单片机的软硬件系统
单片机课程大纲
单片机课程大纲【最新版】目录1.单片机概述2.课程目标与要求3.课程内容3.1 硬件系统3.2 软件系统3.3 编程语言3.4 实验与实践4.课程安排5.考核方式正文一、单片机概述单片机（Microcontroller Unit, MCU）是一种集成了 CPU、存储器、外设接口等多种功能于一体的微型计算机。
由于其体积小、成本低、功耗低、功能强大等特点，广泛应用于嵌入式系统中，如家电控制、工业自动化、智能家居等领域。
二、课程目标与要求本课程旨在使学生掌握单片机的基本原理、硬件结构、编程方法和应用技巧，培养学生具备单片机系统的分析、设计、开发和应用能力。
课程要求学生具备基本的电路知识和模拟电子技术、数字电子技术基础，能熟练使用 C 语言编程。
三、课程内容3.1 硬件系统介绍单片机的硬件组成，包括 CPU、存储器、定时器/计数器、中断系统、串行通信接口、并行通信接口等。
3.2 软件系统讲解单片机软件系统的设计方法，包括程序设计、模块化设计、结构化设计等，以及软件开发流程和调试方法。
3.3 编程语言学习单片机编程语言，主要采用 C 语言进行编程，学习 C 语言的基本语法、数据类型、运算符、控制结构、函数等，以及单片机 C 语言编程的特点和技巧。
3.4 实验与实践通过实验和实践，使学生掌握单片机的实际应用，包括硬件搭建、程序编写、调试与优化等。
实验项目包括基本输入输出、定时器/计数器应用、中断控制、串行通信等。
四、课程安排本课程分为理论教学和实验教学两部分，理论教学安排在课堂进行，实验教学安排在实验室进行。
五、考核方式课程考核采用期中考试、期末考试和实验报告相结合的方式。
期中考试主要考核学生对课程理论知识的掌握程度；期末考试主要考核学生的综合应用能力；实验报告主要考核学生的实验能力和对实验结果的分析处理能力。
简述单片机系统的开发流程
简述单片机系统的开发流程单片机系统是指由单片机芯片、外围电路和软件程序组成的一种嵌入式系统。
单片机系统的开发流程包括硬件设计、软件开发和系统调试等多个阶段。
1. 硬件设计阶段硬件设计是单片机系统开发的第一步，主要包括电路设计和PCB设计两个部分。
(1) 电路设计：根据系统需求，选择合适的单片机芯片和外围器件，设计电路原理图。
在电路设计过程中，需要考虑功耗、时钟频率、IO口数量、通信接口等因素，并根据需求进行电源供应、时钟电路、外设接口电路等设计。
(2) PCB设计：根据电路原理图，进行PCB的布线设计。
通过布线设计，将电路原理图中的元器件进行合理的布局和连接，以满足信号传输、电源供应等要求。
在PCB设计过程中，需要注意信号完整性、电源稳定性、阻抗匹配等问题。
2. 软件开发阶段软件开发是单片机系统开发的核心部分，主要包括编写程序和调试两个环节。
(1) 编写程序：根据系统需求和硬件设计，选择合适的开发工具和编程语言，编写单片机的软件程序。
在编写程序过程中，需要了解单片机的指令集、寄存器配置、中断处理等相关知识，并根据需求实现系统的各项功能。
(2) 调试：将编写好的软件程序下载到单片机芯片中，通过调试工具进行调试。
调试过程中，可以通过单步执行、断点调试等方式，逐步检查程序的运行情况，发现并解决程序中的错误和问题。
调试完成后，可以对系统的功能进行验证和优化。
3. 系统调试阶段系统调试是单片机系统开发的最后一步，主要包括硬件调试和软件调试两个环节。
(1) 硬件调试：通过仪器设备和测试工具，对硬件电路进行测试和验证。
主要包括电源稳定性、信号传输、外设功能等方面的测试。
在硬件调试过程中，可以使用示波器、逻辑分析仪等工具对信号进行观测和分析，发现并解决硬件电路中的问题。
(2) 软件调试：在硬件调试完成后，对软件程序进行全面的功能测试。
通过输入不同的参数和数据，验证系统的各项功能是否正常运行。
在软件调试过程中，可以使用调试工具和仿真器对程序进行调试和测试，以确保系统的稳定性和可靠性。
毕业论文-基于STM32单片机的最小硬件系统的软硬件设计与实现
基于STM32单片机的最小硬件系统的软硬件设计与实现摘要随着人们生活水平的提高，人们对消费电子的需求也越来越高，智能硬件和移动平台的成熟，也为STM32的发展提供了基础和动力。
系统采用ARM Cortex-M3内核的STM32F103VET6作为微控制器，设计了CH340 USB 下载电路，JLINK下载电路供下载调试代码，结合DS18B20、VS838、红外遥控、蜂鸣器、LED发光管、RS232、RS485以及板载TFT液晶等外围设备，以及对这些外设的编程控制，实现了温度计、上下位机通信、红外遥控器、定时时钟、触摸画板、TFT液晶显示等集成与一板的功能。
关键词：STM32F103VET6，TFT液晶，DS18B20AbstractAlong with living standard enhancement, the people to expend electronic the demand to be also getting higher and higher. Intelligent mobile platform mature, also provide the foundation and driving force for the development of STM32.The system adopts ARM Cortex-M3 as STM32F103VET6’s kernel as the controller to combined with DS18B20, VS838, infrared remote control, buzzer, LED luminou tube,RS232, RS485 and the onboard TFT LCD and other peripheral equipment, as well as peripheral programming control, realized the thermometer, serial communication, infrared remote control,timing clock, drawing board, touch TFT liquid crystal display is integrated with a function.Key words: STM32F103VET6,TFT LCD, DS18B20目录第1章系统概述与硬件电路设计 (1)1.1系统的总体架构 (1)1.2电源模块 (1)1.3微控制器模块 (2)1.4 TFT液晶显示模块 (4)1.5红外遥控模块 (6)1.6 USB供电下载电路 (7)1.7蜂鸣器电路 (8)1.8 RS232电路 (8)第2章系统选型与软件设计 (10)2.1系统元器件选型及参数介绍 (10)2.1.1 系统微控制器选型 (10)2.1.2系统温度传感器选型 (10)2.1.3系统USB转串口芯片选择 (11)2.1.4系统显示器选择 (12)2.2系统软件设计 (14)2.2.1 软件编程环境介绍 (14)2.2.2系统设计总流程 (14)2.2.3 TFT液晶驱动 (15)2.2.4 DS18B20温度传感器驱动 (18)第3章系统PCB设计与制作 (22)3.1 Altium Designer软件介绍 (22)3.2系统原理图与PCB印刷线路板绘制 (22)3.3 PCB的布局与布线 (23)3.4 设计规则检查（DRC） (24)第4章系统的安装与调试 (25)4.1硬件调试 (25)4.2软件调试 (25)4.3 系统实物制作效果图 (25)第5章总结与体会 (27)5.1总结 (27)5.2体会 (27)致谢 (29)附录一程序代码 (30)附录二实物效果图 (36)第1章系统概述与硬件电路设计1.1 系统的总体架构STM32F103VET6的最小硬件系统主要包括了电源电路和微控制电路已经各种外设电路和下载电路组成，其系统框图如图1.1所示。
单片机开发工具介绍
单片机开发工具介绍单片机开发工具是指用于设计和开发嵌入式系统的软件和硬件工具。
它们为工程师提供了一种便捷和高效的方式来进行单片机的编程和调试。
本文将介绍几种常见的单片机开发工具，包括集成开发环境（IDE）、编译器、调试器和仿真器等。
一、集成开发环境（IDE）集成开发环境是用于编写、组织和管理单片机代码的软件工具。
它通常包含代码编辑器、编译器、调试器和其他辅助工具。
常见的单片机开发工具IDE有Keil μVision、IAR Embedded Workbench和Code Composer Studio等。
1. Keil μVisionKeil μVision是一种流行的嵌入式系统开发工具，适用于多种不同的单片机架构。
它提供了直观的图形用户界面，方便工程师编写、调试和测试代码。
Keil μVision还集成了许多功能强大的插件和库文件，方便用户快速开发出高效且可靠的嵌入式系统。
2. IAR Embedded WorkbenchIAR Embedded Workbench是一套全面的单片机开发工具，支持多种不同的单片机芯片。
它具有先进的编译器和调试器，能够提供高效和稳定的单片机开发环境。
IAR Embedded Workbench还具备丰富的代码优化功能，可帮助工程师减少代码大小和提高系统性能。
3. Code Composer StudioCode Composer Studio是德州仪器（Texas Instruments）开发的一款用于MSP430和其他TI单片机的集成开发环境。
它提供了丰富的编译器、调试器和分析工具，帮助工程师快速开发和调试嵌入式系统。
Code Composer Studio还支持多种外围设备和通信接口，方便用户在开发过程中进行扩展和调试。
二、编译器编译器是将源代码转换成可执行文件的工具。
它将工程师编写的高级语言代码转换成特定单片机指令集所能识别的低级机器码。
常见的单片机编译器有Keil C Compiler、IAR C/C++ Compiler和GCC等。
单片机控制系统
汇报人： 2024-01-04
目录
• 单片机控制系统概述 • 单片机硬件系统 • 单片机软件系统 • 单片机控制系统设计与实现 • 单片机控制系统案例分析
01
单片机控制系统概述
单片机的定义与特点
定义
单片机是一种集成电路芯片，内部集 成了计算机的基本电路，包括中央处 理器、存储器、输入输出接口等。
抗干扰设计
采取措施降低系统受到的电磁干扰，提高系 统的稳定性和可靠性。
系统软件设计
程序流程设计
根据需求设计合理的程序流程 ，包括主程序、中断服务程序
、子程序等。
算法设计
为实现系统功能，设计合适的 算法，提高系统的数据处理能 力和控制精度。
数据结构设计
合理规划系统中的数据结构， 便于数据的存储、传输和处理 。
冗余技术
通过重复执行关键代码或数据来提高软件的可靠性。
软件陷阱技术
当程序跑飞时，通过软件陷阱将其引导至复位地址。
数字滤波技术
通过多种算法对采集到的数据进行滤波处理，去除噪声干扰。
04
单片机控制系统设计与实 现
系统需求分析
功能需求
明确系统需要实现的具体功能，如数据采集 、控制输出、通信等。
性能需求
特点
单片机体积小、重量轻、功耗低，可 靠性高，价格便宜，易于开发，广泛 应用于各种控制系统中。
单片机控制系统的应用领域
01
02
03
04
智能家居
用于控制家电设备，实现智能 化管理。
工业自动化
用于控制生产设备，实现自动 化生产。
智能仪表
用于测量和控制各种物理量， 如温度、压力、流量等。
医疗设备
用于控制和监测医疗设备，如 监护仪、呼吸机等。
单片机应用系统设计方法
单片机应用系统设计方法
单片机应用系统设 计过程一般包括需求 分析、可行性分析、 系统体系结构设计、 软/硬件设计、综合调 试等几个步骤。
1.2 可行性分析
可行性分析是从原理、技术、需求、资金、材料、环境、研发/生产条 件等方面分析论证产品开发研制的必要性及可行性，论证产品的经济效 益、社会效益和生态效益，决定产品的开发研制工作是否需要继续进行 下去
在单面板和双面板设计中，电源线和地线尽量粗些，以确保能通过大电流。
1.4 硬件设计
元器件选择原则
在硬件电路成本允许的情况下，尽可能选择集成度高、功能完备的芯片 对于需要大批量生产的产品，一定要选用通用性强、供货渠道充足的元器件 整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配 选择元器件时应遵从以下原则
选择可靠性高的专用器件。这是保护系统安全运行的有效手段。 对输入输出通道进行光电隔离，以防止干扰信号从I/O通道进入系统而导致系
统程序跑飞（死机）。 对于闲置的I/O口或输入引脚，不要悬空，可直接接地或接电源。
1.4 硬件设计
PCB设计原则
晶振必须尽可能靠近CPU晶振引脚，且晶振电路下方不能走线，最好在晶振电 路下方放置一个与地线相连的屏蔽层。
在双面印制板上，电源线和地线应安排在不同的面上，且平行走线，这样寄生 电容将起滤波作用。对于功耗较大的数字电路芯片，如CPU、驱动器等应采用 单点接地方式，即这类芯片电源、地线应单独走线，并直接接到印制板电源、 地线入口处。电源线和地线宽度尽可能大一些。模拟信号和数字信号不能共地， 即采用单点接地方式。
1.4 硬件设计
电源系统采用稳压、隔离、滤波、屏蔽和去耦措施。采用交流稳压器，以防止 电网欠压或过压；采用初次级双层屏蔽的隔离变压器，以提高系统抗共模干扰 的能力；采用低通滤波器，以除去电网中的高次谐波；滤波器要加屏蔽外壳， 以防止感应和辐射耦合；在电源的不同部分（如每个芯片的电源）配置去耦电 容，消除以各种途径进入电源中的高频干扰。
单片机控制系统的硬件设计与软件调试教程
单片机控制系统的硬件设计与软件调试教程单片机控制系统是现代电子技术中常见的一种嵌入式控制系统，其具有体积小、功耗低、成本低等优点，因而在各个领域得到广泛应用。
本文将介绍如何进行单片机控制系统的硬件设计与软件调试，帮助读者快速掌握相关知识，并实际应用于项目当中。
一、硬件设计1. 系统需求分析在进行硬件设计之前，首先需要明确单片机控制系统的需求。
这包括功能需求、性能需求、输入输出接口需求等。
根据需求分析的结果，确定采用的单片机型号、外围芯片以及必要的传感器、执行机构等。
2. 系统框图设计根据系统需求，绘制系统框图。
框图主要包括单片机、外围芯片、传感器、执行机构之间的连接关系，并标明各接口引脚。
3. 电源设计单片机控制系统的电源设计至关重要。
需要根据单片机和外围芯片的工作电压要求，选择合适的电源模块，并进行电源稳压电路的设计，以确保系统工作的稳定性。
4. 电路设计与布局根据系统框图，进行电路设计与布局。
需要注意的是，对于模拟信号和数字信号的处理需要有一定的隔离和滤波措施，以减少干扰。
此外，对于输入输出接口，需要进行保护设计，以防止过电压或过电流的损坏。
5. PCB设计完成电路设计后，可以进行PCB设计。
首先，在PCB软件中绘制原理图，然后进行元器件布局和走线。
在进行布局时，应考虑到信号传输的长度和走线的阻抗匹配；在进行走线时，应考虑到信号的干扰和电源的分布。
完成布局和走线后，进行电网设计和最后的校对。
6. PCB制板完成PCB设计后，可以将设计好的原理图和布局文件发送给PCB厂家进行制板。
制板完成后，检查排线是否正确，无误后进行焊接。
二、软件调试1. 开发环境搭建首先需要搭建开发环境。
根据单片机型号，选择合适的开发环境，如Keil、IAR等，并将其安装到计算机上。
接下来，将单片机与计算机连接，并进行相应的驱动安装。
2. 系统初始化在软件调试过程中，首先需要进行系统的初始化。
这包括设置时钟源、配置IO口、初始化外设等。
增强单片机系统可靠性的软硬件设计
技 术 纵 横
增强单片机系统可靠性 的软硬件设计 ＊
■ 中 南 大 学 ■ 中 国 电子 产 品可 靠 性 与环 境 试 验 研 究 所
田 磊 周 继 承
恩 云 飞
பைடு நூலகம்
从 可 靠 性 对 单 片机 系统 的重 要 性 出发 ， 合 实 际 系统 ， 硬 件 和 软 件 两 个 方 面 ， 用 模 块 化 思 想 ， 结 就 采 系统 地
＊ 基 金 项 目 ： 家 自然科 学 基 金 资 助 项 目（０ ７ ０ ６ 。 国 ６ ３ １ ４ ）
图 １ 前 级 滤 波 电路
１ ２ 隔离 技 术 ．
（ ）物 理 隔 离 技 术 １ 物 理 隔 离 技 术 是 指 在 单 片机 系 统 中 ， 过 器 件 的合 理 通
布局 和 线 路 的合 理 布 线 ， 容 易 产 生 干 扰 和 容 易 被 干 扰 的 将
为 “ 波 技 术 ” 滤 。
环境密切相关 ， 可看作是受 内部 因素和外部 因素 的共 同影
响乜 。从 内部 因素看 ， ］ 系统需要能够对运行过 程 中 自身 以
及周 围产 生 的干 扰 信 号 进 行 有 效 的抑 制 和 消 除 ； 从 外 部 而 因 素 看 ， 求 改 善 外 部 环 境 质 量 ， 除 干 扰 源 ， 断 干 扰 途 要 清 切
在 本 系统 中 ， 电模 块 设 计 了 前 级 滤 波 电 路 ， 效 地 供 有 抑 制 了 高 频 和 低 频 噪 声 分 量 ， 定 了 系统 电 源 电压 。实 践 稳 证 明 源 部 分 的干 扰 问题 解 决 得 好 对 于整 个 系统 的 可 靠 ， 电
性 有 着 极 其 重 要 的意 义 。 以 系统 使 用 的 ＡＴ８ Ｃ５ ９ １单 片 机