第9章--單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)ppt課件(全)

1、第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)吳政江制作 貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院貴州省人才培養(yǎng)優(yōu)秀單位9.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一般方法 9.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具 9.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例 實(shí)訓(xùn)十：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制球賽計(jì)分牌設(shè)計(jì) 小結(jié)習(xí)題與思考題9.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一般方法9.1.1 確定任務(wù) 在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)前必須明確課題的完成期限，認(rèn)真進(jìn)行目標(biāo)分析，并根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合、工作環(huán)境、具體用途，考慮系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護(hù)性、先進(jìn)性，以及成本等，提出合理的、詳盡的功能技術(shù)指標(biāo)。9.1.2 總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)就是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)、指標(biāo)要求和給定條件，比較國(guó)內(nèi)外相似課題的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)場(chǎng)條件的軟、硬件方

2、案，并進(jìn)行方案優(yōu)化。一般包括以下幾個(gè)方面。（1）明確設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)（2）建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 （3）總體方案的設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)成。單片機(jī)機(jī)型的選擇。單片機(jī)硬件/軟件的功能分配。器件資源分配。開(kāi)發(fā)工具選擇。外圍器件的選擇。系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)。開(kāi)發(fā)研制的周期。9.1.3 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)就是在總體方案的指導(dǎo)下，對(duì)構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的所有功能部分進(jìn)行詳細(xì)具體的電路設(shè)計(jì)。首先要設(shè)計(jì)出各部分硬件電路原理圖，然后在面包板上搭出電路進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)(一些簡(jiǎn)單、成熟的方案可不用單獨(dú)實(shí)驗(yàn))。 解決抗干擾問(wèn)題，提高系統(tǒng)可靠性的常用措施有以下幾個(gè)方面。（1）在硬件設(shè)計(jì)和加工時(shí)應(yīng)注意選用質(zhì)量好的電子元件、連接器等，并進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)

3、試和篩選。（2）電路設(shè)計(jì)時(shí)要注意電平匹配。（3）設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮阻抗匹配，各部分間驅(qū)動(dòng)能力要留有余地。（4）在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，強(qiáng)、弱電要嚴(yán)格分開(kāi)，數(shù)字地和模擬地也要分開(kāi)，分別與電源端地線相連。并且接地線要盡量加粗，在印刷電路板的關(guān)鍵部位應(yīng)加去耦電容。（5）對(duì)供電電源要采取抗干擾措施。（6）對(duì)輸入/輸出通道采取抗干擾措施。9.1.4 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)就是在總體設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用程序進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。它包括程序的總體結(jié)構(gòu)，程序流程圖，具體程序的編制以及程序的檢查修改等。（1）程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2）建立數(shù)學(xué)模型。描述出各輸入變量和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。（3）繪制程序流程圖（4

4、）程序的編制（5）程序的檢查與修改（6）軟件抗干擾技術(shù)抑制疊加在模擬輸入信號(hào)上的干擾噪聲的影響，如數(shù)字濾波技術(shù)、輸出口重新刷新技術(shù)等。防止由于干擾使程序運(yùn)行發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序跑飛或陷入死循環(huán)時(shí)能將其納入正軌的措施，如軟件指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)、看門狗技術(shù)等。9.1.5 系統(tǒng)的仿真調(diào)試與運(yùn)行1、系統(tǒng)調(diào)試的重要意義。2、硬件調(diào)試。3、軟件調(diào)試。一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個(gè)階段。4、試運(yùn)行。5、程序固化及現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。9.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具9.2.1 單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 如圖9-1所示，它是由一臺(tái)系統(tǒng)主機(jī)、一臺(tái)在線仿真器和一臺(tái)通用編程器構(gòu)成。其中最基本的、必不可少的工具是系統(tǒng)主機(jī)和

5、編程器。如果使用EPROM作為程序存儲(chǔ)器，還需要臺(tái)紫外線擦除器。圖9-1 單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主機(jī)在線仿真器通用編程器9.2.2 單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能（1）在線仿真功能單片機(jī)仿真功能。模擬功能。（2）調(diào)試功能運(yùn)行控制功能。 對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)狀態(tài)的讀出修改功能。 跟蹤功能。 （3）軟件輔助設(shè)計(jì)功能程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。其它軟件功能。（4）程序固化功能9.2.3 單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的類型（1） 通用型單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。MICE-5l單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。DICE-5208K開(kāi)發(fā)型單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)儀。EB-XA。MMEVS（Motoro1a Modular Evaluation System）。東芝公司仿真系統(tǒng)RTE

6、系列可開(kāi)發(fā)各種單片機(jī)，其中的RTE Model 10支持實(shí)時(shí)在線調(diào)試TLCS-870系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。日立單片機(jī)的開(kāi)發(fā)工具有各種仿真器和開(kāi)發(fā)軟件，E1000仿真器主要用來(lái)仿真H8300和H8300L系列8位單片機(jī)。（2）實(shí)用型開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。（3）通用機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。（4）模擬開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。9.3.1 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)（1）任務(wù)要求 由單片控制輸出矩形波、鋸齒波、三角波、正弦波等四種波形的信號(hào)發(fā)生器。（2）任務(wù)分析及電路設(shè)計(jì) 信號(hào)發(fā)生器主要由單片機(jī)和D/A轉(zhuǎn)換器組成，單片機(jī)輸出離散數(shù)字信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生多種模擬信號(hào)波形。由此可知，適當(dāng)?shù)腄/A轉(zhuǎn)換器，再配上核心控制器單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)。這里采用D/A

7、轉(zhuǎn)換器DAC0832做輸出信號(hào)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，單片機(jī)做數(shù)據(jù)處理。AT89C51與DAC0832之間既可以采用總線方式連接，也可以采用非總線方式連接。這里采用非總線方式連接，電路原理如圖9-2所示。（3）程序代碼：見(jiàn)教材。9.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例圖9-2 簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器電路 （4）程序說(shuō)明math.h為數(shù)學(xué)函數(shù)頭文件，keil c51自帶此頭文件。它包括常用數(shù)學(xué)函數(shù)如正弦函數(shù)sin（）、余弦函數(shù)cos（）、正切函數(shù)tan（）、絕對(duì)值函數(shù)abs（）等。cs=0；P0=127*sin（PI*i/50）+128；cs=1；其含義是每周期100個(gè)點(diǎn)，PI*i/50值為02弧度。執(zhí)行一次for循環(huán)輸出100

8、個(gè)點(diǎn)，正好為一個(gè)正弦周期。程序輸出正弦波形如圖9-3所示。圖9-3 正弦波仿真圖（5）系統(tǒng)調(diào)試先用keil c51編譯軟件調(diào)試上述c51源程序。用Proteus單片機(jī)仿真軟件繪制圖9-2所示電路原理圖，并將第步生成的十六進(jìn)制目標(biāo)文件加載到AT89C51單片機(jī)中。然后啟動(dòng)仿真運(yùn)行按鈕，分別按下波形選擇按鍵k1、k2、 k3與k4，看虛擬示波器所顯示波形是否正確。緩慢調(diào)節(jié)電位器RW，看所顯示波形的幅度是否發(fā)生變化。購(gòu)買元器件，按圖9-2制作實(shí)際電路。并仔細(xì)檢查電路組裝正確與否。在保證電路組裝正確情況下，用編程器將第步生成的十六進(jìn)制目標(biāo)文件燒錄入AT89C51單片機(jī)中。將實(shí)際示波器接在電位器RW端，

9、通電。按下k1k4中的某個(gè)按鍵并調(diào)節(jié)示波器的有關(guān)旋鈕，看所顯示的波形是否正確。緩慢調(diào)節(jié)電位器RW，看所顯示波形的幅度是否發(fā)生變化。9.3.2 搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1）任務(wù)要求 搶答路數(shù)為8路。按復(fù)位鍵后恢復(fù)初始狀態(tài)：臺(tái)位顯示F，倒計(jì)時(shí)顯示FF，狀態(tài)指示燈滅。當(dāng)主持人按下開(kāi)始搶答鍵后，開(kāi)始指示燈亮，兩位倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管從20開(kāi)始倒計(jì)時(shí)顯示，有人搶答時(shí)數(shù)碼管顯示搶答臺(tái)位號(hào)，同時(shí)搶答有效指示燈亮，發(fā)聲器響0.5s。若主持人未按下開(kāi)始搶答鍵而有人搶答時(shí)，犯規(guī)指示燈亮，發(fā)聲器響0.5s。若倒計(jì)時(shí)20s秒無(wú)人搶答，發(fā)聲器響0.5s后恢復(fù)初始顯示FF，當(dāng)主持人再次按下開(kāi)始搶答鍵時(shí)，搶答和倒計(jì)時(shí)重新開(kāi)始。進(jìn)行下一輪

10、搶答時(shí)必須先按一下復(fù)位按鍵。（2）任務(wù)分析及電路設(shè)計(jì)任務(wù)分析。電路設(shè)計(jì)。（3）程序代碼:見(jiàn)教材。圖9-4 先中斷后識(shí)別搶答器電路圖（4）系統(tǒng)調(diào)試先用keil c51編譯軟件調(diào)試上述c51源程序。用Proteus單片機(jī)仿真軟件繪制圖9-4所示電路原理圖，并將第步生成的十六進(jìn)制目標(biāo)文件加載到AT89C51單片機(jī)中。然后啟動(dòng)仿真運(yùn)行按鈕。查看：（a）開(kāi)始搶答鍵按下，在20秒內(nèi)有人搶答時(shí)，顯示是否正確；（b）復(fù)位后搶答器顯示是否正確；（c）開(kāi)始搶答鍵按下，在20秒內(nèi)無(wú)人搶答時(shí)，顯示是否正確；（d）開(kāi)始搶答鍵未按下，有人搶答時(shí)，顯示是否正確。購(gòu)買元器件，按圖9-4制作實(shí)際電路。并仔細(xì)檢查電路組裝正確與否

11、。在保證電路組裝正確情況下，用編程器將第步生成的十六進(jìn)制目標(biāo)文件燒錄入AT89C51單片機(jī)中。打開(kāi)電源。查看：（a）開(kāi)始搶答鍵按下，在20秒內(nèi)有人搶答時(shí)，顯示是否正確；（b）復(fù)位后搶答器是否正確；（c）開(kāi)始搶答鍵按下，在20秒內(nèi)無(wú)人搶答時(shí)，顯示是否正確；（d）開(kāi)始搶答鍵未按下，有人搶答時(shí)，顯示是否正確。1實(shí)訓(xùn)目的 通過(guò)本次實(shí)訓(xùn)，（1）掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本開(kāi)發(fā)過(guò)程；（2）初步掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾方法；（3）初步掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件抗干擾方法；（4）能獨(dú)立編寫C51源程序。2知識(shí)要點(diǎn)（1）球賽計(jì)分牌電路分析球賽計(jì)分牌功能模塊分析 硬件電路分析實(shí)訓(xùn)十：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制球賽計(jì)分牌設(shè)計(jì)圖9-

12、5 球賽計(jì)分牌電路 （2）球賽計(jì)分牌程序規(guī)劃 主程序：完成程序初始化、按鍵識(shí)別及子程序管理等。 顯示子程序：完成BCD碼轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示。 加1（減1）子程序：完成比賽得分?jǐn)?shù)加1（減1）。每按一次按鍵執(zhí)行一次加（減）1子程序，實(shí)時(shí)更新比賽雙方得分存儲(chǔ)單元，作為顯示子程序入口參數(shù)使用。 1ms延時(shí)子程序：完成1ms延時(shí)，供顯示子程序調(diào)用。 3實(shí)訓(xùn)器材 （1）DICE-5208K開(kāi)發(fā)型單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)儀1套。 （2）PC機(jī)1臺(tái)。 （3）DICE-3000仿真器1臺(tái)。 （4）帶插針的導(dǎo)線若干。圖9-6 計(jì)分牌程序流程圖A方得分加1B方得分加1B方得分減1A方得分減1初始化調(diào)用顯示子程序A加鍵按下A

13、減鍵按下B加鍵按下B減鍵按下去抖去抖去抖去抖按鍵松開(kāi)？按鍵松開(kāi)？按鍵松開(kāi)？按鍵松開(kāi)？YYYYYYYYNNNNNNNN4實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟（1）啟動(dòng)ISIS7 professional軟件，并用其繪制本實(shí)訓(xùn)圖9-5所示電路原理圖。（2）啟動(dòng)Keil C51 uvision4軟件。建立工程，輸入上述C語(yǔ)言參考源程序并編譯調(diào)試生成二進(jìn)制的目標(biāo)文件。（3）將第（2）步生成的二進(jìn)制目標(biāo)文件加載到第（1）步所繪圖9-5所示電路原理圖的AT89C51單片機(jī)中，然后仿真運(yùn)行。按下SW1SW4中的任一按鍵，觀察相應(yīng)的數(shù)碼管顯示是否變化，其變化是否符合要求。（4）在Keil C51 uvision4軟件中重新建立工程

14、，輸入上述匯編語(yǔ)言參考源程序并編譯調(diào)試生成二進(jìn)制的目標(biāo)文件。（5）將第（4）步生成的二進(jìn)制目標(biāo)文件加載到第（1）步所繪圖9-5所示電路原理圖的AT89C51單片機(jī)中，然后仿真運(yùn)行。按下SW1SW4中的任一按鍵，觀察相應(yīng)的數(shù)碼管顯示是否變化，其變化是否符合要求。（6）按硬件電路焊好電路板，將參考程序?qū)懭隡CS-51單片機(jī)，通電。按下SW1SW4中的任一按鍵，觀察相應(yīng)的數(shù)碼管顯示是否變化，其變化是否符合要求。調(diào)試完成后，將產(chǎn)品投入實(shí)際的球類比賽（如籃球比賽）中使用，看是否能適應(yīng)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)比賽。5思考題（1）簡(jiǎn)述單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程。（2）本實(shí)訓(xùn)實(shí)際制作時(shí)有哪些注意事項(xiàng)？（3）試比較C語(yǔ)言編程與

15、匯編語(yǔ)言編程。小 結(jié) 本模塊主要介紹單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。首先介紹了單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的步驟，包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的仿真調(diào)試與運(yùn)行。再次介紹了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具，包括開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與類型三個(gè)內(nèi)容。最后，較為詳細(xì)地介紹了兩個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例。一個(gè)是信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，另一個(gè)是搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。習(xí)題與思考題一、填空題1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)一般包括_、_、_、_、_、_、_等七個(gè)階段。2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容一般分為_(kāi)和_兩大部分。3單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試包括_和_兩大步驟，而且兩者是密不可分的。 4典型單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)通常由_、_和_等三個(gè)部分構(gòu)成。5通用編程器

16、的作用是_。6常用的程序設(shè)計(jì)方法有兩種，分別是_設(shè)計(jì)和_設(shè)計(jì)。二、選擇題1在以下程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，屬于低級(jí)語(yǔ)言的是（ ）。 A匯編語(yǔ)言 BC51語(yǔ)言 CPL/M51語(yǔ)言 DMBASIC-5l語(yǔ)言2計(jì)算機(jī)CPU唯一能直接執(zhí)行的程序是（ ）。 A匯編語(yǔ)言源程序 BC51語(yǔ)言源程序 C機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序 DBASIC語(yǔ)言源程序3以下哪一項(xiàng)不是單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能？答：（ ）。 A單片機(jī)仿真功能 B程序調(diào)試功能 C程序固化功能 D電路設(shè)計(jì)功能4EB-XA是專用于哪個(gè)公司的XA系列單片機(jī)的仿真板？答：（ ）。 A美國(guó)MOTOROLA公司 B荷蘭PHILIPS公司 C日本日立公司 D日本東芝公司5屬于硬件抗干擾設(shè)計(jì)的是哪一項(xiàng)？答：（ ）。 A阻抗匹配技術(shù) B數(shù)字濾波技術(shù) C輸出口重新刷新技術(shù) D看門狗技術(shù)6TTL電平中“1”電平的值為（ ）。 A00.05V B4.955V C00.4V D2.45V三、綜合題1在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件和軟件的設(shè)計(jì)一般包括哪些內(nèi)容？2在硬件設(shè)計(jì)中如何提高系統(tǒng)的可靠性？3單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)都有哪些功能？4設(shè)計(jì)一個(gè)調(diào)