第11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
9.3.4 系统软件程序的设计
一、主程序 主程序包含初始化部分、调用A/D转换子程序 和调用显示程序，如下图。
开始
初始化
调用A/D转换子程序
调用显示子程序
二、A/D转换子程序
用于对8路输入模拟电压进行A/D转换，并将转换 的数值存入8个相应的存储单元中，如下图。
开始
启动一次转换
A/D转换结束EOC=1？ 取数据（OE=0） 0809通道地址加1 地址数小于8？ 开始
简易数字电压表硬件电路主要由A/D转换电路、 显示控制电路及按键电路等组成，原理图如下：
在连接时，ADC0809的数据线D0～D7与AT89C52 的P0口相连，ADC0809的地址引脚、地址锁存端 ALE、启动信号START、数据输出允许控制端OE分 别与AT89C52的P2口相连，转换结束信号EOC与 AT89C52的P3.7相连。时钟信号输入端CLOCK由单 片机的地址锁存信号ALE通过14024二分频后得到。 AT89C52的P1、P3.0～P3.3端口作为4位LED数码 管显示控制。P1口为LED数码管的字段码输出端， P3.0～P3.3为LED数码管的位选码输出端。 K1和K2是两个按键开关，它与单片机的P3.5和 P3.6相连：K1用于单路显示或多路循环显示转换控 制，K2用于单路显示时选择显示的通道。
附篇
单片机应用系统设计与实例
本章内容：
0.1 单片机应用系统的设计 0.2 单片机应用系统的开发与调试 0.3 单片机应用系统实例
9.1 单片机应用系统设计
单片机应用系统是指以单片机为核心，配以一定的外围电路 和软件，能实现某种或几种功能的应用系统。
单片机应用系统由硬件和软件两部分组成。 单片机应用系统的设计应包括：硬件设计和软件设计。
单片机应用系统课程设计实例
数字钟设计实例利用AT89C51的定时器和6位7段数码管，设计一个电子时钟，显示格式“XX XX XX”，从左向右分别是：时、分、秒1、硬件设计2、软件设计说明：定时器每1000us中断一次，在中断服务程序中，对中断次数计数，100us计数10000次就是1s，然后再对秒计数得到分和小时，并送入显示缓存。
LEDBUF EQU 30H ;显示码缓存区HOUR EQU 40HMINUTE EQU 41HSECOND EQU 42HC100us EQU 43HTICK EQU 10000 ;置中断次数T100us EQU 256-100 ;置定时器初始值LJMP START ;跳转至主程序ORG 000BH ;定时器0中断入口T0INT: PUSH PSW ;状态保护PUSH ACCMOV A,C100us+1JNZ GOON ;计数值是否为0DEC C100usGOON: DEC C100us+1MOV A,C100usORL A,C100us+1JNZ EXITMOV C100us,#HIGH(TICK) ;重置计数值MOV C100us+1,#LOW(TICK)INC SECOND ;秒值加一MOV A,SECONDCJNE A,#60,EXIT ;判断秒值是否为60MOV SECOND,#0 ;秒值为60,则清0INC MINUTE ;分值加一MOV A,MINUTECJNE A,#60,EXIT ;判断分值是否为60MOV MINUTE,#0 ;分值为60,则清0INC HOUR ;小时值加一MOV A,HOURCJNE A,#24,EXIT ;判断小时值是否为24MOV HOUR,#0 ;小时值为24,则清0 EXIT: POP ACCPOP PSWRETIDELAY: ;延时子程序MOV R7,#0FFHDELAYLOOP:DJNZ R7,DELAYLOOPDJNZ R6,DELAYLOOPRETLEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH ;八段数码管显示码DB 66H,6DH,7DH,07HDB 7FH,6FH,77H,7CHDB 39H,5EH,79H,71HDISPLAYLED:MOV R0,#LEDBUFMOV R1,#6 ;共6个八段管MOV R2,#B ;位扫描码初值LOOP: MOV A,#0MOV P0,A ;关所有八段管MOV A,@R0MOV P0,AMOV A,R2MOV P3,A ;显示一位八段管MOV R6,#01HCALL DELAYMOV A,R2 ;显示下一位RR AMOV R2,AINC R0DJNZ R1,LOOPRETT0LED: MOV DPTR,#LEDMAP ;将字段码转换显示码MOVC A,@A+DPTRRETSTART: MOV TMOD,#02H ;定时器工作方式2 MOV TH0,#T100us ;置定时器初始值MOV TL0,#T100usMOV IE,#B ;EA=1，IT0=1MOV HOUR,#0 ;显示初始值MOV MINUTE,#0MOV SECOND,#0MOV C100us,#HIGH(TICK)MOV C100us+1,#LOW(TICK)SETB TR0 ;启动定时器0MLOOP: MOV A,HOUR ;显示小时值十位MOV B,#10DIV ABCALL T0LEDMOV LEDBUF,A ;将十位值送显示码缓存区MOV A,B ;显示小时值个位CALL T0LEDORL A,#80H ;显示小数点MOV LEDBUF+1,A ;送显示码缓存区MOV A,MINUTE ;显示分钟值十位MOV B,#10DIV ABCALL T0LEDMOV LEDBUF+2,A ;将十位值送显示码缓存区MOV A,B ;显示分钟个位值CALL T0LEDORL A,#80H ;显示小数点MOV LEDBUF+3,A ;送显示码缓存区MOV A,SECONDMOV B,#10 ;显示秒十位值DIV ABCALL T0LEDMOV LEDBUF+4,A ;送显示码缓存区MOV A,BCALL T0LEDMOV LEDBUF+5,ACALL DISPLAYLED ;调用显示子程序LJMP MLOOPEND。
单片机应用系统的设计实例
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章介绍的定时器配置方法可得：T0工作在8位自动 重装方式，定时周期寄存器初值为0C0H，对应的定时周期为48s，因此 实际产生的PWM波频率为20.833KHz；T1也工作在8位自动重装方式， 其定时周期寄存器值在每个控制周期被更新为控制输出量，初始值为0FFH； T2工作在16位自动重装方式，定时周期寄存器初值为0FACBH，对应定时 周期为999.75s，因此实际采样频率约为1KHz。
断负压的设计可以使得功率管可靠地截止。此外，栅极驱动电阻取为20Ω。
9.1.2 电路设计：驱动与吸收保护电路
(1) 续流和吸收保护电路 电磁铁是感性元件，为此应使用快恢型二极管D1为电感L提供续流回路，
以防止MOSFET关断时漏极电位急剧上升而损坏功率管。图中，R、C、D 组成的吸收网络能够吸收MOSFET在开关时刻的电压和电流尖峰。其中， C用于限制MOSFET的漏极-源极间电压突变，R用于限制MOSFET开通时 C的放电电流，D则便于在MOSFET关断时，C能迅速吸收MOSFET上的关 断尖峰。
9.1.3 控制程序：总体设计
系统上电 上电初始化 启动定时器
读 P1口 数 据
根 据 P1口 数 据 查 表 ， 得 到 Kp,Kv,Ka Ki四 个 增 益 参 数
N
停机？
Y
结束
主程序流程
中断服务程序入口 保护现场
清 除 中 断 标 志 TF2 读 取 AD转 换 的 结 果
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。
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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11章单片机应用系统设计实例19页
根据系统的功能要求，控制系统采用AT89C52单片机，A/D转 换器采用ADC0809。ADC0809是8位的A/D转换器。当输入电压为 5.00V时，输出的数据值为255（0FFH），因此最大分辨率为 0.0196V（5/255）。ADC0809的具有8路模拟量输入端口，通过3 位地址输入端能从8路中选择一路进行转换。如每隔一段时间轮流 依次改变3位地址输入端的地址，就能依次对8路输入电压进行测量。 LED数码管显示采用软件译码动态显示。通过按键选择可8路循环 显示，也可单路显示，单路显示可通过按键选择显示的通道数。
第11章 单片机应用系统设计实例
开始
现场保护，重置初值 启动下一个50ms
50ms 计数器加1
否
50ms 计数器=20？
是
秒单元加1，50ms计数器清0，秒写入秒个位
和秒十位
否
秒单元=60？
是
分单元加1，秒单元清0，分写入分个位和分十
位
否
分单元=60？
是
时单元加1，分单元清0，时写入时个位和时十
位
四．汇编语言源程序清单（略）
五．C语言源程序清单（略）
第11章 单片机应用系统设计实例
11.3 单片机数字显示温度计
11.3.1 单片机数字显示温度计的原理
温度测量通常可以使用两种方式来实现：一种是用热敏电阻之 类的器件，由于感温效应，热敏电阻的阻值能够随温度发生变 化，当热敏电阻接入电路，则流过它的电流或其两端的电压就 会随温度发生相应的变化，再将随温度变化的电压或电流采集 过来，进行A/D转换后，发送到单片机进行数据处理，通过显示 电路，就可以将被测温度显示出来。这种设计需要用到A/D转换 电路，其测温电路比较麻烦。第二种方法是用温度传感器芯片。 温度传感器芯片能把温度信号转换成数字信号，直接发送给单 片机，转换后通过显示电路显示即可。这种方法电路结构简单， 设计方便，现在使用非常广泛，本书介绍的就是采用第二种方 法设计的单片机数字显示温度计。要求温度测量范围为-55℃～ 99℃，精度误差小于0.5℃。
第11章 单片机应用系统设计实例
开始
现场保护，重置初值 启动下一个50ms
50ms 计数器加1
否
50ms 计数器=20？
是
秒单元加1，50ms计数器清0，秒写入秒个位
和秒十位
否
秒单元=60？
是
分单元加1，秒单元清0，分写入分个位和分十
位
否
分单元=60？
是
时单元加1，分单元清0，时写入时个位和时十
位
四．汇编语言源程序清单（略）
五．C语言源程序清单（略）
第11章 单片机应用系统设计实例
11.3 单片机数字显示温度计
11.3.1 单片机数字显示温度计的原理
温度测量通常可以使用两种方式来实现：一种是用热敏电阻之 类的器件，由于感温效应，热敏电阻的阻值能够随温度发生变 化，当热敏电阻接入电路，则流过它的电流或其两端的电压就 会随温度发生相应的变化，再将随温度变化的电压或电流采集 过来，进行A/D转换后，发送到单片机进行数据处理，通过显示 电路，就可以将被测温度显示出来。这种设计需要用到A/D转换 电路，其测温电路比较麻烦。第二种方法是用温度传感器芯片。 温度传感器芯片能把温度信号转换成数字信号，直接发送给单 片机，转换后通过显示电路显示即可。这种方法电路结构简单， 设计方便，现在使用非常广泛，本书介绍的就是采用第二种方 法设计的单片机数字显示温度计。要求温度测量范围为-55℃～ 99℃，精度误差小于0.5℃。
单片机应用系统设计方法与实例
第11章 单片机应用系统设计方法与实例
第一节 单片机应用系统的研发步骤
11.1.4 系统调试、测试与运行
在系统调试阶段，考查的重点是解决本系统与其它设备的连接适应性、外观造型与机箱结构设计、长期运行可靠性、发热情况的影响等。测试不仅包括定性测试，更要做严格的定量测试，以确保精度、速度等满足设计指标，还要进行安全测试、EMC测试、高低温工作与存储等耐候性测试，以便于及早发现设计中的不足并改进。正式投产之前，还要进行一定数量的试生产，以验证批量产品的一致性、是否适合批量生产工艺等。
第11章 单片机应用系统设计方法与实例
第二节 单片机应用系统设计方法
3. 接 地
接地分为两大类：一是真正的接大地，如设备的机箱外壳、机架等裸露的金属部分均要求通过较低阻抗接入大地，这也称为安全地，主要为确保接触设备的人的安全而设置。二是工作地，即设备用电回路的电压参考点。工作地是为保障电路系统正常工作而设置，一个设备中如果有多个独立电源及用电回路，就存在多个工作地。
实例1：公交车车上人数统计器
功能
第11章 单片机应用系统设计方法与实例
公交车内的人数一般不会超过100人，采用2位LED数码管显示即可，当前车内人数=总上车人数-总下车人数，因此，只要能够分别检测旅客上车和下车的信息，即可进行统计，为此规定公交车的前门上车，后门下车，分别在上车门和下车门上安装开关型传感器，人每经过上车门或下车门，即发出一个脉冲进入到单片机。信号以中断的方式进行检测，上车门检测到脉冲，车上人数加1，下车门检测到脉冲，车上人数减1。
11.2 硬件设计过程
第11章 单片机应用系统设计方法与实例
第二节 单片机应用系统设计方法
主要器件选型
原理图设计
确定器件封装
(单片机应用实例开发)实例十一单片机应用系统实例
环境下的兼容性和适应性。
测试数据和结果分析
功能测试结果
记录各项功能的测试结果，包括正常情 况下的操作以及异常情况下的容错处理。
可靠性测试报告
记录可靠性测试的过程和结果，包括 故障现象、故障原因、故障处理等信
息。
性能测试数据
记录性能测试的各项指标数据，如处 理速度、响应时间、功耗等，并对数 据进行分析和比较。
传感器模块
用于实时监测家居环境参数，并将数 据传输给单片机进行处理。
系统组成和架构
通信模块
实现系统与手机APP、语音控制等外部设备的通信功能。
执行器模块
接收单片机的控制信号，驱动相应的家居设备执行相应动作。
系统组成和架构
架构
输标02入题
系统采用分层架构设计，包括感知层、控制层和应用 层。
01
03
软件调试和优化
1 2
软件调试方法
采用单步调试、断点调试等手段，对程序进行逐 步跟踪和调试，确保程序的正确性和稳定性。
性能优化措施
针对程序运行效率、内存占用等方面进行优化， 如采用更高效的算法、压缩代码体积等。
3
可靠性保障措施
通过冗余设计、故障检测等手段，提高系统的可 靠性和稳定性，确保系统能够长时间稳定运行。
智能家居
智能家居系统中大量使用 单片机，如智能门锁、智 能照明、智能家电等。
医疗设备
医疗设备中常常需要用 到单片机，如血压计、 血糖仪、心电图机等。
交通运输
交通运输领域也大量使用单 片机，如汽车电子控制系统
、智能交通信号控制等。
优势和局限性分析
体积小、功耗低
单片机集成度高，体积小，功耗低， 便于携带和安装。
05
单片机应用系统测试与验 证
测试数据和结果分析
功能测试结果
记录各项功能的测试结果，包括正常情 况下的操作以及异常情况下的容错处理。
可靠性测试报告
记录可靠性测试的过程和结果，包括 故障现象、故障原因、故障处理等信
息。
性能测试数据
记录性能测试的各项指标数据，如处 理速度、响应时间、功耗等，并对数 据进行分析和比较。
传感器模块
用于实时监测家居环境参数，并将数 据传输给单片机进行处理。
系统组成和架构
通信模块
实现系统与手机APP、语音控制等外部设备的通信功能。
执行器模块
接收单片机的控制信号，驱动相应的家居设备执行相应动作。
系统组成和架构
架构
输标02入题
系统采用分层架构设计，包括感知层、控制层和应用 层。
01
03
软件调试和优化
1 2
软件调试方法
采用单步调试、断点调试等手段，对程序进行逐 步跟踪和调试，确保程序的正确性和稳定性。
性能优化措施
针对程序运行效率、内存占用等方面进行优化， 如采用更高效的算法、压缩代码体积等。
3
可靠性保障措施
通过冗余设计、故障检测等手段，提高系统的可 靠性和稳定性，确保系统能够长时间稳定运行。
智能家居
智能家居系统中大量使用 单片机，如智能门锁、智 能照明、智能家电等。
医疗设备
医疗设备中常常需要用 到单片机，如血压计、 血糖仪、心电图机等。
交通运输
交通运输领域也大量使用单 片机，如汽车电子控制系统
、智能交通信号控制等。
优势和局限性分析
体积小、功耗低
单片机集成度高，体积小，功耗低， 便于携带和安装。
05
单片机应用系统测试与验 证
单片机应用系统设计与开发(共10张PPT)
2、设计实例—交通信号灯控制系统
（1）控制要求： 设有一个南北（SN）向和东西(WE)向的十字路口，两方向各有两组相同交通控 制信号灯，每组各有四盏信号灯，分别为直行信号灯（S）、左拐信号灯 （L）、红灯（R）和黄灯（Y），交通控制信号灯布置如图7.1所示。 根据交通流量不同，交通信号灯的控制自动控制和分为手动控制两种。平 时使用自动控制，高峰区可使用手动控制。 手动控制时，用户通过键盘对交通信号灯进行人工控制；自动控制时，交 通信号灯控制规律可用图7.2状态转换图来描述。
单片机应用系统设计与开发
1、单片机应用系统设计概述 2、设计实例 —交通灯控制
1、单片机应用系统设计概述
设计要求
高可靠性 较强的环境适应能力 较好的实时性
易于操作和维护 具有一定的可扩充性 具有通信功能
设计步骤
需求分析
总体方案设计
硬件设计 软件设计
具有一定的可扩充性 系统功能调试与测试 产品验收和维护 文档编制和技术归档
功率开关接口和交通信号灯控制部分电路
显示器和键盘部分电路
（3）软件设计
程序流程图
（2）硬件设计
结构框图
CPU和存储器部分电路
2自、动设控计制实时例，—交交通通信信号号灯灯控控制制规系律统可用图7. 平功时率使 开用关自接动口控和制交，通高信峰号区灯可控使制用部手分动电控路制。 12、单设片计机实应例用—系交统通设灯计控概制述 单平片时机 使应用用自系动统控设制计，与高开峰发区可使用手动控制。 C单P片U机和应存用储系器统部设分计电与路开发 2根、据设交计通实流例量—不交同通，灯交控通制信号灯的控制自动控制和分为手动控制两种。 C平P时U使和用存自储动器控部制分，电高路峰区可使用手动控制。 根平据时交 使通用流自量动不控同制，交高通峰信区号可灯使的用控手制动自控动制控。制和分为手动控制两种。 2单、片设机计应实用例系—统交设通计灯与控开制发 平1、时单使片用机自应动用控系制统，设高计峰概区述可使用手动控制。 功CP率U开和关存接储口器和部交分通电信路号灯控制部分电路 功手率动开 控关制接时口，和用交户通信过号键灯盘控对制交部通分信电号路灯进行人工控制； 自2、动设控计制实时例，—交交通通信灯号控灯制控制规律可用图7. C根P据U交和通存流储量器不部同分，电交路通信号灯的控制自动控制和分为手动控制两种。 2功、率设开计关实接例口—和交交通通灯信控号制灯控制部分电路
第11章 基于Multisim的51单片机应用系统设计
BUS1
40 41
42 43 44 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12
13 14
15 16
P1B0T2 P1B1T2EX P1B2 P1B3 P1B4 P1B5MOSI P1B6MISO P1B7SCK RST P3B0RXD P3B1TXD P3B2INT0 P3B3INT1 P3B4T0 P3B5T1 P3B6WR P3B7RD XTAL2 XTAL1 GND
MOV TH0, #06H ；赋定时器初值为06H，计数250次溢出
MOV TL0, #06H
SETB P0.1
；P0.1置1
CLR P0.0
；P0.0置0
SETB TR0
；启动定时器
D5B1:JBC TF0, Y5B1 ；检测首次500µs
AJMP D5B1
Y5B1:SETB P0.0
；P0.0置1
⑷编制汇编程序
$MOD51 ORG 1000H ；主程序
；Metalink 汇编器包含对8051的定义 ；汇编程序存放地址
MAIN: START: SETB P3.4 ；P3.4初值为1
SETB P0.0 ；P0.0初值为1 CLR P0.1 ；P0.1初值为0
LOOP: MOV TMOD, #06H ；设T0方式2，外部计数
A8
A9
A10
A11
BUS1
A12
W
G E1 E2
HM1-65642-883
Ln1 Ln2 Ln3 Ln4 Ln5 Ln6 Ln7 Ln8
XLA1
1
Ln10 Ln11 Ln12
Ln8 Ln7 Ln6 Ln5 Ln4 Ln3 Ln2 Ln1 Ln13 Ln14 Ln8 Ln7 Ln6 Ln5 Ln4 Ln3 Ln2 Ln1
40 41
42 43 44 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12
13 14
15 16
P1B0T2 P1B1T2EX P1B2 P1B3 P1B4 P1B5MOSI P1B6MISO P1B7SCK RST P3B0RXD P3B1TXD P3B2INT0 P3B3INT1 P3B4T0 P3B5T1 P3B6WR P3B7RD XTAL2 XTAL1 GND
MOV TH0, #06H ；赋定时器初值为06H，计数250次溢出
MOV TL0, #06H
SETB P0.1
；P0.1置1
CLR P0.0
；P0.0置0
SETB TR0
；启动定时器
D5B1:JBC TF0, Y5B1 ；检测首次500µs
AJMP D5B1
Y5B1:SETB P0.0
；P0.0置1
⑷编制汇编程序
$MOD51 ORG 1000H ；主程序
；Metalink 汇编器包含对8051的定义 ；汇编程序存放地址
MAIN: START: SETB P3.4 ；P3.4初值为1
SETB P0.0 ；P0.0初值为1 CLR P0.1 ；P0.1初值为0
LOOP: MOV TMOD, #06H ；设T0方式2，外部计数
A8
A9
A10
A11
BUS1
A12
W
G E1 E2
HM1-65642-883
Ln1 Ln2 Ln3 Ln4 Ln5 Ln6 Ln7 Ln8
XLA1
1
Ln10 Ln11 Ln12
Ln8 Ln7 Ln6 Ln5 Ln4 Ln3 Ln2 Ln1 Ln13 Ln14 Ln8 Ln7 Ln6 Ln5 Ln4 Ln3 Ln2 Ln1
单片机应用系统设计实例与程序
单片机应用系统设计实例和程序
12.3.2 资源分配
在这些资源分配中，定时/计数器、中断、串行口 等分配比较容易，这里介绍程序存储器和数据存储器 的分配。
一．程序存储器ROM/EPROM资源的分配
程序存储器ROM/EPROM用于存放程序和数据表格。 按照MCS-51单片机的复位及中断入口的规定，002FH 以前的地址单元作为中断、复位入口地址区。在这些单 元中一般都设置了转移指令，用于转移到相应的中断服 务程序或复位启动程序。当程序存储器中存放的功能程 序及子程序数量较多时，应尽可能为它们设置入口地址 表。一般的常数、表格集中设置在表格区。二次开发， 扩展部分尽可能放在高位地址区。
仿真调试
仿真调试分硬件调试、软件调试和系统联调三个阶段。 （1）硬件调试
硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示 波器等），通过执行开发系统有关命令或测试程序，检查用 户系统硬件中存在的故障。它又可分为静态调试和动态调试 两步：
● 静态调试即用户系统什未么是工硬作件时调的试一？种硬件检查。一 般采用目测、万用表测试、加电测试等方法对印制电路板 及各芯片、器件进行检查。
单片机应用系统设计实例和程序
12.3.3 单片机应用系统开发工具
一个单片机应用系统经过总体设计，完成硬件 开发和软件设计，就进行硬件安装。硬件安装好后， 把编制好的程序写入存储器中，调试好后系统就可 以运行了。但用户设计的应用系统本身并不具备自 开发的能力，不能够写入程序和调试程序，这必须 借助于单片机开发系统才能完成这些工作。单片机 开发系统是能够模拟用户实际的单片机，并且能随 时观察运行的中间过程和结果，从而能对现场进行 模仿的仿真开发系统。通过它能很方便的对硬件电 路进行诊断和调试，得到正确的结果。
12.3.2 资源分配
在这些资源分配中，定时/计数器、中断、串行口 等分配比较容易，这里介绍程序存储器和数据存储器 的分配。
一．程序存储器ROM/EPROM资源的分配
程序存储器ROM/EPROM用于存放程序和数据表格。 按照MCS-51单片机的复位及中断入口的规定，002FH 以前的地址单元作为中断、复位入口地址区。在这些单 元中一般都设置了转移指令，用于转移到相应的中断服 务程序或复位启动程序。当程序存储器中存放的功能程 序及子程序数量较多时，应尽可能为它们设置入口地址 表。一般的常数、表格集中设置在表格区。二次开发， 扩展部分尽可能放在高位地址区。
仿真调试
仿真调试分硬件调试、软件调试和系统联调三个阶段。 （1）硬件调试
硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示 波器等），通过执行开发系统有关命令或测试程序，检查用 户系统硬件中存在的故障。它又可分为静态调试和动态调试 两步：
● 静态调试即用户系统什未么是工硬作件时调的试一？种硬件检查。一 般采用目测、万用表测试、加电测试等方法对印制电路板 及各芯片、器件进行检查。
单片机应用系统设计实例和程序
12.3.3 单片机应用系统开发工具
一个单片机应用系统经过总体设计，完成硬件 开发和软件设计，就进行硬件安装。硬件安装好后， 把编制好的程序写入存储器中，调试好后系统就可 以运行了。但用户设计的应用系统本身并不具备自 开发的能力，不能够写入程序和调试程序，这必须 借助于单片机开发系统才能完成这些工作。单片机 开发系统是能够模拟用户实际的单片机，并且能随 时观察运行的中间过程和结果，从而能对现场进行 模仿的仿真开发系统。通过它能很方便的对硬件电 路进行诊断和调试，得到正确的结果。
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根据功能单元相应日 期、时间单元减 1
日期、 时间缓冲区数转化为 ASCII 码放入 LCD 显示缓冲区
用 LCD 显示显示缓 冲区的信息
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.3 多路数字电压表的设计 11.3.1 多路数字电压表的功能要求
多路数字电压表的功能要求如下：
(1) 输入电压为8路。
(2) 电压值的范畴为0～5V。
包括三个部分内容：一是单片机芯片的选择，二是单片 机系统扩展，三是系统配置。 硬件系统设计通常要考虑以下几个方面。
1．程序存储器
2．数据存储器
3．I/O接口
4．译码电路 5．总线驱动器 6．抗干扰电路
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.1.4 单片机应用系统的软件设计
1、软件设计和硬件设计应统一考虑，相结合进行。 2、软件设计时，应根据系统软件功能的要求，将软 件分成若干个相对独立的部分，并根据它们之间 的联系和时间上的关系，设计出软件的总体结构， 画出程序流程框图。 3、选择编程语言,汇编语言和C语言。
是 取数据（OE=1） 0808 通道地址加 1 否 地址数小于 8 88？ 是 开始
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.4 多点温度测量系统设计 11.4.1 多点温度测量系统的功能要求
多点温度测量系统功能要求：
(1) 能够测量多点温度值。
(2) 精度0.1℃。
(3) 能通过显示器显示测量点编号和温度值。
C2
47uF
X1 C3
GND
47uF CRYSTAL 19
U1
XTAL1 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17
1nF
X2 C2
1nF
19
XTAL1
1 2 3
P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27
XTAL2
C3
1nF 9 RST
R1
200 29 30 31
BAT1 DS1302
2 X1 VCC1 VCC2 8 1 3V
PSEN ALE EA
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
开始
11.2.4 软件计时数码管显示时钟软件程序
1．主程序
开始
现场保护，重置初值 启动下一个 50ms 50ms 计数器加 1
2．数码管显示模块 略 3．定时器/计数 器T0中断服务程 序
否
50ms 计数器=20？ 是 秒单元加 1，50ms 计数器清 0
显示单元清 0 T0 初始化
否
秒单元=60？ 是 分单元加 1，秒单元清 0
21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17
P17 P16 P15
18
4 5 6
CRYSTAL
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
39 38 37 36 35 34 33 32
4、软件设计时要合理的分配系统资源。资源分配 中，定时/计数器、中断、串行口等分配比较容 易，这里介绍程序存储器和数据存储器的分配。
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.2 单片机电子时钟的设计
11.2.1 单片机电子时钟的功能要求
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。
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.2.2 总体方案设计
单片机电子时钟方案选择主要涉及两个方面：计时方案 和显示方案。
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 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。
章 节
11.1 11.2 11.3 11.4 单片机应用系统的开发过程 电子时钟的设计 多路数字电压表的设计 多点温度测量系统设计
3
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.1 单片机应用系统的开发过程
11.1.1 应具备的知识和能力
1．要具有一定的硬件基础知识 2．要有一定的动手能力 3．要具备一定的软件设计能力 4．要具有综合运用新知识和新技术的能力 5．要具有搜集、检索、提炼有用知识和资料的能力
50%
1k
RV2
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.3.4 多路数字电压表软件程序
开始
2．A/D转换子程序
开始
1 ． 主 程 序
定时/计数器初始化 LCD 初始化 LCD 显示提示信息
启动一次转换 否
A/D 转换结束 EOC=1？
调用 A/D 转换子程序 判通道键是否按 下，按下加 1 当前通道数字量 转换成电压 显示当前通道值
(4) 可轮流显示各测量点或指定显示某个测量点。
20
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.4.2 多点温度测量系统的总体设计
时钟电路 复位电路 按键
51 单 片机
显示模块
测温 模块 1
测温 模块 2
测温 … 模块 N
21
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.4.3 多点温度测量系统的硬件电路
RS RW E
U1
R2 R3 R4
10k 10k 10k
X1
CRYSTAL 3 X2 RST SCLK I/O
5 7 6 P15 P16 P17
DS1302
1 2 3 4 5 6 7 8
K0 K1 K2
P1.0/T2 P1.1/T2EX P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AT89C52
否
允许 T0 中断 调用显示子程序 调用按键处理程序
分单元=60？ 是 时单元加 1，分单元清 0
否
时单元=24？ 是 时单元清 0
中断返回
第11章 单片机应用系统设计及举例
4．按键处理模块
开始
关中断
功能键按下否？ 否 加 1 键按下否？ =60？ 否 减 1 键按下否？ 否 开中断
是
延时消抖
模式计数器加 1，如等于 3， 则回到 0 模式计数器等于 0 不作处理，等于 1 小时加 1，等于 2 分加 1。 等 2 分加 1 模式计数器等于 0 不作处理，等于 1 小时加 1，等于 2 分加 1。 等 2 分加 1
2．显示方案
显示通常采用两种方式：LED数码管显示和LCD液晶显示。
第11章 单片机应用系统设计及举例
时钟电路
复位电路
51单片 机
LED
按键
时钟电路
51单片 机
LCD 时钟芯片
复位电路
按键
软件计时LED显示时钟总体框
硬件定时LCD显示时钟总体框
第11章 单片机应用系统设计及举例
11.2.3 软件计时数码管显示时钟硬件电路
200 29 30 31 PSEN ALE EA
17 14 15 8 18 19 20 21 7 6 10
OUT8 OUT7 OUT6 OUT5 OUT4 OUT3 OUT2 OUT1 EOC START CLOCK ADC0808
P00 7 P01 8 P02 9 P03 10 P04 11 P05 12 P06 13 P07 14
开始
第11章 单片机应用系统设计及举例
LCD 初始化
在 LCD 显示提示信息
11.2.6 硬 件定时液 晶显示时 钟软件程 序
功能开关 K1 按下？ Y 功能单Y K3 按下？ N 读 DS1302 日历时钟寄存器 数存入日期、时间缓冲区
根据功能单元相应日 期、时间单元加 1
第11章 单片机应用系统设计及举例
单片机原理与应用及C51程序设计 (第3版)
谢维成 杨加国主编
清华大学出版社
1
第11章 单片机应用系统设计及举例
第11章 单片机应用系统设计及举例 主要内容： 本章将首先介绍单片机应用系统设计的 开发过程，而后以几个典型的例子介绍单 片机应用系统设计。
2
第11章 单片机应用系统设计及举例
18
XTAL2
C1
1nF
9
R1
1k 29 30 31
RST
VCC
PSEN ALE EA
R5 R4 R3 K0
5.1k 5.1k 5.1k 1 2 3 4 5 6 7 8 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 80C51
K1
K2
第11章 单片机应用系统设计及举例
RESPACK-8
RP1