单片机应用系统工程设计及应用课件

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1、第10章单片机应用系统工程设计及应用[教学目的]1、了解单片机应用系统工程设计的基本要求；2、掌握单片机应用系统组成；3、掌握单片机应用系统工程设计的步骤；4、掌握单片机应用系统工程设计的方法；5、通过实例，了解工程项目设计中的一些方法和技巧。[学习重点和难点]1、掌握单片机应用系统工程设计的方法；2、工程项目设计中的一些方法和技巧。单片机应用系统是为完成某项任务而设计、研制和开发的应用系统，是以单片机为核心，配以外围电路和软件，能实现给定任务、功能的实际工程应用系统。根据不同的用途和要求，单片机

2、应用系统的系统配置和软件各略有不同，但它们在应用系统的研制和开发的过程和方法基本相同。本章介绍一些单片机应用系统的工程设计、开发和调试的思路、技巧和方法；介绍抗干扰技术、常用接口驱动电路的应用和实用技术。10.1单片机应用系统概述10.1.1单片机应用系统的结构从图10.180C51单片机应用系统控制组成框图可看出,单片机应用系统由硬件和程序组成。下面分别介绍硬件和程序的功能。一、单片机应用系统的硬件组成单片机应用系统的硬件是由单片机、接口电路、外部设备、传感器、执行器和操作控制台组成。由于系统的

3、不同，组成单片机控制系统的硬件也不同，一般可根据系统的需要进行扩展。1、单片机单片机它是整个控制系统的核心，通过接口可向系统的各个部分发出各种控制命令，对被测物理参数进行巡回检测、数据处理、控制、报警处理以及逻辑判断等操作。目前最常用的单片机有80C51系列单片机，如AT89S51、AT89C51（已经停产）、Intel公司8XC51、8XC52和Motorola公司M68HC08系列等。2、I/O接口部分目前，大部分I/O接口都是可编程的，单片机常需要扩展接口为：①并行接口，如8155、8255

4、。②A/D转换，单片机只能处理数字量，而一般的被测参数大都为模拟量，如温度、压力、流量、液位、速度、电压以及电流等。因此，必须把模拟量转换成数字量。同样，外部执行机构也多为模拟量，因此单片机输出时，还必须把数字量变成模拟量，即进行D/A转换。③开关量。如按键、继电器和开关等开关量信号。3、外部设备主要用来显示、打印、存储及传送数据。4、传感器和执行器在单片机控制系统中，必须对各种数据，如温度、压力、流量、液位、成分等进行数据采集。传感器是把非电量转换成电量。如压力传感器可以把压力转换成mV信号；这

5、些信号经过放大器放大成统一的标准信号（电压为0～5V或电流为4～20mA）后，再送入单片机。为了控制生产过程，还必须有执行机构。在温度控制系统中，根据温度的误差来控制进入加热炉的煤气（或油）量；在水位控制系统中控制进入容器的水的流量。执行机构有的采用电动、气动、液压传动控制，也有的采用电机、步进电机以及可控硅元件等进行控制。5、操作控制台操作控制台是单片机控制系统中人－机对话的纽带。通过它人们可以向单片机输入程序，修改内存的数据，显示被测参数，以及发出各种控制命令等。二、单片机应用系统的程序对于单

6、片机应用系统而言，除了上述硬件部分以外，软件也是必不可少的。一个控制系统常常要编一些应用程序，如D/A或A/D转换程序，数据采样程序、数字滤波程序、标度变换程序、键盘处理程序、显示程序、过程控制程序（如PID运算程序、数字控制程序）等。这些应用程序用户可以用C语言或汇编编写。10.1.2单片机应用系统工程设计的基本要求尽管单片机应用控制系统被控对象和控制过程具有多样性，以及单片机控制系统的具体设计各不相同，但它们却有着共同的设计要求，就是可靠性要高、操作性要好、实时性要强、通用性要好、经济效益和性

7、能价格比要高等。1、可靠性要高一个单片机控制系统核心是单片机，由于单片机在工业现场的工作环境和工作任务的特殊性，要求在设计时将安全可靠性放在第一位。包括选用可靠性、高性能的单片机及接口、外围设备和安全可靠的控制方案等，另外还要考虑出故障时的预防措施和备用设备方案的选择。2、操作性要好一个单片机控制系统要操作方便、维修简单。控制系统用户见面要好，使用容易掌握，即使是不懂计算机的人员也能操作。系统中尽可能采用标准的功能模块式结构，便于故障时迅速更换。3、实时性要强单片机控制系统在对内部事件和外部事件上

8、要及时响应、及时处理。针对随机事件，系统设置中断，合理分配中断级别，确保及时处理紧急故障。4、通用性要好一是硬件设计采用标准总线结构，配置通用的功能模板，方便扩充功能和方便系统维修；二是软件设计采用标准模块结构，按系统要求选择各种功能模块，灵活地进行系统软件组态。5、经济效益和性能价格比要高系统在设计时要注意性能价格比，在满足设计要求的情况下，尽可能采用价廉的元器件，使开发的系统具有市场竞争力。10.2单片机应用系统工程设计的步骤和方法10.2.1单片机应用系统工程设计的步骤第一步