第9章--单片机应用系统设计及举例
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单片机应用系统设计与实例
二、数字地与模拟地的连接原则
数字地是数字逻辑电路的接地端，以及 A/D、D/A转换器的数字地。
模拟地是指放大器、采样保持器和A/D、 D/A中模拟信号的接地端。
数字地和模拟地应分别接地。 避免数字回路通过模拟电路的地线再返回 到数字电源对模拟信号产生影响。
三、印刷电路板的地线分布原则
逻辑器件接地线呈辐射网状，避免环形 地线尽量加宽。最好不小于3mm 旁路电容地线不要太长 功率地应较宽，必须与小信号地分开
Hale Waihona Puke ●任务分析 ●确定功能、性能要求 ●制定总体方案
总 体 设 计
●系统功能分配 ●确定软硬件功能关系 ●拟定调试方案
硬 ●绘制硬件原理图 件 ●绘制印制板图 设 ●配置元器件 计 ●硬件功能分调
软 ●确定算法与数据结构 件 ●程序模块划分 设 ●绘制程序流程图 计 ●程序编写与仿真调试
样 机 联 调
●在样机中运行软件 ●软硬件修改与完善 ●反复调试以达设计要求
9.2.2 地线干扰及其抑制
一、一点接地和多点接地的应用
低频电路，采用一点接地 寄生电感影响小，一点接地可以减少地线造成的 地环路。 高频电路，采用多点接地 寄生电感及分布电容将造成各接地线间的耦合， 影响突出。
频率小于1MHz时，采用一点接地；频率高于 10MHz时，采用多点接地；频率处于1至10MHz 时，若采用一点接地，其地线长度不应超过波长 的二十分之一。否则，应采用多点接地。
方案论证：根据用户要求，设计出符合现场条件的软硬件方 案。既要满足用户要求，又要使系统简单、经济、可靠
总体设计：根据方案论证的结果，进行系统的总体设计
二、硬件设计
单片机基本系统设计
主要完成时钟电路、复位电路、供电电路的设计。
第9章+微型计算机控制系统应用实例
图9-8 阀门定位器的控制原理图
转换成为
9.2信.2号系；统电压的信控号制，要能求够采集阀位反响回来的模拟
最〔后有阀2〕以根门下能定据几位对点器以：对上单采片集机到控制的系信统号的进设行计运要求算、整理， 偏差的大小输出连续信号或一定宽度的脉
冲来控制 压电阀；
〔3〕利用数码管能现场显示输入的参数以及阀 门开度； 〔4〕利用按键能在现场对阀门的工作流量特性 的参数，
表内非易失性内存芯片与IC卡内芯片一样，即 AT24C02〔2〕。煤气表中诸如累积已耗用气量、结 余气量、购气次数等重要数据都存放在AT24C02〔2〕
这样可克服由充电电池长期维持RAM中的信息所潜在的不可靠性。 AT24C02仅有8条引脚，串行通信只用两根口线，做成IC卡时,外接连线 少，作为非易失性内存更是比采用并行EEPROM减少许多连线，PCB布 线更简洁，体积更小。IC卡煤气表中所需存取的重要数据少，且数据存 取速度要求不高，故这种小容量的串行EEPROM非常适用。AT24C02是 I²C总线结构器件，87C51非此类器件，这就要求87C51通过编程使其 P1.0和P1.1完全遵循I²C总线时序及AT24C02的数据传送格式，去分别等 效串行数据线SDA和串行时钟SCL，从而实现两者的通信。
第9章 微型计算机控制系统应用实例
9.1 微型机在煤气表机心负压试漏中的应用 9.2 微型机在阀门定位器中的应用 9.3 IC卡智能煤气表的设计 9.4 微型机实现电加热锅炉系统的自动控制 9.5 单片机与微机RS-485通信 9.6 微机控制的公共汽车自动报站系统 9.7 温度控制系统的设计
9.1.1 煤气表机心负压试漏原理
首先，把煤气表出气口密封住，然后翻开控 制负压的电磁阀，这时高速流动的压缩空气，经 负压阀产生负压，把表内的气体往外抽，表内形 成负压，同时斜管压力计液面往上升，当抽到设 定值时〔煤气表工艺要求斜管压力计显示 270Pa〕，即光电管所在的位置时，关闭电磁阀， 这时斜管压力计的液面要继续往上升，停在一个 确定的位置。如果在规定的时间内〔一般工艺要 求６s〕，斜管压力计的液面不回落到光电管所在 的位置，那么表的密封性好，不漏；相反，表的 密封性不好，漏。
转换成为
9.2信.2号系；统电压的信控号制，要能求够采集阀位反响回来的模拟
最〔后有阀2〕以根门下能定据几位对点器以：对上单采片集机到控制的系信统号的进设行计运要求算、整理， 偏差的大小输出连续信号或一定宽度的脉
冲来控制 压电阀；
〔3〕利用数码管能现场显示输入的参数以及阀 门开度； 〔4〕利用按键能在现场对阀门的工作流量特性 的参数，
表内非易失性内存芯片与IC卡内芯片一样，即 AT24C02〔2〕。煤气表中诸如累积已耗用气量、结 余气量、购气次数等重要数据都存放在AT24C02〔2〕
这样可克服由充电电池长期维持RAM中的信息所潜在的不可靠性。 AT24C02仅有8条引脚，串行通信只用两根口线，做成IC卡时,外接连线 少，作为非易失性内存更是比采用并行EEPROM减少许多连线，PCB布 线更简洁，体积更小。IC卡煤气表中所需存取的重要数据少，且数据存 取速度要求不高，故这种小容量的串行EEPROM非常适用。AT24C02是 I²C总线结构器件，87C51非此类器件，这就要求87C51通过编程使其 P1.0和P1.1完全遵循I²C总线时序及AT24C02的数据传送格式，去分别等 效串行数据线SDA和串行时钟SCL，从而实现两者的通信。
第9章 微型计算机控制系统应用实例
9.1 微型机在煤气表机心负压试漏中的应用 9.2 微型机在阀门定位器中的应用 9.3 IC卡智能煤气表的设计 9.4 微型机实现电加热锅炉系统的自动控制 9.5 单片机与微机RS-485通信 9.6 微机控制的公共汽车自动报站系统 9.7 温度控制系统的设计
9.1.1 煤气表机心负压试漏原理
首先，把煤气表出气口密封住，然后翻开控 制负压的电磁阀，这时高速流动的压缩空气，经 负压阀产生负压，把表内的气体往外抽，表内形 成负压，同时斜管压力计液面往上升，当抽到设 定值时〔煤气表工艺要求斜管压力计显示 270Pa〕，即光电管所在的位置时，关闭电磁阀， 这时斜管压力计的液面要继续往上升，停在一个 确定的位置。如果在规定的时间内〔一般工艺要 求６s〕，斜管压力计的液面不回落到光电管所在 的位置，那么表的密封性好，不漏；相反，表的 密封性不好，漏。
9-1单片机应用系统的设计与开发
1 1 1 1 0 1 1
0 0 0 0 1 1 1
11 1 1 1
0 1 1 1 0 0 0
1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 0 1 1
0 0 0 0 1 1 1
1 1 0 1 1 1 1
1 0 1 1 1 1 1
0 1 1 1 0 0 0
南北红灯亮
东西红灯亮, 南北绿灯亮 东西红灯亮, 南北黄灯亮
MOVX
@DPTR,A
;东西红灯
亮,南北黄灯亮
MOV R2,#0AH LCALL DELY ;延时10s MOV DPTR,#0FFD8H MOV A,#0BEH MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#0FH MOVX @DPTR,A ;东西红 灯亮 MOV R2,#0AH LCALL DELY ;延时 DJNZ R7,JOD2 ;闪烁次 数未到继续 LJMP JOD3 ;循环
9.3 空调制冷控制系统案例实现
1.确定任务
设计空调制冷控制系统,要求该系统能够自动控制制冷压 缩机的运行和停止(制冷压缩机工作,则将空气热量带走,环 境温度下降),使环境温度保持在人们设定的温度上(调温范 围为10℃～30℃). 控制系统要控制的是空气温度,是通过压缩机的运行, 停止控制的,实际上单片机直接控制的是压缩机的工作状态. 该系统要实现以下功能. 1)根据环境温度控制压缩机工作.控制参数是温度,被 控参数是压缩机电路通,断的工作状态. 2)设置希望的环境温度值.由人手动控制. 3)显示设定的温度值.
9.2 交通灯模拟控制系统案例实现
1.硬件电路设计 硬件原理图如图所示. (1)选择单片机:目前MCS-51单片机种类繁 多,可以选用AT89C51,配备晶振和复位电路. (2)端口地址:根据原理图所示,8255端口 地址分配如下: A口:0FFD8H B口:0FFD9H C口:0FFDAH
单片机应用系统的设计方法及实例(1)
AT89C2051
P3 .3 P3.2 P3.1 P3 .0
+5V
图 8-6 动态扫描显示接口电路
；-----------------主程序------------------
STAR: ∶
∶
LOOP: ∶
ACALL S00EF
；将显示缓冲区内容送去显示
∶
∶
SJMP LOOP
；--------------送显示子程序--------------
P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
D C B A LE
D C B A LE MC14495 …
D C B A LE
G
Y0
A
Y1
B
Y2
C
74LS138
Y7
图 8-3 采用译码器的静态显示接口电路
2．串行显示接口
8031
RXD TXD P1.0
AB CLK C LR
AB CLK C LR
… 74LS164
；置键有效标志
：
JNB
SETB
10H
R4，A RETUR
CLR
11H
CLR
10H
R4，#00H
11H，RETUR ；键有效标志等于0，未按过键，返回
SJMP
KEYDO
；键放开，转键处理
；置第一次发现键按下标志
；保存键值
；返回
；清键有效标志
；清第一次发现键按下标志
；清键值暂存单元
RRC JUS2 DOS1 JC DOS2 JC DOS3 JC ALMP ……
74 LS2 44
图 8-10 键盘与单片机的接口电路
开始
向所有的行输出 0
P3 .3 P3.2 P3.1 P3 .0
+5V
图 8-6 动态扫描显示接口电路
；-----------------主程序------------------
STAR: ∶
∶
LOOP: ∶
ACALL S00EF
；将显示缓冲区内容送去显示
∶
∶
SJMP LOOP
；--------------送显示子程序--------------
P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
D C B A LE
D C B A LE MC14495 …
D C B A LE
G
Y0
A
Y1
B
Y2
C
74LS138
Y7
图 8-3 采用译码器的静态显示接口电路
2．串行显示接口
8031
RXD TXD P1.0
AB CLK C LR
AB CLK C LR
… 74LS164
；置键有效标志
：
JNB
SETB
10H
R4，A RETUR
CLR
11H
CLR
10H
R4，#00H
11H，RETUR ；键有效标志等于0，未按过键，返回
SJMP
KEYDO
；键放开，转键处理
；置第一次发现键按下标志
；保存键值
；返回
；清键有效标志
；清第一次发现键按下标志
；清键值暂存单元
RRC JUS2 DOS1 JC DOS2 JC DOS3 JC ALMP ……
74 LS2 44
图 8-10 键盘与单片机的接口电路
开始
向所有的行输出 0
单片机应用系统设计实例
一、控制原理：
一、控制原理： 虚线表示允许水位变化的上下限。 水塔由电机带动水泵供水，单片 机控制电机转动以达到对水位控 制的目的。 ①当水位上升，达到上限时，因水导电，B、C棒连通+5V。b、c均为“1”，应停止电机和水泵的工作，不再供水； ②当水位降到下限时，B、C棒都不能与A棒导电。 b、c均为“0”，应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水； ③当水位处于上下限之间时，B与A棒导通。 b为“1”， c为“0”，无论怎样都应维持原有的工作状态。
输出控制电路
输出高电平：双向可控硅导通，电热丝通电； 输出低电平：双向可控硅截止，电热丝断电。 8155 I/O端口的负载能力不足以驱动光电耦合器的发光 二极管，用1413作为功放。 控制算法：对于温度控制系统，系统具有大热惯性，系统采用脉冲宽度调制的控制方法。 也可用PID算法、Smith算法、Dalin算法等。
温度信号输入通道
MC14433是双积分3 ½ 位的A/D转换器：采用扫描的方法， 输出3 ½ 位的BCD码，从0000～1999共2000个数码。内部有时钟源（振荡器）。 VR：基准电压输入线，其值为200mV或2V； VX：被测电压输入线，最大为199.9mV或1.999V。 DS4～DS1：分别是个、十、百、千位的选通脉冲输出线； Q3～Q0 ：BCD码数据输出线，动态地输出千位、百位、十位、个位值。 即DS4有效时，Q3～Q0表示的是个位值（0～9）；依次类推。 EOC与INT0相接使得MC14433每次A/D结束后，同时启动下一次转换，使其处于 连续的A/D转换中，并使得单片机在中断服务程序中读入该次转换结果。
单击此处添加大标题内容
硬件：时钟电路片 软件：片内定时器 在单片机计时的过程中，每一次秒加1，都与规定的作 息时间比较，如比较相等就进行电铃或扩音设备的开关控制。 本系统共有4项控制内容：接通电铃和断开电铃； 接通和断开扩音设备。 由P1口输出控制码进行控制，其控制码定义为： 接通电铃：0FEH 断开电铃：0FDH 接通扩音设备：7FH 断开扩音设备：0BFH
一、控制原理： 虚线表示允许水位变化的上下限。 水塔由电机带动水泵供水，单片 机控制电机转动以达到对水位控 制的目的。 ①当水位上升，达到上限时，因水导电，B、C棒连通+5V。b、c均为“1”，应停止电机和水泵的工作，不再供水； ②当水位降到下限时，B、C棒都不能与A棒导电。 b、c均为“0”，应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水； ③当水位处于上下限之间时，B与A棒导通。 b为“1”， c为“0”，无论怎样都应维持原有的工作状态。
输出控制电路
输出高电平：双向可控硅导通，电热丝通电； 输出低电平：双向可控硅截止，电热丝断电。 8155 I/O端口的负载能力不足以驱动光电耦合器的发光 二极管，用1413作为功放。 控制算法：对于温度控制系统，系统具有大热惯性，系统采用脉冲宽度调制的控制方法。 也可用PID算法、Smith算法、Dalin算法等。
温度信号输入通道
MC14433是双积分3 ½ 位的A/D转换器：采用扫描的方法， 输出3 ½ 位的BCD码，从0000～1999共2000个数码。内部有时钟源（振荡器）。 VR：基准电压输入线，其值为200mV或2V； VX：被测电压输入线，最大为199.9mV或1.999V。 DS4～DS1：分别是个、十、百、千位的选通脉冲输出线； Q3～Q0 ：BCD码数据输出线，动态地输出千位、百位、十位、个位值。 即DS4有效时，Q3～Q0表示的是个位值（0～9）；依次类推。 EOC与INT0相接使得MC14433每次A/D结束后，同时启动下一次转换，使其处于 连续的A/D转换中，并使得单片机在中断服务程序中读入该次转换结果。
单击此处添加大标题内容
硬件：时钟电路片 软件：片内定时器 在单片机计时的过程中，每一次秒加1，都与规定的作 息时间比较，如比较相等就进行电铃或扩音设备的开关控制。 本系统共有4项控制内容：接通电铃和断开电铃； 接通和断开扩音设备。 由P1口输出控制码进行控制，其控制码定义为： 接通电铃：0FEH 断开电铃：0FDH 接通扩音设备：7FH 断开扩音设备：0BFH
第9章 单片机应用系统设计实例
9.1.3
控制程序：功能模块设计
程序共使用三个定时器。其中，T0和T1配合产生一路PWM波，T0决定 PWM波的频率，设计值为20KHz，T1决定PWM波的占空比；T2用于产生定时 中断，并决定控制周期，设计值为1ms。已知单片机外部晶振频率为16MHz，
根据第4章介绍的定时器配臵方法可得：T0工作在8位自动重装方式，定时
（1）初始化模块 初始化模块包括堆栈及中断初始化、定时器初始化以及变量初始化。 在堆栈及中断初始化中，关键是对中断控制字的配臵，包括： MOV MOV MOV SP, #7FH IE, #00101010B IP, #00001010B
本例将单片机内部数据存储器的80H～0FFH单元作为堆栈，因此，堆 栈指针被初始化为7FH。对IE的配臵表示允许T0、T1、T2中断。对IP的配 臵表示定义T0、T1为高优先级中断，T2为低优先级中断。
9.1.3
1.
磁悬浮球演示系统的控制程序设计
控制程序总体设计 （1）程序总体结构 单片机上电后，首先执行初始化程序，然后启动定时器并进入主循环，
等待定时中断。在主循环内，单片机反复从P1口读取用户指令，修改控制 器参数Ka、Kv、Kp和Ki。 本系统使用AT89C52的所有3个定时中断。其中，T0和T1中断配合产生 一路PWM信号；而T2则用于产生控制中断，并在T2中断服务程序中执行悬 浮控制算法，主程序和T2中断服务程序的流程见下图所示。
参数，选取得当即可实现小球的稳定悬浮。通常，这些参数应在编程之 前计算出来，而在编写程序时，它们都是常数。
9.1.2
磁悬浮球演示系统的电路设计
磁悬浮球演示系统的电路由单片机控制电路、A/D转换器及功率 放大电路等三部分组成。其单片机控制电路和A/D转换器电路如下图 所示。
第9章作业-单片机原理与应用及C51程序设计(第4版)-谢维成-清华大学出版社
LOOP:
MOVX @DPTR,A JNB P1.0,$ MOVX A,@DPTR MOV @R0,A INC DPTR INC R0 DJNZ R2,LOOP RET
;启动 A/D 转换,A 的值无意义
;读取转换后的数字量 ;存入片内 RAM 单元 ;指向下一模拟通道 ;指向下一个数据存储单元 ;8 路未转换完,则继续 ;返回
4. 简述 A/D 转换器的主要性能指标。 答：A/D 转换器的主要性能指标 1) 分辨率 2) 转换时间 3) 量程 4) 转换精度 5. 简述 DAC0832 的基本组成。 答：DAC0832 主要由 8 位输入寄存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 转换器和控制逻辑 电路组成。8 位输入寄存器接收从外部发送来的 8 位数字量，锁存于内部的锁存器中，8 位 DAC 寄存器从 8 位输入寄存器中接收数据，并能把接收的数据锁存于它内部的锁存器，8 位 D/A 转换器对 8 位 DAC 寄存器发送来的数据进行转换，转换的结果通过 Iout1 和 Iout2 输出。 6. DAC0832 有几种工作方式？这几种方式是如何实现的？ 答：DAC0832 具有直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式 3 种工作方式。这三种方式是 通过改变控制引脚 ILE、WR1、WR2 、CS 和 XFER 的连接方法，控制 DAC0832 的 8 位 DAC 寄存器和 8 位 D/A 转换寄存器的通行来实现。如果这两个寄存器直接导通则为直通方式， 如果一个直接导通一个选通或两个连在一起选通则为单缓冲方式，如果两个寄存器先 8 位
习题
1. 简述 D/A 转换器的主要性能指标。 答：D/A 转换器的主要性能指标主要有以下几个方面。 1) 分辨率 2) 精度 3) 线性度 4) 温度灵敏度 5) 建立时间 2. 简述 A/D 转换器的类型及原理。 答：A/D 转换芯片根据转换原理可分为计数型 A/D 器、逐次逼近型 A/D 转换器、双重 积分型 A/D 转换器和并行式 A/D 转换器等；按转换方法可分为直接 A/D 转换器和间接 A/D 转换器；按其分辨率可分为 4～16 位的 A/D 转换器。 3. 简述双重积分型 A/D 转换器的工作原理。 答：双重积分型 A/D 转换器将输入电压先变换成与其平均值成正比的时间间隔，然后 再把此时间间隔转换成数字量，如图所示，它属于间接型转换器。它的转换过程分为采样 和比较两个过程。采样即用积分器对输入模拟电压 Vin 进行固定时间的积分，输入模拟电 压值越大，采样值越大，采样值与输入模拟电压值成正比；比较就是用基准电压（+Vr 或-Vr） 对积分器进行反向积分，直至积分器的值为 0。由于基准电压值大小固定，所以采样值越 大，反向积分时积分时间越长，积分时间与采样值成正比；综合起来，积分时间就与输入 模拟量成正比。最后把积分时间转换成数字量，则该数字量就为输入模拟量对应的数字量。 由于在转换过程中进行了两次积分，所以称为双重积分型。
51单片机C语言应用与开发(第9章)
4. 具有将可变的选择与特殊操作组合在一起的 能力，改善了程序的可读性；
5. 提供的库包含许多标准子程序，具有较强的 数据处理能力； 6. 由于具有方便的模块化编程技术，使已编好 程序可容易地移植；
C51程序结构
预处理命令 全局变量说明； 函数1说明； …… …… 函数n说明；
main（） { 局部变量说明； 执行语句； 函数调用（实际参数表）； 函数1（形式参数说明） { 局部变量说明； 执行语句； 函数调用（实际参数表）； } …… …… 函数n（形式参数说明） { 局部变量说明； 执行语句； 函数调用（实际参数表）； }
8
片内RAM，间接寻址，共256字节。
片外RAM，分页间址，共256字节。（MOVX ＠Ri）
xdata
code
16
16
片外RAM，间接寻址，共64k字节。（MOVX ＠DPTR）
ROM区域，间接寻址，共64k字节。（MOVC ＠DPTR）
访问片内RAM比访问片外RAM的速度要快得 多，所以对于经常使用的变量应该置于片内 RAM中，即用bdata、data、idata来定义；对 于不经常使用的变量或规模较大的变量应该置于 片外RAM中，即用pdata、xdata来定义。例如：
/* IP */ sbit PS = 0xBC; sbit PT1 = 0xBB; sbit PX1 = 0xBA; sbit PT0 = 0xB9; sbit PX0 = 0xB8; /* P3 */ sbit RD = 0xB7; sbit WR = 0xB6; sbit T1 = 0xB5; sbit T0 = 0xB4; sbit INT1 = 0xB3; sbit INT0 = 0xB2; sbit TXD = 0xB1; sbit RXD = 0xB0; /* SCON */ sbit SM0 = 0x9F; sbit SM1 = 0x9E; sbit SM2 = 0x9D; sbit REN = 0x9C; sbit TB8 = 0x9B; sbit RB8 = 0x9A; sbit TI = 0x99; sbit RI = 0x98; #endif
单片机应用系统设计 引例
单片机应用系统设计引例单片机应用系统设计是一门涉及电子技术、计算机技术和控制技术的综合学科。
它主要研究如何通过单片机这种微型计算机来完成各种应用系统的设计和开发。
单片机应用系统设计既可以应用于家用电器、汽车电子、工业控制等领域，也可以应用于智能家居、智能交通、智能医疗等领域。
在现代社会中，单片机应用系统设计已经成为了各行各业不可或缺的一部分。
在单片机应用系统设计中，首先需要明确设计的目的和需求。
设计者需要了解用户的需求，明确系统的功能和性能要求，确定系统的硬件和软件结构，制定开发计划和进度安排。
在设计过程中，设计者需要根据系统的功能需求选择合适的单片机芯片，并设计相应的硬件电路，编写嵌入式软件程序，实现系统的各项功能。
设计者还需要进行系统的调试和测试，确保系统稳定可靠，符合设计要求。
单片机应用系统设计涉及到多个方面的知识和技术。
首先是单片机的选型和应用。
不同的单片机芯片有着不同的性能和功能特点，设计者需要根据系统的需求选择合适的单片机芯片，并了解其特点和应用。
其次是硬件设计和电路原理。
设计者需要根据系统的功能需求设计硬件电路，包括输入输出接口、传感器和执行器等，保证系统能够正常工作。
再次是嵌入式软件开发。
设计者需要编写嵌入式软件程序，实现系统的各项功能，包括数据采集、数据处理、控制算法等。
最后是系统的调试和测试。
设计者需要对系统进行全面的测试，发现和解决问题，确保系统稳定可靠。
在实际的单片机应用系统设计中，设计者需要具备扎实的电子技术和计算机技术知识，熟练掌握单片机的原理和应用，具有良好的逻辑思维能力和解决问题的能力。
设计者还需要具备团队合作精神，能够与硬件工程师、软件工程师、测试工程师等多个团队合作，共同完成系统的设计和开发工作。
此外，设计者还需要具备不断学习和自我提升的意识，了解最新的技术和发展动态，不断提高自己的设计水平和能力。
总的来说，单片机应用系统设计是一项复杂而又有趣的工作。
通过对电子技术、计算机技术和控制技术的综合运用，设计者可以实现各种应用系统的设计和开发，为现代社会的发展和进步做出贡献。
第9章 单片机应用系统开发的一般方法
单片机应用系统开发的一般方法单片机应用系统是为完成某项任务而研制开发的用户系统，虽然每个系统都有很强的针对性，结构和功能各异，但其开发过程和方法大致相同。
这里介绍单片机应用系统开发的一般方法和步骤.1.确定任务单片机应用系统的开发过程由确定系统的功能与性能指标开始。
首先要细致分析、研究实际问题，明确各项任务与要求，综合考虑系统的先进性、可靠性、可维护性以及成本、经济效益，拟订出合理可行的技术性能指标。
2.总体设计在对应用系统进行总体设计时，应根据应用系统提出的各项技术性能指标，拟订出性价比最高的一套方案。
总体设计最重要的问题包括以下三个方面：（1）机型选择根据系统的功能目标、复杂程度、可靠性要求、精度和速度要求来选择性能/价格比合理的单片机机型。
目前单片机种类、机型多，有8位、16位、32位机等，片内的集成度各不相同，有的机型在片内集成了WDT、PWM、串行EEPROM 、A/D、比较器等多种功能以及提供UART、I2C、SPI协议的串行接口，最大工作频率也从早期的0~12MHz增至33~40MHz。
在进行机型选择时应考虑：①所选机型性能应符合系统总体要求，且留有余地，以备后期更新。
②开发方便，具有良好的开发工具和开发环境。
③市场货源（包括外部扩展器件）在较长时间内充分。
④设计人员对机型的开发技术熟悉，以利缩短研制周期。
（2）系统配置选定机型后，再选择系统中要用到的其他外围元器件，如传感器、执行器件、人机接口、存储器等。
整个系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配，例如，选用晶振频率较高时，存储器的存取时间就短，应选择存取速度较快的芯片；选择CMOS型单片机构成低功耗系统时，系统中的所有芯片都应该选择低功耗产品。
如果系统中相关器件性能差异很大，系统综合性能将降低，甚至不能正常工作。
（3）软硬件分工在总体方案设计过程中，对软件和硬件进行分工是一个首要的环节。
原则上，能够由软件来完成的任务就尽可能用软件来实现，以降低硬件成本，简化硬件结构，提高可靠性，但是可能会降低系统的工作速度。
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3. 其他电路设计
• 1）译码电路 2）总线驱动器3） 抗干扰电路
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第9章 单片机应用系统设计及举例
9.1.3 单片机应用系统的软件设计
1. 软件设计的特点
• (1) 软件结构清晰、简捷、流程合理。 • (2) 各功能程序实现模块化、系统化。这样，既便于调试、连接，又 便于移植、修改和维护。 • (3) 程序存储区、数据存储区规划合理，既能节约存储容量，又能给 程序设计与操作带来方便。 • (4) 运行状态实现标志化管理。各个功能程序运行状态、运行结果以 及运行需求都设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、控制都可 通过状态标志来控制。 • (5) 经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改“痕迹”。规范 化的程序便于交流、借鉴，也为以后的软件模块化、标准化打下基础。 • (6) 实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是计算机应用系统提高可 靠性的有力措施。 • (7) 为了提高运行的可靠性，在应用软件中设置自诊断程序，在系统 运行前先运行自诊断程序，用以检查系统各特征参数是否正常。
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D7 寄存器名称 秒寄存器 分寄存器 小时寄存器 日寄存器 月寄存器 星期寄存器 年寄存器 写保护寄存器 涓流充电寄存器 时钟突发模式 RAM0 RAM30 RAM突发模式
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第9章 单片机应用系统设计及举例
• 2. DS1302引脚功能
VCC2 X1 X2 GND VCC1 SCLK I/O RST
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X1、X2：32.768kHz晶振接入引脚。 GND：地。 RST ：复位引脚，低电平有效。 I/O：数据输入/输出引脚，具有三态功能。 SCLK：串行时钟输入引脚。 VCC1：电源1引脚，备用电源。 VCC2：电源2引脚,主电源。
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第9章 单片机应用系统设计及举例
3. DS1302的时钟/日历寄存器及片内RAM • 1) 控制寄存器 DS1302的 /RST引脚回到高电平后写入的第一个字就为 控制命令。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
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RAM / CK A4
A3
A2
A1
A0
RD/ W
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第9章 单片机应用系统设计及举例
• • • •
2. 资源分配 1）程序存储器ROM/EPROM资源的分配 2）数据存储器RAM资源的分配 3）定时/计数器、中断、串行口等分配
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第9章 单片机应用系统设计及举例
9.2 单片机电子时钟的设计
• • • • • • • 9.2.1 功能要求 本设计电子时钟主要功能为： (1)自动计时功能。 (2)能显示计时时间，显示效果良好。 (3)有校时功能，能对时间进行校准。 扩展功能：（用户自己添加） (4)具有整点报时功能，在整点时使用蜂鸣器进 行报时。 • (5)具有定时闹钟功能，能设定定时闹钟，在时 间到时能使蜂鸣器鸣叫。
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第9章 单片机应用系统设计及举例
9.1.2 单片机应用系统的硬件系统设计
1. 是单片机芯片及主要器件的选择
• • • • • 1） 程序存储器 2） 数据存储器 3） 集成的外部设备 4） 并行I/O接口 5） 系统速度匹配
2. 系统扩展和配置。
• 1）扩展：程序存储器、数据存储器、I/O口、定时/计数器、中断系统 • 2）配置：键盘、显示器、打印机、A/D转换器、D/A转换器
第9章 单片机应用系统设计及举例
主 要 章 节
• 9.1 单片机应用系统开发过程 • 9.2 单片机电子时钟的设计 • 9.3 单片机数显温度计设计
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1程 9.1.1 单片机应用系统开发的基本过程 • 1. 明确系统的任务和功能要求 • 2. 系统的总体方案设计 • 3．系统详细设计 • 4．系统仿真与制作 • 5．系统调试与修改 • 6．生成正式系统或产品
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第9章 单片机应用系统设计及举例
9.2.2 总体方案设计
• 1．计时方案 • 第一种是通过单片机内部的定时器/计数器， 采用软件编程来实现时钟计时，这种实现的时 钟一般称为软时钟，这种方法的硬件线路简单， 系统的功能一般与软件设计相关，通常用在对 时间精度要求不高的场合； • 第二种是采用专用的硬件时钟芯片计时，这种 实现的时钟一般称为硬时钟。专用的时钟芯片 功能比较强大，除了自动实现基本计时外，一 般还具有日历和闰年补偿等功能，计时准确， 软件编程简单，但硬件成本相对较高，通常用 在对时钟精度要求较高的场合。
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第9章 单片机应用系统设计及举例
• 定时选择硬件定时，显示选择LCD液晶显示， 总体设计框图
时钟电路
51单片 机 复位电路 LCD 时钟芯片 按键
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第9章 单片机应用系统设计及举例
9.2.3 主要器件介绍
• 1. DS1302简介 • DS1302是DALLAS公司推出的高性能低功耗涓流充电 时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历寄存器和31个 字节静态RAM，实时时钟/日历寄存器能提供2100年 之前的秒、分、时、日、日期、月、年等信息，每 月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通 过AM/PM指示决定采用24小时或12小时格式。内部 31个字节静态RAM可提供用户访问。对时钟/日历寄 存器、RAM的读/写，可以采用单字节方式或多达31 个字节的字符组方式；工作电压范围宽：2.0～5.5V； 与TTL兼容，VCC=5V；温度范围宽，可在-40C～ +85C正常工作；采用主电源和备份电源双电源供电， 备份电源可由电池或大容量电容实现；功耗很低， 保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
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第9章 单片机应用系统设计及举例
• 2．显示方案 • LED数码管, LED数码管显示亮度高，显示内 容清晢，根据具体的连接方式可分为静态 显示和动态显示。 • LCD液晶显示, 一般能显示的信息多，显示 效果好，而且液晶显示器一般都带控制器， 显示过程由自带的控制器控制，不须要CPU 参与，但液晶显示器造价相对较高。