第9章--单片机应用系统的开发设计.ppt

,*,基于,C,语言的单片机原理及应用电子课件,第9章 单片机应用系统的开发设计,吴政江制作,贵州电子信息职业技术学院,贵州省人才培养优秀单位,9.1 单片机应用系统开发的一般方法,9.2 单片机应用系统的开发工具,9.3 单片机应用系统举例,实训十：单片机控制球赛计分牌设计,小结,习题与思考题,9.1 单片机应用系统开发的一般方法,9.1.1 确定任务,在系统开发前必须明确课题的完成期限，认真进行目标分析，并根据应用场合、工作环境、具体用途，考虑系统的可靠性、通用性、可维护性、先进性，以及成本等，提出合理的、详尽的功能技术指标。,9.1.2 总体设计,总体设计就是根据设计任务、指标要求和给定条件，比较国内外相似课题的现状，设计出符合现场条件的软、硬件方案，并进行方案优化。一般包括以下几个方面。,（1）明确设计任务和技术指标,（2）建立被控对象的数学模型,（3）总体方案的设计,系统构成。,单片机机型的选择。,单片机硬件/软件的功能分配。,器件资源分配。,开发工具选择。,外围器件的选择。,系统工艺设计。,开发研制的周期。,9.1.3 硬件设计,硬件设计就是在总体方案的指导下，对构成单片机系统的所有功能部分进行详细具体的电路设计。首先要设计出各部分硬件电路原理图，然后在面包板上搭出电路进行具体实验(一些简单、成熟的方案可不用单独实验)。,解决抗干扰问题，提高系统可靠性的常用措施有以下几个方面。,（1）在硬件设计和加工时应注意选用质量好的电子元件、连接器等，并进行严格的测试和筛选。,（2）电路设计时要注意电平匹配。,（3）设计时要充分考虑阻抗匹配，各部分间驱动能力要留有余地。,（4）在设计印刷电路板时，强、弱电要严格分开，数字地和模拟地也要分开，分别与电源端地线相连。并且接地线要尽量加粗，在印刷电路板的关键部位应加去耦电容。,（5）对供电电源要采取抗干扰措施。,（6）对输入/输出通道采取抗干扰措施。,9.1.4 软件设计,软件设计就是在总体设计和硬件设计的基础上，对单片机系统的应用程序进行具体设计。它包括程序的总体结构，程序流程图，具体程序的编制以及程序的检查修改等。,（1）程序的结构设计,（2）建立数学模型。描述出各输入变量和输出变量之间的数学关系。,（3）绘制程序流程图,（4）程序的编制,（5）程序的检查与修改,（6）软件抗干扰技术,抑制叠加在模拟输入信号上的干扰噪声的影响，如数字滤波技术、输出口重新刷新技术等。,防止由于干扰使程序运行发生混乱，导致程序跑飞或陷入死循环时能将其纳入正轨的措施，如软件指令冗余技术、软件陷阱技术、看门狗技术等。,9.1.5 系统的仿真调试与运行,1、系统调试的重要意义。,2、硬件调试。,3、软件调试。一般包括分块调试和联机调试两个阶段。,4、试运行。,5、程序固化及现场检验。,9.2 单片机应用系统的开发工具,9.2.1 单片机开发系统的组成结构,如图9-1所示，它是由一台系统主机、一台在线仿真器和一台通用编程器构成。其中最基本的、必不可少的工具是系统主机和编程器。如果使用EPROM作为程序存储器，还需要台紫外线擦除器。,图9-1 单片机开发系统组成结构,开发系统,主机,在线仿真器,通用编程器,9.2.2 单片机开发系统的功能,（1）在线仿真功能,单片机仿真功能。,模拟功能。,（2）调试功能,运行控制功能。,对目标系统状态的读出修改功能。,跟踪功能。,（3）软件辅助设计功能,程序设计语言。,其它软件功能。,（4）程序固化功能,9.2.3 单片机开发系统的类型,（1）通用型单片机开发系统。,MICE-5l单片机开发系统。,DICE-5208K开发型单片机综合实验仪。,EB-XA。,MMEVS（Motoro1a Modular Evaluation System）。,东芝公司仿真系统RTE系列可开发各种单片机，其中的RTE Model 10支持实时在线调试TLCS-870系列单片机应用系统。,日立单片机的开发工具有各种仿真器和开发软件，E1000仿真器主要用来仿真H8300和H8300L系列8位单片机。,（2）实用型开发系统。,（3）通用机开发系统。,（4）模拟开发系统。,9.3.1 信号发生器设计,（1）任务要求,由单片控制输出矩形波、锯齿波、三角波、正弦波等四种波形的信号发生器。,（2）任务分析及电路设计,信号发生器主要由单片机和D/A转换器组成，单片机输出离散数字信号，经D/A转换产生多种模拟信号波形。由此可知，适当的D/A转换器，再配上核心控制器单片机即可实现上述任务。这里采用D/A转换器DAC0832做输出信号数/模转换，单片机做数据处理。AT89C51与DAC0832之间既可以采用总线方式连接，也可以采用非总线方式连接。这里采用非总线方式连接，电路原理如图9-2所示。,（3）程序代码：见教材。,9.3 单片机应用系统举例,图9-2 简易信号发生器电路,（4）程序说明,math.h为数学函数头文件，keil c51自带此头文件。它包括常用数学函数如正弦函数sin（）、余弦函数cos（）、正切函数tan（）、绝对值函数abs（）等。,cs=0；P0=127*sin（PI*i/50）+128；cs=1；其含义是每周期100个点，PI*i/50值为02弧度。执行一次for循环输出100个点，正好为一个正弦周期。,程序输出正弦波形如图9-3所示。,图9-3 正弦波,仿真图,（5）系统调试,先用keil c51编译软件调试上述c51源程序。,用Proteus单片机仿真软件绘制图9-2所示电路原理图，并将第步生成的十六进制目标文件加载到AT89C51单片机中。然后启动仿真运行按钮，分别按下波形选择按键k1、k2、k3与k4，看虚拟示波器所显示波形是否正确。缓慢调节电位器RW，看所显示波形的幅度是否发生变化。,购买元器件，按图9-2制作实际电路。并仔细检查电路组装正确与否。在保证电路组装正确情况下，用编程器将第步生成的十六进制目标文件烧录入AT89C51单片机中。将实际示波器接在电位器RW端，通电。按下k1k4中的某个按键并调节示波器的有关旋钮，看所显示的波形是否正确。缓慢调节电位器RW，看所显示波形的幅度是否发生变化。,9.3.2 抢答器系统设计,（1）任务要求,抢答路数为8路。按复位键后恢复初始状态：台位显示F，倒计时显示FF，状态指示灯灭。当主持人按下开始抢答键后，开始指示灯亮，两位倒计时数码管从20开始倒计时显示，有人抢答时数码管显示抢答台位号，同时抢答有效指示灯亮，发声器响0.5s。若主持人未按下开始抢答键而有人抢答时，犯规指示灯亮，发声器响0.5s。若倒计时20s秒无人抢答，发声器响0.5s后恢复初始显示FF，当主持人再次按下开始抢答键时，抢答和倒计时重新开始。进行下一轮抢答时必须先按一下复位按键。,（2）任务分析及电路设计,任务分析。,电路设计。,（3）程序代码:见教材。,图9-4 先中断后识别抢答器电路图,（4）系统调试,先用keil c51编译软件调试上述c51源程序。,用Proteus单片机仿真软件绘制图9-4所示电路原理图，并将第步生成的十六进制目标文件加载到AT89C51单片机中。然后启动仿真运行按钮。查看：（a）开始抢答键按下，在20秒内有人抢答时，显示是否正确；（b）复位后抢答器显示是否正确；（c）开始抢答键按下，在20秒内无人抢答时，显示是否正确；（d）开始抢答键未按下，有人抢答时，显示是否正确。,购买元器件，按图9-4制作实际电路。并仔细检查电路组装正确与否。在保证电路组装正确情况下，用编程器将第步生成的十六进制目标文件烧录入AT89C51单片机中。打开电源。查看：（a）开始抢答键按下，在20秒内有人抢答时，显示是否正确；（b）复位后抢答器是否正确；（c）开始抢答键按下，在20秒内无人抢答时，显示是否正确；（d）开始抢答键未按下，有人抢答时，显示是否正确。,1实训目的,通过本次实训，（1）掌握单片机应用系统的基本开发过程；（2）初步掌握单片机应用系统的硬件抗干扰方法；（3）初步掌握单片机应用系统的软件抗干扰方法；（4）能独立编写C51源程序。,2知识要点,（1）球赛计分牌电路分析,球赛计分牌功能模块分析,硬件电路分析,实训十：单片机控制球赛计分牌设计,图9-5 球赛计分牌电路,（2）球赛计分牌程序规划,主程序：完成程序初始化、按键识别及子程序管理等。,显示子程序：完成BCD码转换、动态数码管显示。,加1（减1）子程序：完成比赛得分数加1（减1）。每按一次按键执行一次加（减）1子程序，实时更新比赛双方得分存储单元，作为显示子程序入口参数使用。,1ms延时子程序：完成1ms延时，供显示子程序调用。,3实训器材,（1）DICE-5208K开发型单片机综合实验仪1套。,（2）PC机1台。,（3）DICE-3000仿真器1台。,（4）带插针的导线若干。,图9-6 计分牌程序流程图,A方得分加1,B方得分加1,B方得分减1,A方得分减1,初始化,调用显示子程序,A加键按下,A减键按下,B加键按下,B减键按下,去抖,去抖,去抖,去抖,按键松开？,按键松开？,按键松开？,按键松开？,Y,Y,Y,Y,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,N,N,N,N,4实训内容及步骤,（1）启动ISIS7 professional软件，并用其绘制本实训图9-5所示电路原理图。,（2）启动Keil C51 uvision4软件。建立工程，输入上述C语言参考源程序并编译调试生成二进制的目标文件。,（3）将第（2）步生成的二进制目标文件加载到第（1）步所绘图9-5所示电路原理图的AT89C51单片机中，然后仿真运行。按下SW1SW4中的任一按键，观察相应的数码管显示是否变化，其变化是否符合要求。,（4）在Keil C51 uvision4软件中重新建立工程，输入上述汇编语言参考源程序并编译调试生成二进制的目标文件。,（5）将第（4）步生成的二进制目标文件加载到第（1）步所绘图9-5所示电路原理图的AT89C51单片机中，然后仿真运行。按下SW1SW4中的任一按键，观察相应的数码管显示是否变化，其变化是否符合要求。,（6）按硬件电路焊好电路板，将参考程序写入MCS-51单片机，通电。按下SW1SW4中的任一按键，观察相应的数码管显示是否变化，其变化是否符合要求。调试完成后，将产品投入实际的球类比赛（如篮球比赛）中使用，看是否能适应实际的现场比赛。,5思考题,（1）简述单片机应用系统的开发流程。,（2）本实训实际制作时有哪些注意事项？,（3）试比较C语言编程与汇编语言编程。,小 结,本模块主要介绍单片机系统的开发与应用。首先介绍了单片机系统开发设计的步骤，包括总体设计、硬件设计、软件设计以及系统的仿真调试与运行。再次介绍了单片机应用系统的开发工具，包括开发系统的结构、功能与类型三个内容。最后，较为详细地介绍了两个应用系统实例。一个是信号发生器的设计，另一个是抢答器系统设计。,习题与思考题,一、填空题,1单片机应用系统的开发一般包括_、_、_、_、_、_、_等七个阶段。,2单片机应用系统开发设计的具体内容一般分为_和_两大部分。,3单片机系统调试包括_和_两大步骤，而且两者是密不可分的。,4典型单片机开发系统的组成结构通常由_、_和_等三个部分构成。,5通用编程器的作用是_。,6常用的程序设计方法有两种，分别是_设计和_设计。,二、选择题,1在以下程序设计语言中，属于低级语言的是（）。,A汇编语言 BC51语言 CPL/M51语言 DMBASIC-5l语言,2计算机CPU唯一能直接执行的程序是（）。,A汇编语言源程序 BC51语言源程序,C机器语言目标程序 DBASIC语言源程序,3以下哪一项不是单片机开发系统的功能？答：（）。,A单片机仿真功能 B程序调试功能,C程序固化功能 D电路设计功能,4EB-XA是专用于哪个公司的XA系列单片机的仿真板？答：（）。,A美国MOTOROLA公司 B荷兰PHILIPS公司,C日本日立公司 D日本东芝公司,5属于硬件抗干扰设计的是哪一项？答：（）。,A阻抗匹配技术 B数字滤波技术,C输出口重新刷新技术 D看门狗技术,6TTL电平中“1”电平的值为（）。,A00.05V B4.955V,C00.4V D2.45V,三、综合题,1在单片机系统设计中，硬件和软件的设计一般包括哪些内容？,2在硬件设计中如何提高系统的可靠性？,3单片机开发系统都有哪些功能？,4设计一个调光灯系统。要求通过按键或环境光线亮度的检测来实现灯光的亮暗控制；首先，读取调光开关信号或环境光线的亮度信号并输入到单片机；其次，单片机进行数据处理并显示出当前亮度；最后，单片机根据事先设定的值来输出控制信号，经控制电路来控制灯光的亮度。,5设计一台智能温度测量仪。要求通过温度传感器来实现对环境温度的采集，并将所采集到的数据传入单片机。经单片机数据处理后输出到12864液晶显示屏显示。要求液晶显示屏分四行显示。第一行显示“环境状态监测”；第二行显示“温度：XXX”；第三行显示“光度：XXX”；第三行显示“湿度：XXX”。,