实际应用系统设计实例

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1、第15章实际应用系统设计实例目录应用系统概要1硬件设计2软件设计3本章以除尘间自动控制系统为例，讲述小型嵌入式系统的需求分析、硬件设计及软件设计过程，综合运用了前面讲到的基本模块，最后讲述了有关MCU配置模块的使用方法。在本章的学习过程中，读者需要仔细体会基于软硬件结合的嵌入式系统的设计过程、设计方法及应注意的事项等。15.1应用系统概要15.1.1应用系统概要首先分析一个除尘间自动控制系统的基本功能。除尘间主要用于对要进入生产车间的人或物体进行除尘，以保持生产车间的洁净要求，在所有IC生产车间进口处均有除尘间。其流程大致如下

2、：当除尘间的前门处于关闭状态，且除尘间的红外探头探测到有人进入时，系统开启除尘风扇，数码管显示除尘时间(倒计时)，时间到达后，关闭除尘机构。15.1应用系统概要电源键人进入工作间除尘间应急键前门指示灯红外传感器前门后门风机加热管照明灯应急键后门指示灯前门锁后门锁控制面板布局见图15.2图15-1除尘间自动控制系统布局图图15-1和图15-2展示了该除尘系统的总体布局，比较清晰的模拟了除尘间的现场概貌。15.1应用系统概要电源键风机键照明键指示灯指示灯指示灯减少键加热键增加键指示灯图15-2除尘间内部控制面板布局图15.1应用系

3、统概要15.1.2应用系统需求分析本系统可以设定能够自动启动的工作时间段，例如可以设定上午的8点到下午的6点这段时间内系统是自动启动的。而在该段时间以外，则是利用按键来手动启动除尘功能。自动启动的流程较为复杂并繁琐，必须列举所有可能发生的情况，一旦考虑不周，投入运行的系统就有可能面临崩溃的危险。15.1应用系统概要15.1.3应用系统设计分析在进行具体的硬件设计之前，首先必须弄清楚整个系统的输入输出路数，只有保证这一步骤的正确性才能尽量避免设计硬件电路出现的错误。通过分析除尘间自动控制系统的实际应用状况，图15-3给出了系统的

4、输入输出分析。15.1应用系统概要MCU前后门的反馈信号2时钟芯片2红外传感器12V按键信号(7)3*3三段数码管指示灯3加热管DA(PWM)直控电源语音模块继电器风机光电隔离继电器照明灯光电隔离继电器前后门锁2光电隔离图15-3除尘间自动控制系统框图15.2硬件设计15.2.1芯片选型嵌入式处理器的选择应遵循以下几个参数：（1）处理器类型（2）片上集成的存储器情况（3）片上集成的I/O接口种类和数量（4）工作温度（5）操作系统的支持、开发工具的支持等（6）功耗特性除了需要遵循以上参数外，还需主要的是不要把所有的I/O口用满，

5、应适当预留几个输入和输出口，以便扩展需要。通过分析本系统的输入量和输出量，计算得出所需I/O口的个数：大约29个，因此决定采用42引脚的MC908GP32(以下简称GP32)。15.2硬件设计15.2.2设计框图图15-4除尘间控制器硬件设计框图15.2硬件设计15.2.3MCU引脚汇总列表这一部分就主控芯片GP32的I/O口分配情况和各个硬件模块的设计进行简要的概述。在这一板中采用的42Pin的GP32的通用I/O口有PTA0～PTA7、PTB0～PTB7、PTC0～PTC3、PTD0，PTD2～PTD7、PTE0～PTE1

6、，一共29个。15.2硬件设计15.2.3MCU引脚汇总列表15.2硬件设计15.2.3MCU引脚汇总列表15.2硬件设计15.2.4各模块硬件分析与设计1．时钟模块时钟模块所采用的时钟芯片PCF8563，它是一种低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检检测器，所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。15.2硬件设计OSCI（1脚）：振荡器输入OSCO（2脚）：振荡器输出；INT（3脚）：中断输出(

7、开漏；低电平有效)；VSS（4脚）：接地；SDA（5脚）：串行数据I/O；SCL（6脚）：串行时钟输入；CLKOUT（7脚）：时钟输出(开漏)；VDD（8脚）：正电源。时钟模块在本系统的接法见15-618273645OSCIOSCOINTVSSVDDCLKOUTSCLSDA图15-5PCF8563的管脚图图15-6时钟芯片PCF8563的外部电路15.2硬件设计2．键盘数据录入模块该模块实现按键的定位以及数据的输入。由于本系统需要7个按键，因此这里使用3×3的键盘，所用的I/O口为PTA0~PTA2和PTD4~PTD6。其中P

8、TA0~PTA2与键盘的列线相连，作为中断输入脚；其中PTD4~PTD6与键盘的行线相连，编程时将PTA4~PTA6定义为输出。键盘模块在本系统的接法见15-715.2硬件设计注意：KB.Col1、KB.Col2、KB.Col3具有内部上拉。图15-7键盘模块电路15.2硬件