第9章 综合设计实例

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1、本章学习目标：本章介绍了单片机的选型及应用系统的设计过程。通过一个综合实例，完整地介绍了89C51与外围电路的硬件接口及软件设计。通过对本章的学习，读者应达到以下目标：能熟悉单片机系统设计的基本要求及研发过程学会正确选择单片机的型号能看懂设计实例，并尝试对具体课题进行总体设计第9章综合设计实例9.1单片机应用系统设计过程9.1.1单片机系统设计的基本要求1．可靠性要高●应选用可靠性高的元器件，以防止器件的损坏影响系统的可靠运行；●选用典型电路，排除电路的不稳定因素；●采用必要的冗余设计或增加系统的故障自

2、检测和自处理功能；●采取必要的抗干扰措施，以防止环境干扰。2．操作维修要方便●系统结构要规范化、模块化；●系统的控制开关不能太多，不能太复杂；●操作顺序简单明了，操作功能简明直观；●易于查找故障和排除故障。3．性能价格比要高优化系统设计，简化外围硬件电路，或采用硬件软化技术提高系统的性能价格比。4．具有自我保护意识应考虑软件具有加密功能，使固化到单片机内的用户程序不能被非法读出或复制。9.1.2单片机应用系统的组成任何单片机应用系统都由硬件和软件两大部分组成。1．硬件组成硬件由单片机、存储器、若干I/O

3、接口及外围设备等组成，如图9—1所示。图9—1单片机系统硬件组成示意图（1）单片机是整个系统的核心部件，能运行程序和处理数据。（2）存储器用于存储单片机程序（程序存储器）及数据（数据存储器）。（3）I/O接口是单片机与外部被控对象的信息交换通道。包括以下几部分：数字量（频率、脉冲等）I/O接口开关量（继电器开关、无触点开关、电磁阀等）I/O接口模拟量I/O接口（A/D或D/A转换电路）（4）通用外部设备是进行人—机对话的联系纽带。包括以下几部分：●键盘用于输入数据及修改系统参数等。●显示器用于显示控制系

4、统工作状态及各种被测参数。●打印机用于打印各种待分析及处理的数据或图表。（5）检测与执行机构检测单元用于将各种被测参数转变成电量信号，供计算机处理。一般采用传感器实现。执行机构用于驱动外部被控对象，一般有电动、气动和液压等驱动方式。2．软件组成软件主要由应用软件和开发软件两大类构成。（1）应用软件是由软件设计者提供的、针对不同单片机控制系统功能所编写的软件，专门用于对整个单片机系统的管理和控制。（2）开发软件是指在开发、调试控制系统时使用的软件，如汇编程序、编译程序、调试和仿真程序、固化程序等。9.1.

5、3应用系统的研制开发过程1．确定总体设计方案开始用户需求分析及方案调研确定功能指标选机型，划分软硬件系统扩展方案设计外围电路、接口电路方案设计系统硬件电路设计硬件电路检查按功能确定软件模块软件结构设计模块化软件编制汇编硬件系统诊断测试软件硬件合格？模块化软件调试模块化软件合格？软件修改所有模块化软件均调试完？NYYNNY接开发装置所有模块化软件链接运行调试程序合格？软件修改程序固化到EPROM脱机运行完成设计NY(1)用户需求分析与方案调研目的：通过对市场及用户的了解明确应用系统的设计目标及技术指标。内

6、容主要：①对国内外同类系统的状态分析；②明确被控、被测参数的形式（电量，非电量，模拟量，数字量等）、被测控参数的范围、性能指标、系统功能、显示、报警及打印要求；③确定课题的软、硬件技术难度及主攻方向等。（2）可行性分析目的：对系统开发研制的必要性及可行性做出明确的判断并决定开发工作是否继续。（3）系统方案设计目的：为整个系统设计建立一个逻辑模型。主要内容：●进行必要的理论分析和计算，确定合理的控制算法；●选择机型；●划分系统软、硬件的功能，合理搭配软、硬件比重；●确定系统的硬件配置，包括系统的扩展方案、

7、外围电路的配置及接口电路方案的确定，并画出各部分的功能框图；●确定系统软件功能模块的划分及各功能模块的程序实现方法，并画出流程图；●估计系统的软、硬件资源并进行存储空间的分配。2．系统的详细设计与制作包括硬件设计与软件设计两大部分。（1）硬件设计①任务：根据总体设计要求，设计系统的硬件电路原理图，并初步设计印制电路板等。②主要内容：单片机系统扩展（如存储器扩展、I/O接口扩展、中断系统扩展等）；系统配置（如键盘、显示器、打印机、A/D或D/A转换等）③单片机系统扩展及配置应遵循的原则：●尽量选用典型通用

8、的电路；●系统扩展及配置应留有余地，以便于今后的系统扩充；●硬件结构应结合软件考虑，尽可能用软件代替硬件，简化硬件结构；●应选用性能匹配且功耗低的器件；●适当考虑CPU的总线驱动能力；●注意可靠性及抗干扰设计。（2）软件设计软件设计的思想见第3章，软件设计的内容及步骤如图9—3所示。①系统定义定义各输入/输出端口地址及工作方式，分配主程序、中断程序、表格、堆栈等存储空间；②软件结构设计常用的程序设计方法有模块化程序设计（见第3章）、自顶向下