第15章 mcs-51单片机应用系统的设计、开发与调试课件

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1、第15章MCS-51单片机应用系统的设计、开发与调试15.1MCS-51单片机应用系统的设计的步骤设计一个单片机测控系统，一般可分为四个步骤：（1）需求分析，方案论证和总体设计阶段需求分析:被测控参数的形式（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、工作环境、显示、报警、打印要求等。方案论证:根据要求，设计出符合现场条件的软硬件方案，又要使系统简单、经济、可靠，这是进行方案论证与总体设计一贯坚持的原则。（2）器件选择，电路设计制作，数据处理，软件的编制阶段。（3）系统调试与性能测定。（4）文件编制15.2应用系统的硬件设计(1)单片机系统的扩展部分设计包括存储器

2、扩展和I/O接口扩展。存储器的扩展指EPROM、EEPROM和RAM的扩展，I/O接口扩展是指8255、8155、8279以及其它I/O功能器件的扩展。它们都属于单片机系统扩展的内容。前面已作介绍。(2)各功能模块的设计如信号测量功能模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通讯功能模块等，根据系统功能要求配置相应的A/D、D/A、键盘、显示器、打印机等外围设备。1．尽可能采用功能强的芯片(1)单片机可考虑优先选用片内带有闪烁存储器的产品。例如ATMEL公司的89C51/89C52/89C55。使用此类芯片，可使单片机扩展程序存储器的工作省去，从而减少芯片的数目，缩小体积。(2)EPROM空

3、间和RAM空间。目前EPROM容量越来越大，一般尽量选用容量大的EPROM。(3)I/O端口。(4)A/D和D/A通道。2．以软代硬。3．工艺设计。15.3应用系统的软件设计（1）根据软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分。（2）各功能程序实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植、修改。（3）在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。这不仅是程序设计的一个重要组成部分，而且是决定成败的关键部分。（4）要合理分配系统资源，包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等。其中最关键的是片内RAM分配。对8031来讲，片内RAM指00H～7FH单元，这128个字节的功能不完全相同，

4、分配时应充分发挥其特长，做到物尽其用。15.4MCS-51单片机系统举例介绍一些基本的单片机应用系统，供设计时参考。15.4.18031的最小系统8031无片内程序存储器，因此，其最小应用系统必须在片外扩展EPROM，必须有复位及时钟电路。图15-1为8031外扩程序存储器的最小应用系统。该系统仅完成数字量的输入和输出控制。15.4.289C51的最小系统15.4.3以单片机为核心的数据采集系统一、数据采集系统的组成数据采集系统一般由信号调理电路、多路切换电路、采样保持电路、A/D、CPU、RAM、EPROM组成。其原理框图如图15-3所示。1.信号调理电路是传感器与A/D之间的桥梁，是测控

5、系统中重要组成部分。主要功能：（1）目前标准化工业仪表通常采用0～10mA，4～20mA信号，为了和A/D的输入形式相适应，经I/V转换器变换成电压信号。（2）某些测量信号可能是非电量，这些非电压量信号必须变为电压信号，还有些信号即使是电压信号，也必须经过放大、滤波，这些处理包括信号形式的变换、量程调整、环境补偿、线性化等。（3）某些恶劣条件下，共模电压干扰很强，如共模电平高达220V，不采用隔离的办法无法完成数据采集任务，因此，必须根据现场环境，考虑共模干扰的抑制，甚至采用隔离措施，包括地线隔离、路间隔离等等。综上所述，非电量的转换、信号形式的变换、放大、滤波、共模抑制及隔离等等，都是信号

6、调理的主要功能。信号调理电路包括电桥、放大、滤波、隔离等电路。根据不同的调理对象，采用不同的电路。电桥电路的典型应用之一就是热阻测温。信号放大电路通常由运放承担，运放的选择主要考虑精度要求（失调及失调温漂），速度要求（带宽、上升率），幅度要求（工作电压范围及增益）及共模抑制要求。滤波和限幅电路通常采用二极管、稳压管、电容等器件。用二极管和稳压管的限幅方法会产生一定的非线性且灵敏度下降，这可以通过后级增益调整和非线性校正补偿。2.多路切换电路3.采样保持电路（S/H）4.模-数转换（ADC）二、数据采集系统设计中的地址空间分配与总线驱动有时要扩多片存储器芯片，要解决两个问题：(1)如何把两个6

7、4K存储器空间分配给各个芯片;(2)如何解决对多片芯片的驱动问题。1.地址空间的分配图15-4是一个全地址译码的系统实例。各器件芯片所对应的地址如表15-1所示。器件地址线(A15-A0)片内地址单元数地址编码6264000×××××××××××××8K0000H-1FFFH8255(1)00111111111111××43FFCH-3FFFH8155RAM01011110××××××××2565E00H-5