9章 單片機工程應用技術教學課件教學課件

1、第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術陜西科技大學吉濤第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術內容提要：了解單片機工程應用系統(tǒng)結構；掌握單片機應用系統(tǒng)工程設計的步驟、方法；（重點）熟悉單片機應用中的硬件抗干擾和軟件抗干擾技術；（重點）了解單片機穩(wěn)壓電源模塊設計；掌握常用接口驅動電路的應用技術。（重點）學習難點：工程項目設計的方法和技巧；單片機應用系統(tǒng)的調試；抗干擾技術及應用 。 第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術單片機應用系統(tǒng)的結構 包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)：包括單片機系統(tǒng)、用于測控目的的前向傳感器輸入通道，用于輸出

2、控制的后向伺服控制通道以及基本的人機界面通道，在較復雜的測控系統(tǒng)中，還可能使用到多機系統(tǒng)，會增加包括機-機之間進行通信的信息交互通道。軟件系統(tǒng)：指應用程序，如D/A或A/D 轉換程序，數(shù)據(jù)采樣程序、數(shù)字濾波程序、標度變換程序、鍵盤處理程序、顯示程序、過程控制程序（如PID運算程序、數(shù)字控制程序）等。 單片機應用系統(tǒng)硬件的基本構成 第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術單片機應用系統(tǒng)設計的要求與內容設計要求：高可靠性：要求在設計時將安全可靠性放在第一位。包括選用可靠性高的單片機及接口、外圍設備，盡可能選擇典型電路，另外還要考慮出故障時的預防措施和備用設備方案的選擇；操作性好：單片機控制系

3、統(tǒng)要操作方便、維修簡單；實時性強：單片機控制系統(tǒng)大多用于實時控制，設計時要合理設置中斷資源、分配中斷級別，確保能及時處理各種緊急事件和故障；通用性好：硬件設計方便進行二次開發(fā)和系統(tǒng)維修；軟件設計采用標準模塊化結構，便于按系統(tǒng)要求繼承和遷移；性能價格比高：系統(tǒng)在設計時要力求“夠用就行”的設計原則，在滿足功能需求的前提下，盡可能降低成本。 第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術單片機應用系統(tǒng)設計的要求與內容設計內容設計內容 單片機系統(tǒng)設計：根據(jù)工程項目需求，在眾多的MCS-51兼容系列中選擇一款，以最小系統(tǒng)為基礎，通過系統(tǒng)擴展，構成一個完善的單片機系統(tǒng)；通道與接口設計：分類設計系統(tǒng)需要的各

4、種通道，設計接口電路。由于通道大都是通過I/O口進行配置的，與單片機本身的聯(lián)系不甚緊密，故大多數(shù)接口電路都能方便地移植到選定的單片機應用系統(tǒng)中；系統(tǒng)抗干擾設計：抗干擾設計貫穿應用系統(tǒng)設計的全過程。從具體方案、器件選擇到電路系統(tǒng)設計，從硬件系統(tǒng)設計到軟件系統(tǒng)設計，都要把抗干擾設計列為一項重要工作；應用軟件設計：按照功能需求和硬件電路模塊，設計應用軟件。第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術單片機應用系統(tǒng)設計過程及方法 總體設計：對系統(tǒng)功能和性能的認識和合理分析，系統(tǒng)單片機及關鍵芯片的選型，系統(tǒng)基本結構的確立和軟、硬件功能的劃分。 硬件設計：任務是根據(jù)總體設計給出的系統(tǒng)結構框圖，逐個設計每

5、一個功能單元的詳細電路原理圖，最后綜合成為一個完整的硬件系統(tǒng)。 軟件設計：關鍵是確定軟件應完成的任務及選擇相應的軟件結構。 系統(tǒng)調試：目的是要查出用戶系統(tǒng)中硬件設計與軟件設計中存在的錯誤及可能出現(xiàn)的不協(xié)調問題，以便修改設計，最終使用戶系統(tǒng)能正確可靠地工作。 第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術單片機應用系統(tǒng)設計過程及方法應用系統(tǒng)調試方法系統(tǒng)調試包括硬件調試、軟件調試和軟、硬件聯(lián)調。 硬件調試：對印刷電路板、所用的元器件進行質量檢查、測試以及對照；采用萬用表、示波器、信號發(fā)生器等一般調試工具和測試軟件對硬件電路電氣性能測試，看是否能正常工作；軟件調試：一般是聯(lián)機調試，另一種是模擬調試，

6、經(jīng)常采用兩種方法：PC+在線仿真器+編程器 PC+模擬仿真軟件+編程器 軟、硬件聯(lián)調 最后還需將系統(tǒng)投入工程應用現(xiàn)場進行試運行 系統(tǒng)調試過程 第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)調試工具 常用的開發(fā)調試工具包括硬件和軟件工具 軟件工具主要指電子電路設計軟件、電路仿真軟件、單片機集成調試環(huán)境軟件等； 硬件包括與應用系統(tǒng)開發(fā)有關的所有硬件工具 單片機開發(fā)系統(tǒng)單片機開發(fā)系統(tǒng) ：第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)調試工具 硬件包括與應用系統(tǒng)開發(fā)有關的所有硬件工具 單片機開發(fā)系統(tǒng)單片機開發(fā)系統(tǒng) ：第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術

7、單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)調試工具 硬件包括與應用系統(tǒng)開發(fā)有關的所有硬件工具 其他調試工具：萬用表：萬用表：用于測量硬件電路的通斷、測試點處穩(wěn)定電流或電壓值；邏輯筆：邏輯筆：主要用于測試數(shù)字電路中測試點的電平狀態(tài)(高或低)及脈沖信號的有無；信號發(fā)生器：信號發(fā)生器：它可作為系統(tǒng)測試時的數(shù)字電路輸入源和模擬電路輸入源，對于模擬調試階段是非常有用；示波器：示波器：可以測量電平、模擬信號波形及頻率，還可以同時觀察兩個或三個信號的波形及它們之間的相位差。邏輯分析儀：邏輯分析儀：能夠以單通道或多通道實時獲取與觸發(fā)事件的邏輯信號，可保存顯示觸發(fā)事件前后所獲取的信號，供操作者隨時觀察， 第第9章章單片機工程應用技術

8、單片機工程應用技術干擾源分析 外部干擾：主要來源有電源電網(wǎng)電壓的波動； 內部干擾：由系統(tǒng)的結構布局、制造工藝所引入的。如分布電容、分布電感引起的耦合感應，電磁場輻射感應，長線傳輸造成的波反射；多點接地造成的電位差引入的干擾；裝置及設備中各種寄生振蕩引入的干擾以及熱噪聲、閃變噪聲、尖峰噪聲等引入的干擾；甚至元器件產(chǎn)生的噪聲等。干擾竄入的渠道主要有三條： 空間干擾，即場干擾，通過電磁波輻射竄入系統(tǒng)； 過程通道干擾，干擾通過與主機相聯(lián)的前向通道、后向通道及與其他主機的相互通道進入； 供電系統(tǒng)干擾。第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術硬件抗干擾設計 電源系統(tǒng)的抗干擾；接地系統(tǒng)抗干擾；前向、后

9、向通道的抗干擾傳輸線的抗干擾 電路板布線的抗干擾 軟件抗干擾設計 數(shù)據(jù)采集中的軟件抗干擾程序運行中的抗干擾 第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術單片機系統(tǒng)的直流供電形式主要有兩種，一種是采用電池供電，另一種是使用直流穩(wěn)壓電源供電。直流穩(wěn)壓電源主要有線性電源和開關電源兩種類型對于單片機這樣的低成本應用系統(tǒng)，更多的還是采用簡易的線性電源，制作非常容易。本節(jié)將介紹常用的以三端式集成穩(wěn)壓器為核心的單片機直流穩(wěn)壓電源電路設計。 三端穩(wěn)壓器介紹 ： 集成穩(wěn)壓器只有輸入端、輸出端和公共端三個引腳端，故稱為三端集成穩(wěn)壓器。第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術基于三端穩(wěn)壓器的電源穩(wěn)壓電路設計 ： 單片機的工作電壓在5V左右，設計中可以選用7805組成單片機電源電路 T 工頻交流脈動直流 直流整流濾波穩(wěn)壓負載第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術三極管驅動電路 單三極管驅動電路 復合管驅動電路 光電耦合器件驅動電路 光電耦合器概念 光電耦合隔離電路 晶閘管驅動電路繼電器驅動電路 第第9章章單片機工程應用技術單片機工程應用技術介紹了單片機工程應用系統(tǒng)的基本結構，設