單片機第十章資料

1、第10章單片機應用實例與系統(tǒng)開發(fā)10.1 單片機應用系統(tǒng)實例10.2 單片機系統(tǒng)的開發(fā)應用過程10.3 單片機開發(fā)系統(tǒng)10.4 單片微機系統(tǒng)應用開發(fā)舉例10.1單片機應用系統(tǒng)實例單片機應用系統(tǒng)實例單片機由于簡單易學、成本低廉，深受各個應用領(lǐng)域廣大科技工作者和電子愛好者的歡迎。在本節(jié)所介紹的應用實例中的程序分別用MCS-51匯編語言和Cx51環(huán)境下的C語言實現(xiàn)。10.1.1 光電計數(shù)器光電計數(shù)器在很多情況下，需要對外部事件進行計數(shù)，用單片機可以方便地構(gòu)成各種不同功能的計數(shù)器。1. 硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計圖10-1 光電計數(shù)器硬件電路原理圖本例利用光敏三極管接收計數(shù)脈沖（由外部事件轉(zhuǎn)換為計數(shù)輸入

2、脈沖），當光敏三極管未受光照而截止時其集電極輸出高電平，受光照而導通時其集電極輸出低電平，如此便在光敏三極管的集電極產(chǎn)生一個負脈沖。為了防止計數(shù)過程中外界的干擾信號，該負脈沖經(jīng)施密特觸發(fā)器進行整形后，接在單片機定時器/計數(shù)器的輸入端，便可以對光電信號產(chǎn)生的脈沖進行計數(shù)。通過單片機的P1口外接8只發(fā)光二極管來顯示當前計數(shù)值，設(shè)定0.5s顯示一次。本例中，使用單片機的定時器/計數(shù)器T0，將光電計數(shù)器的計數(shù)輸入端接在單片機定時器/計數(shù)器T0的計數(shù)輸入引腳T0（P3.4）上，由定時器/計數(shù)器T1加上一個軟計數(shù)器完成0.5s的定時，每當定時時間到時，就從定時器/計數(shù)器T0中讀出當前計數(shù)值，并送到P1口進

3、行顯示。為方便起見，采用二極管靜態(tài)顯示，以8位二進制方式表示計數(shù)值。硬件電路如圖10-1所示。2. 軟件設(shè)計軟件設(shè)計假定單片機的晶振頻率為6MHz。定時器/計數(shù)器T0設(shè)為工作方式2、計數(shù)工作方式、禁止中斷，其初始值為(TH0)=00H、(TL0)=00H。定時器/計數(shù)器T1設(shè)為工作方式1、定時工作方式，定時時間為125ms，其初始值為(TH1)= 0BH、(TL1)=0DCH，禁止中斷。匯編語言程序清單如下：圖10-1 光電計數(shù)器硬件電路原理圖ORG0000HAJMPMAINORG0100HMAIN:MOV TMOD, #16HMOVTH0, #00HMOVTL0, #00HMOVTH1, #

4、0BHMOVTL1, #0DCHSETBTR0SETBTR1LOOP:MOVR0, #04HLOOP1:JNBTF1, CLRTF1MOVTH1, #0BH ; T1重新設(shè)置125ms定時初始值MOVTL1, #0DCHDJNZR0, LOOP1; 0.5s到否？CLRTR0; 關(guān)閉定時器T0MOVA, TL0; 讀出當前計數(shù)值SETBTR0; 開啟定時器T0CPLA; 取反（因發(fā)光二極管共陽極接法）MOVP1, A; 顯示當前計數(shù)值SJMPLOOP; 循環(huán)END同樣功能的Cx51程序清單如下：void main( void )unsigned char n; unsigned char nP

5、ulseCount; IE = 0 x00; TMOD = 0 x16;/* T0工作方式2計數(shù)，T1工作方式1定時 */ TH0 = 0;/* T0計數(shù)初始值 */ TL0 = 0; TH1 = 0 x0B;/* T1定時125ms的初始值 */ TL1 = 0 xDC; TR0 = 1;/* 啟動定時器T0 */ TR1 = 1;/* 啟動定時器T1 */while(1) for( n=4; n0; n- )/* 0.5s到否？ */ while( TF1=0 );/* 125ms到否？ */ TF1=0;TH1 = 0 x0B;/* T1重新設(shè)置125ms定時初始 值 */ TL1 =

6、0 xDC; TR0=0;/* 關(guān)閉定時器T0 */ nPulseCount = TL0;/* 讀出當前計數(shù)值 */ TR0=1;/* 開啟定時器T0 */ P1=nPulseCount;/* 取反、顯示當前計數(shù)值*/ 10.1.2 時間順序控制器時間順序控制器在單片機應用系統(tǒng)設(shè)計時，經(jīng)常遇到需對所控多個對象按時間順序進行逐個控制。本例采用單片機實現(xiàn)時間順序控制的功能。同時，可以對系統(tǒng)故障進行報警。1. 硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計假設(shè)系統(tǒng)的晶振頻率為6MHz，為調(diào)試方便可用發(fā)光二極管模擬控制器的繼電器（發(fā)光二極管發(fā)光，則表示繼電器動作，即某個對象開始工作），用手動按鍵來模擬檢測到控制器故障。當有

7、故障時蜂鳴器報警，直到故障排除，系統(tǒng)恢復正常。時間順序控制器電路如圖10-2所示。2. 軟件設(shè)計軟件設(shè)計程序清單：(程序代碼見課本P232)圖10-2 時間順序控制器電路原理圖10.1.3 轉(zhuǎn)速表轉(zhuǎn)速表1. 硬件設(shè)計硬件設(shè)計以霍爾傳感器CS837作為輸入器件，然后利用單片機的定時器/計數(shù)器T0的計數(shù)輸入端，對傳感器輸入的脈沖進行計數(shù)，就可以很方便地對轉(zhuǎn)速進行測量。圖10-3所示為簡單轉(zhuǎn)速表的硬件電路圖。輸入主要有霍爾傳感器CS837構(gòu)成，經(jīng)輸出驅(qū)動后接至單片機的定時器/計數(shù)器T0計數(shù)輸入端T0引腳；為方便起見，輸出則有P1口外接的8只發(fā)光二極管來顯示轉(zhuǎn)速值（二進制）。2. 軟件設(shè)計軟件設(shè)計轉(zhuǎn)速

8、表的轉(zhuǎn)速測量采用直接測量法。即由定時器/計數(shù)器T1和一個軟計數(shù)器來完成1min的定時，由定時器/計數(shù)器T0來完成對轉(zhuǎn)速的測量。從硬件電路可以看出，圖10-3所示的轉(zhuǎn)速表的測量范圍是0255r/min。由于程序比較簡單，所以直接給出。程序清單如下：(程序代碼見課本P218)圖10-3 簡單轉(zhuǎn)速表的硬件電路圖10.1.4 交通燈管理系統(tǒng)交通燈管理系統(tǒng)此系統(tǒng)能夠真實模擬雙干線交通信號的管理。系統(tǒng)設(shè)置兩組紅、黃、綠燈，并配置兩對LED顯示器和一個緊急車輛放行按鈕。正常情況下兩個干線上的紅、黃、綠燈進行轉(zhuǎn)換，并以倒計數(shù)的方式將剩余時間顯示在每個干線對應的兩位LED顯示器上，當有緊急車輛要通過時，兩個方向

9、的紅燈同時點亮，以禁止其他車輛通行。當緊急車輛通過后，再按一次緊急按鈕，繼續(xù)緊急車輛通過前的狀態(tài)。如果再增加4個按鈕，還可以對每個干線的車輛放行時間進行調(diào)整。1硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計為調(diào)試方便可用6個發(fā)光二極管模擬交通指示燈，系統(tǒng)使用AT89C51或8751的P1口作字形口，P2口作字位口。P3.0接東西向紅燈；P3.1接東西向黃燈；P3.4接東西向綠燈；P3.5接南北向紅燈；P3.6接南北向黃燈；P3.7接南北向綠燈。P3.2接緊急按鈕；P3.3接緊急解除按鈕。LED為共陰極，字形采用反向驅(qū)動，字位采用同向驅(qū)動。2.軟件設(shè)計（代碼見課本軟件設(shè)計（代碼見課本P239）圖10-4 交通燈管理系

10、統(tǒng)電路圖10.2 單片機系統(tǒng)的開發(fā)應用過程單片機系統(tǒng)的開發(fā)應用過程單片機系統(tǒng)的應用開發(fā)過程也從過去的“手工作坊”式的個人工作模式逐漸向標準化，系統(tǒng)化，聯(lián)合化，層次化發(fā)展。所謂的標準化是指系統(tǒng)模塊、基礎(chǔ)算法模塊、常用的主要功能模塊正在逐步的標準化；系統(tǒng)化是指開發(fā)流程從過去的比較多的自下向上的開發(fā)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽皂斚蛳碌拈_發(fā)模式，并且引入了較多的系統(tǒng)需求與系統(tǒng)分析的原軟件工程領(lǐng)域的先進的思想與方法，逐漸出現(xiàn)設(shè)計與實現(xiàn)的分離、軟件設(shè)計與硬件設(shè)計的分離。 聯(lián)合化是指較大型或知識較為密集型的系統(tǒng)或產(chǎn)品中越來越多的出現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計思想、關(guān)鍵算法、甚至一個程序的不同部分不再由同一個人全部掌管。 所謂層次化是指隨著分

11、工合作的發(fā)展，原來各個層次軟件的開發(fā)者均為同一人的現(xiàn)象逐漸消失，開發(fā)語言層次、操作系統(tǒng)層次、應用程序?qū)哟?、專業(yè)算法層次、IO接口層次、知識產(chǎn)權(quán)層次都是分屬不同的開發(fā)者甚至相互未曾謀面、不同國別的合作開發(fā)者。 10.2.1 總體論證總體論證一個產(chǎn)品或項目提出之后，要完成其任務，第一步首先要進行總體論證，它主要是對項目調(diào)研進行可行性分析，即對所研制任務的功能和技術(shù)指標詳細分析、研究，明確功能的要求；對技術(shù)指標進行一些調(diào)查、分析和研究；對產(chǎn)品或項目的先進性、可靠性、可維護性、可行性以及功能/價格比進行綜合考慮；同時還要對國內(nèi)外同類產(chǎn)品或項目的應用和發(fā)展情況予以了解。10.2.2 總體設(shè)計總體設(shè)計單片

12、機應用系統(tǒng)的總體設(shè)計主要包括系統(tǒng)功能（任務）的分配、確定軟硬件任務及相互關(guān)系、單片機系統(tǒng)的選型和擬定調(diào)試方案和手段等。系統(tǒng)任務的分配、確定軟硬件任務及相互關(guān)系包括兩方面的含義，一是必須由硬件或軟件完成的任務，相互之間是不能替代的；二是有些任務雙方均能完成，還有些任務需要軟、硬件配合才能完成。這就要綜合考慮軟、硬件的優(yōu)勢和其他因素如速度、成本、體積等進行合理的分配。 10.2.3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計硬件開發(fā)的第一步是電路原理圖的設(shè)計，它包括常規(guī)通用邏輯電路的設(shè)計和特殊專用電路的原理設(shè)計。專用電路的原理設(shè)計，它一般沒有現(xiàn)成的電路，要根據(jù)要求首先進行原理設(shè)計。在理論分析通過的基礎(chǔ)上可進行實際電路的試驗

13、、調(diào)試和確認。整個系統(tǒng)的硬件電路原理圖設(shè)計完畢并確認無誤后，可進行元器件的配置，即將系統(tǒng)所有元器件（外型尺寸不同）購齊以備繪制印制電路板使用。印制電路板的設(shè)計也可委托相關(guān)廠家，但需提供系統(tǒng)電路原理圖中所有元器件的型號、參數(shù)和尺寸，如有特別要求（元器件的布局）應事先提出。印制電路板制作出來之后，要用萬用表進行檢查，對照設(shè)計圖檢查有否短路、斷路和連接錯誤，檢查后可進行元器件的焊接和裝配。10.2.4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計針對目前最通用的單片機8051和目前最流行的程序設(shè)計語言C，以Franklin/Keil的編譯器為工具，推出了單片機的C語言程序設(shè)計。 10.2.5 聯(lián)機調(diào)試聯(lián)機調(diào)試聯(lián)機調(diào)試，就是借助

14、開發(fā)工具對所設(shè)計應用系統(tǒng)的硬件進行檢查，排除設(shè)計和焊接裝配的故障。 10.2.6下載測試下載測試聯(lián)機調(diào)試完成后，將程序?qū)懭耄ㄏ螺d）程序存儲器中。常見下載程序的方法有：ISP下載、串口下載、IAP下載、直接USB下載等。下面給出一種用STC-ISP軟件直接將.HEX文件寫入單片機芯片的方法。該軟件完成下載功能需以下幾個步驟：1）正確配置單片機開發(fā)電路。通過PC機RS-232串口與STC單片機應用電路連接（ISP在線下載），也可以通過PC機USB口使用USB轉(zhuǎn)RS-232串口數(shù)據(jù)線下載。2）正確安裝STC-ISP-V4.83軟件并啟動該軟件。讀者可以在http:/ 窗口的“Download”按鈕，

15、接著給單片機電路通電，便開始下載。“Re-Download/重復下載”常用于大批量的編程。7）下載完成后，可直接運行單片機電路以觀察結(jié)果是否符合功能要求。如果有誤，可排查故障后重新下載，直至實驗結(jié)果正確為止。10.2.7 脫機運行脫機運行聯(lián)機調(diào)試完成后，可將程序?qū)懭隕PROM或片內(nèi)ROM中，脫機運行考核。以確定應用系統(tǒng)能否可靠、穩(wěn)定地工作 。10.3 單片機開發(fā)系統(tǒng)單片機開發(fā)系統(tǒng)10.3.1 開發(fā)系統(tǒng)的基本功能開發(fā)系統(tǒng)的基本功能一個單片機系統(tǒng)是面向應用而設(shè)計的，其本身并不具備開發(fā)功能。這些開發(fā)系統(tǒng)通常包含兩部分，一部分是開發(fā)裝置，一部分是開發(fā)軟件。開發(fā)裝置是一臺功能較強，固化有監(jiān)控程序，檢察、

16、調(diào)試手段齊全，資源非常豐富的與所開發(fā)對象完全配套的單板型單片機系統(tǒng)。開發(fā)軟件是與開發(fā)裝置相配套的在系統(tǒng)微機上運行的用高級語言編寫的應用程序，它一般具有行編輯或全屏幕編輯的文本輸入功能，使用戶方便地在DOS或Windows環(huán)境下用匯編語言編寫和修改源程序文件。 10.3.2 開發(fā)系統(tǒng)簡介開發(fā)系統(tǒng)簡介1. DICE系列仿真開發(fā)器系列仿真開發(fā)器DICE系列單片微機仿真開發(fā)器是一種高性能的單片機開發(fā)裝置。DICE-5928型是屬高檔通用型單片微機仿真開發(fā)器。本機采用三CPU一體式結(jié)構(gòu)。這樣，一機即為可開發(fā)Intel MCS-51系列、MCS-96系列以及PHILIPS-80C51系列單片微機的多用型在

17、線仿真、開發(fā)器。不同CPU的仿真、開發(fā)，只需切換一只開關(guān)，而不需更換CPU。2. DAIS系列仿真開發(fā)器系列仿真開發(fā)器DAIS系列仿真開發(fā)器是北京啟東達愛思電子有限公司開發(fā)生產(chǎn)的系列產(chǎn)品。 10.4 單片微機系統(tǒng)應用開發(fā)舉例單片微機系統(tǒng)應用開發(fā)舉例10.4.1電機調(diào)速系統(tǒng)電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計一電機調(diào)速系統(tǒng)，利用H橋來驅(qū)動電機，通過單片機P3.0、P3.1分別控制電機轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向。電機的速度采用PWM（Pulse Width Modulation）技術(shù)控制。PWM簡稱脈沖寬度調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)。使用兩個四位一體共陰極數(shù)碼管，分別來顯示所設(shè)定的轉(zhuǎn)速

18、及當前電機的實際轉(zhuǎn)速。設(shè)計過程一般步驟如下：1）項目論證、分析及總體設(shè)計。2）硬件設(shè)計。單片機選擇可以在線下載的STC89s51芯片，電機調(diào)速系統(tǒng)硬件電路如圖10-9所示。其中部分元器件定義及功能如下： 電機三個輸出引腳功能為：RPM：電機旋轉(zhuǎn)一周輸出12個脈沖。T0：電機旋轉(zhuǎn)一周輸出1個脈沖。圖10-9 單片機電機調(diào)速系統(tǒng)硬件電路圖T1：與RPM引腳功能相同，單輸出波形其相位不同。 LED（D1）：當設(shè)置電機速度大于電機旋轉(zhuǎn)速度最大值時，D1被點亮，提示設(shè)置錯誤。 設(shè)置轉(zhuǎn)速Key1鍵：每按下一次，可分別按序依次選擇設(shè)置符號位（旋轉(zhuǎn)方向）、百位、十位、個位的轉(zhuǎn)速數(shù)值（點亮數(shù)碼管相應位小數(shù)點）。

19、 若設(shè)置符號位，可通過按下Key2或者Key3設(shè)定符號位的正或負，若為正則不顯示，若為負則顯示符號“”，表示電機反轉(zhuǎn)；若設(shè)置位數(shù)值，可按下Key2或者Key3，對相應位進行加1或者減1操作。 當Key1鍵第五次按下，熄滅個位數(shù)碼管小數(shù)點，表示設(shè)置完成，電機將運行一段時間達到設(shè)定速度。3）軟件設(shè)計代碼詳見課本P253。4）Proteus仿真。在Proteus ISIS下成功畫出電路圖，加載源程序在Keil下生成的.HEX文件，進行仿真調(diào)試。5）STC下載。通過STC-ISP軟件在線下載程序到電機調(diào)速電路中的STC89s51單片機中，觀察結(jié)果，如有錯誤，可反復下載直至成功。6）脫機運行。下載完成后

20、，需脫機運行考核，以確定電機調(diào)速系統(tǒng)能可靠、穩(wěn)定地工作，方可投入使用。10.4.2實驗及教學綜合樓智能化實驗及教學綜合樓智能化管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)1.系統(tǒng)簡介系統(tǒng)簡介本項目中的實驗、教學綜合樓是這樣設(shè)定的：建筑樓層共6層，每層分成試驗室區(qū)和多媒體投影教室區(qū)。實驗室區(qū)中的實驗室涉及倉庫、辦公區(qū)，化工類實驗室，電子類實驗室，嵌入式計算機類實驗室和軟件實驗室等。多媒體教室的設(shè)備配置大體相同，具有投影、音響等基本教學設(shè)備等。我們欲通過本系統(tǒng)的應用實現(xiàn)在完全保證教學活動的前提下，使整個建筑成為一個節(jié)能、安全、高效、科學的教學單位。其各個教室即可獨立控制，又可以在總控室的統(tǒng)一控制下協(xié)調(diào)運作。2總體設(shè)計與模塊功能分配總體設(shè)計與模塊功能分配（1）需求分析）需求分析與總體設(shè)計與總體設(shè)計由于本系統(tǒng)針對的建筑物各樓層之間甚至同一層之內(nèi)的教學科研功能各不相同，因此總體結(jié)構(gòu)上已采用三層結(jié)構(gòu)：總控室，樓層控制器，教學單元控制器。根據(jù)現(xiàn)代化智能教學樓的節(jié)能、舒適、安全、有序的要求，其中每個教室或?qū)嶒炇揖哂幸粋€功能可剪裁的“單元控制器”使教室/試驗室可以獨立運轉(zhuǎn)。實現(xiàn)對教學單位內(nèi)的溫度、濕度、光照度、空間使用狀態(tài)、設(shè)備使用狀態(tài)、風機/空調(diào)器運行