。来自被控对象的现场信息有多种多样。按物理量的特征可分为模拟量和数字、开关量两种。对于数字量(频率、周期、相位、计数)的采集，输入比较简单。它们可直接作为计数输入、测试输入、I/O口输入或中断源输入进行事件计数、定时计数，实现脉冲的频率、周期、相位及记数测量。对于开关量的采集，一般通过I/O口线或扩展I/O口线直接输入。一般被控对象都是交变电流、交变电压、大电流系统。而单片机属于数字弱电系统，因此在数字量和开关量采集通道中，要用隔离器件进行隔离(如光电耦元器件)。变换器：变换器是各种传感器的总称，它采集现场的各种信号，并变换

3、成电信号(电压信号或电流信号)，以满足单片机的输入要求。现场信号有各种各样，有电信号，如电压、电流、电磁量等；也有非电量信号，如温度、湿度、压力、流量、位移量等，对于不同物理量应选择相应的传感器。隔离放大与滤波：传感器的输出信号一般是比较微弱的，不能满足单片机系统的输入要求，要经过放大处理后才能作为单片机系统的采集输入信号。还有，现场信息来自各种工业现场，夹带大量的噪音干扰信号。为提高单片机应用系统的可靠性必须隔离或削减干扰信号，这是整个系统抗干扰设计的重点部位。采样保持器：前向通道中的采样保持器有两个作用。一是实现多路模拟信号的同时采集；二是消除A/D转换器的"孔径

4、误差"。一般的单片机应用系统都是用一个A/D转换器分时对多路模拟信号进行转换并输入给单片机，而控制系统又要求单片机对同一时刻的现场采样值进行处理，否则将产生很大误差。用一个A/D转换器同时对多路模拟信号进行采样是由采样保持器来实现的。采样保持器在单片机的控制下，在某一个时刻可同时采样它所接一路的模拟信号的值，并能保持该瞬时值，直到下一次重新采样。A/D转换器把一个模拟量转换成数字量总要经历一个时间过程。A/D转换器从接通模拟信号开始转换，到转换结束输出稳定的数字量，这一段时间称为孔径时间。对于一个动态模拟信号，在A/D转换器接通的孔径时间里，输入模拟信号值是不确定的，

5、从而会引起输出的不确定性误差。在A/D转换器前加设采集保持器，在孔径时间里，使模拟信号保持某一个瞬时值不变，从而可消除孔径误差。多路开关：用多路开关实现一个A/D转换器分时对多路模拟信号进行转换。多路开关是受单片机控制的多路模拟电子开关，某一时刻需要对某路模拟信号进行转换，由单片机向多路开关发出路地址信息，使多路开关把该路模拟信号与A/D转换器接通，其它路模拟信号与A/D转换器不接通，实现有选择的转换。A/D转换器：是前向通道中模拟系统与数字系统连接的核心部件。综上所述，前向通道具有以下特点：(1)与现场采集对象相连，是现场干扰进入的主要通道，是整个系统抗干扰设计的重

6、点部位。(2)由于所采集的对象不同，有开关量、模拟量、数字量，而这些都是由安放在测量现场的传感、变换装置产生的，许多参量信号不能满足单片机输入的要求，故有大量的、形式多样的信号变换调节电路，如测量放大器、I/F变换、A/D转换、放大、整形电路等。(3)前向通道是一个模拟、数字混合电路系统，其电路功耗小，一般没有功率驱动要求。2.后向通道的组成与特点(1)后向通道是应用系统的输出通道，大多数需要功率驱动。(2)靠近伺服驱动现场，伺服控制系统的大功率负荷易从后向通道进入单片机系统，故后向通道的隔离对系统的可靠性影响很大。(3)根据输出控制的不同要求，后向通道电路有多种多样

7、，如模拟电路、数字电路、开关电路等，输出信号形式有电流输出、电压输出、开关量输出及数字量输出等。3.人机通道的结构及其特点(1)由于通常的单片机应用系统大多数是小规模系统，因此，应用系统中的人机对话通道以及人机对话设备的配置都是小规模的，如微型打印机、功能键、LED/LCD显示器等。若需高水平的人机对话配置，如通用打印机、CRT、硬盘、标准键盘等，则往往将单片机应用系统通过外总线与通用计算机相连，享用通用计算机的外围人机对话设备。(2)单片机应用系统中，人机对话通道及接口大多采用内总线形式，与计算机系统扩展密切相关。(3)人机通道接口一般都是数字电路