第11章 单片机的测控接口

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1、第11章单片机应用系统的开发与设计2021/10/221内容单片机应用系统的开发过程11.1LED点阵显示屏设计11.2使用DS18B20温度传感器设计的温控系统11.3步进电动机控制系统设计11.42021/10/22211.1单片机应用系统的开发过程11.1.1总体设计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、在线仿真调试、程序固化等几个阶段。1．确定技术指标在开始设计前，必须明确应用系统的功能和技术要求，综合考虑系统的先进性、可靠性、可维护性、成本及经济效益等。再参考国内外同类产品的资料，提出合理可行的技术指标，以达到最高的性能/价格比。2021/10/2232．机型选择

2、机型选择可根据市场情况，挑选成熟、稳定、货源充足的机型产品。同时还应根据应用系统的要求，考虑所选的单片机应具有较高的性能价格比。另一方面为提高经济效率，缩短研制周期，最好选用最熟悉的机种和器件，采用性能优良的单片机开发工具也能加快系统的研制过程。3．器件选择应用系统除单片机以外，通常还有传感器、模拟电路、输入/输出电路等器件和设备。这些部件的选择应符合系统的精度、速度和可靠性等方面的要求。4．软、硬件功能划分系统硬件和软件的设计是紧密联系在一起的，在某些场合硬件和软件具有一定的互换性。为了降低成本、简化硬件结构，某些可由软件来完成的工作尽量采用软件：若为了提高工作速度、精度、减少软件研制的工作

3、量、提高可靠性也可采用硬件来完成。总之硬、软件两者是相辅相成的，可根据实际应用情况来合理选择。2021/10/224硬件设计的主要任务是根据总体设计要求，以及在所选机型的基础上，确定系统扩展所要用的存储器、I／O电路、A／D及有关外围电路等，然后设计出系统的电路原理图。在硬件设计的各个环节所进行的工作为：1．程序存储器的设计：外部扩展的程序存储器种类主要有EPROM、EEPROM和FlashEEPROM。目前大多数单片机生产厂家都提供大容量FlashEEPROM型号的单片机，其存储单元数量都达到了64KB，能满足绝大多数用户的需要，且价格与片内无ROM的单片机不相上下，因此用户在大多数情况下没

4、有必要再扩展外部程序存储器。2．数据存储器设计：对于数据存储器的容量要求，各个系统之间差别比较大。若要求的容量不大可以选用多功能的RAM、I／O扩展芯片，如8155等。若要求较大容量的RAM，原则上应选用容量较大的芯片，以减少RAM芯片数量而简化硬件线路。11.1.2硬件设计输入／输出接口设计:在选择I／O接口电路时应从体积、价格、功能、负载等几个方面来考虑。标准的可编程接口电路8255A、8155接口简单、使用方便、功能强、对总线负载小、因而应用很广泛。但对于有些要求口线很少的应用系统，则可采用TTL电路，这样可提高口线的利用率，且驱动能力较大。对于A／D、D／A电路芯片的选择原则应根据系统

5、对它的速度、精度和价格的要求而确定。除此之外还应考虑和系统中的传感器、放大器相匹配问题。2021/10/2253．地址译码电路的设计：80C5l系统有充足的存储器空间，包括64KB程序存储器和64KB数据存储器，在应用系统中一般不需要这么大的容量。为了简化硬件线路，同时还要使所用到的存储器空间地址连续，通常采用译码法和线选法相结合的办法进行设计。4．总线驱动器的设计：80C51系列单片机扩展功能比较强，但扩展总线负载能力有限。若所扩展的电路负载超过总线负载能力时，系统便不能可靠地工作。此情况下必须在总线上加驱动器。总线驱动器不仅能提高位口总线的驱动能力，而且可提高系统抗干扰性。常用的总线驱动器

6、为单向8路三态缓冲器74LS244、双向8路三态缓冲器74LS245等。5．其它外围电路的设计：单片机主要用于实时控制，应用系统具有一般计算机控制系统的典型特征，系统硬件设计包括与测量、控制有关的外围电路。例如键盘、显示器、打印机、开关量输入／输出设备、模拟量／数字量的转换设备、采样、放大等外围电路。2021/10/2266．可靠性设计：单片机应用系统的可靠性是一项最重要最基本的技术指标，这是硬件设计时必须考虑的一个指标。可靠性是指在规定的条件下，规定的时间内完成规定功能的能力。规定的条件包括环境条件(如温度、湿度、振动等)、供电条件等；规定的时间一般指平均无故障时间、连续正常运转时间等；规定

7、的功能随单片机的应用系统不同而不同。单片机应用系统在实际工作中，可能会受到各种外部和内部的干扰，使系统工作产生错误或故障，为了减少这种错误和故障，就要采取各种提高可靠性的措施。常用的措施有：(1)提高元器件的可靠性：在系统硬件设计和加工时应注意选用质量好的电子元器件、接插件，要进行严格的测试、筛选和老化，同时设计的技术参数应留有余量。(2)提高印刷电路板和组装的质量，设计电路板时布线及接地方法要符