单片机教学课件 单片机应用系统设计与开发.ppt

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1、第8章单片机应用系统设计与开发【学习目标】掌握单片机应用系统设计与开发的方法、步骤、技巧了解单片机仿真系统的种类、功能掌握设计单片机应用系统的基本思路灵活掌握常用外围电路以及传感器的设计和使用技术掌握单片机应用系统软、硬件的设计、调试方法了解单片机应用系统抗干扰的方法、措施【引例】在工业自动化控制及生产、生活过程中，我们为了测量物体或环境温度，可以应用单片机技术和新型半导体感温元件热敏电阻制成数字式热敏电阻温度计。还有在工业过程控制及某些仪器设备中，常常要用到步进电机。其精度高，且具有快速起/停能力，可对位移量、旋转角度和转动速度等进行高精度控制。例如：在仪器仪表、机床设备以及计算

2、机的外围设备（如打印机和绘图仪等）中，常有对可控制精度的回转源的需要，在这种情况下使用步进电机最为理想。再有就是繁华街道两旁或广场周围的各种各样霓虹灯闪烁控制，变幻出五颜六色、形状各异的造型。另外还有电子时钟、广场上的音乐喷泉等等。这些都是单片机应用系统设计、开发实例。在这些应用系统中是如何完成系统硬件设计和软件设计的呢？硬件设计包括哪些方面？软件设计包括哪些方面？应用系统设计、开发的一般步骤、方法、原则有哪些？这些都是在单片机应用系统设计、开发过程中要面临的，也是本章内容所要解决的问题。在本章中通过对数字式热敏电阻温度计、步进电机控制和电子时钟设计这三个单片机应用系统开发实例来具

3、体说明单片机设计、开发的相关内容。【正文】目前，MCS－51系列单片机以其独特的优越性，在智能仪表、工业测控、数据采集、计算机通信等各个领域得到了极为广泛的应用。可以说，单片机的应用已经渗透到人类生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每一个人的工作、生活都密切相关。由于单片机的应用领域广泛，且技术要求各不相同，因此，应用系统的硬件与软件设计均不同，但它们的总体设计方法和研制步骤却基本相同。本章针对大多数应用场合，简要介绍单片机应用系统的一般开发、设计方法及其开发工具。8.1单片机应用系统的设计过程所谓应用系统，就是利用单片机为某应用目的所设计的专门的单片机系统（在调试过程中通常称作

4、“目标系统”）。与一般的计算机系统一样，单片机的应用系统也是由硬件和软件两部分构成。硬件部分指单片机、扩展的存储器、外围器件及输入/输出设备等硬件设备组成的系统；软件部分是指各种工作程序的总称。硬件和软件只有密切配合，协调一致，才能构成高性能的单片机应用系统。在系统的研制过程中，软、硬件的功能总是在不断地调整，以相互适应，相互配合，达到最佳性价比。硬件设计和软件设计不能截然分开，硬件设计时应考虑软件设计方法，而软件设计时应了解硬件的工作原理，在整个设计过程中相互协调，以利于提高工作效率。单片机应用系统的设计过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试、产品化等几个阶段，但它们不是

5、绝对分开的，有时是交叉进行的。图8.1描述了单片机应用系统设计的一般过程。单片机应用系统设计主要包括以下几方面内容。1．应用系统总体方案设计。包括系统的要求，应用方案的选择，以及工艺参数的测量范围等。2．选择各参数检测元件及变送器。3．建立数学模型及确定控制算法。4．选择单片机，并决定是自行设计还是购买成套设备。5．系统硬件设计，包括接口电路、逻辑电路及操作面板。6．系统软件设计，包括管理、监控程序以及应用程序的设计。7．系统的调试与实验。图8.1单片机应用系统设计的一般过程8.1.1总体设计确定单片机应用系统总体方案，是进行系统设计最重要、最关键的一步，总体方案的好坏，直接影响整

6、个应用系统的投资、调节品质及实施细则。1．确定功能技术指标如同任何新产品的设计一样，单片机应用系统的设计是从确定目标任务开始的。在着手进行系统设计之前，必须根据系统的应用场合、工作环境、具体用途提出合理的、详尽的功能技术指标，这是系统设计的依据和出发点，也是决定产品前途的关键。所以必须认真做好这个工作。不管是老产品的改造还是新产品的设计，应对产品的可靠性、通用性、可维护性、先进性及成本等进行综合的考虑，参考国内外同类产品的有关资料，使确定的技术指标合理而且符合有关标准。2．机型选择选择单片机机型的出发点有以下几个方面。（1）市场货源系统设计者只能在市场上能提供的单片机中选择，特别是

7、作为产品生产的应用系统，所选机型必须有稳定、充足的货源。（2）单片机性能应根据系统的要求和各种单片机的性能，选择最容易实现产品技术指标的机型，而且能达到较高的性能价格比。单片机的性能包括片内的资源、扩展能力、运算速度、可靠性等几个方面。（3）研制周期在设计任务重、时间紧的情况下，还需要考虑对所选择的机型是否熟悉，是否能马上着手进行系统的设计。与研制周期有关的另一个重要因素是单片机的开发工具，性能优良的开发工具，能加快系统设计的速度，考虑能否得到性能价格比很高的开发工具