單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案課件

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案2022/7/26單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案第七章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容提要 本章主要介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，可以說，已深入到了包括工業(yè)過程控制、智能化儀器儀表、家用電器等在內(nèi)的各行各業(yè)。本章中列舉的只是單片機(jī)眾多應(yīng)用中的幾個側(cè)面。以單片機(jī)為核心的產(chǎn)品的開發(fā)需要單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的支持，本章對單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)作了初步介紹。學(xué)習(xí)要求 在本章的學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)主要了解并初步掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即如何規(guī)劃單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟、硬件之間的關(guān)系，如何合理地選擇外部擴(kuò)展器件，合理分配單片機(jī)資源等。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案需求獲取 在進(jìn)入正式開發(fā)之前，必須先從

2、用戶處獲取準(zhǔn)確的需求。在這上面花費(fèi)相當(dāng)時間是很必要的。 項(xiàng)目可以大致分為委托開發(fā)和公司立項(xiàng)開發(fā)兩大類。 對于委托開發(fā)，例如給某單位開發(fā)一套該單位專用的系統(tǒng)，一般用戶對于項(xiàng)目要完成哪些功能已經(jīng)有了一個比較清楚的輪廓，而且往往在開發(fā)合同中已經(jīng)大致地規(guī)定了。 但是，開發(fā)合同上規(guī)定的只是一個大概的框架，在進(jìn)入開發(fā)之前必須與用戶進(jìn)行比較具體的交流和討論，了解清楚用戶心目中的產(chǎn)品究竟是什么樣子。這個步驟如果沒有好好做，往往到了開發(fā)工作的后期才發(fā)現(xiàn)開發(fā)人員的理解和用戶的要求有一些誤解，那么必然造成時間上的浪費(fèi)。 對于公司立項(xiàng)開發(fā)的項(xiàng)目，在開發(fā)之前應(yīng)該做一定的市場調(diào)查工作，一方面是從經(jīng)濟(jì)效益考慮，調(diào)查產(chǎn)品的潛

3、在市場有多大，另一方面是從技術(shù)的角度，必須了解清楚潛在用戶對產(chǎn)品的各種功能上的要求，例如，用戶現(xiàn)在使用什么產(chǎn)品，對該產(chǎn)品有什么意見和要求等等，根據(jù)調(diào)查的統(tǒng)計(jì)結(jié)果決定即將開發(fā)的產(chǎn)品的一些技術(shù)指標(biāo)。7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程一、合理的開發(fā)流程單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案需求分析 在了解用戶的需求之后，將需求用一種模型來表示，就是需求分析。強(qiáng)調(diào)幾個問題: 要分清問題域與系統(tǒng)責(zé)任 需求獲取與需求分析的關(guān)系 分析與設(shè)計(jì)過程的銜接7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程一、合理的開發(fā)流程設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)階段的工作包括: 對分析模型必要的修改?？赡苄枰獙δ承╊惤Y(jié)構(gòu)進(jìn)行一些修改，這些修改的原因可能是編程環(huán)境的要求，或

4、者為了重用以前的某些工作。 定義界面部分、數(shù)據(jù)訪問(數(shù)據(jù)庫)部分。 由于目前很多編程語言都可以可視化地設(shè)計(jì)界面，所以界面部分工作往往留到了編碼階段來完成。于是設(shè)計(jì)階段的工作量并不大。編碼 進(jìn)入編碼工作之后，可能會發(fā)現(xiàn)前面分析或設(shè)計(jì)階段的某些錯誤，這時應(yīng)返回到前面的階段進(jìn)行必要的修改。 測試 即使是小項(xiàng)目，也應(yīng)該嚴(yán)格地進(jìn)行測試。單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案人員安排 比較小的項(xiàng)目，往往是幾個人來完成，這幾個人基本上從頭到尾參加開發(fā)。在這幾個人中，有一位項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)分析、設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)的工作。由于項(xiàng)目小，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人也要參加編程,那么這人必須把時間合理運(yùn)用， 注意以下以點(diǎn)原則: 協(xié)調(diào)幾個人的工作比自己完成

5、一段編碼更重要 由于協(xié)調(diào)上出了漏洞，可能導(dǎo)致很大的問題，所以項(xiàng)目負(fù)責(zé)人必須隨時監(jiān)控各開發(fā)人員的工作，包括內(nèi)容是否與要求發(fā)生偏差，進(jìn)度是否滯后等等。 只有在完成這些工作之后，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人剩下的時間才能用于編程。 給每個開發(fā)人員明確的任務(wù)書 不管是用面向?qū)ο蠡蛘咂渌椒ㄩ_發(fā)，分析、設(shè)計(jì)模型只是從功能的角度來描述系統(tǒng)。但是，具體開發(fā)時每個開發(fā)人員必須非常明確自己的任務(wù)，這些任務(wù)應(yīng)該采用明確的文檔來表示。 讓大家都大致熟悉設(shè)計(jì)模型 讓每個開發(fā)人員都清楚自己所做的工作在整個系統(tǒng)中處于什么地位，有時侯可能會發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型中的漏洞，避免了各人的代碼編寫完畢之后又要修改的后果。 7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程一

6、、合理的開發(fā)流程單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程二、產(chǎn)品開發(fā)流程框圖1122圖7-1 開發(fā)流程圖單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案7.2 單片機(jī)開發(fā)工具一、開發(fā)手段的選擇 仿真插頭 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)（用戶系統(tǒng)） EPROM寫入插口 開發(fā)模板通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線圖7-2 微機(jī)開發(fā)系統(tǒng) 單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案 805l宏匯編語言 PL/M-51語言 C-51語言7.2 單片機(jī)開發(fā)工具二、開發(fā)工具軟件圖 7-3 偉福仿真器菜單界面單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案任務(wù)描述：潛水泵自動控制保護(hù)器具有兩大功能，第一是保護(hù)功能：能 在泵體缺水時實(shí)施自動保護(hù)，并能根據(jù)預(yù)設(shè)時間自動恢復(fù)工 作。第二是自動控制

7、功能：能根據(jù)水塔水位，自動啟停水泵?？傮w設(shè)計(jì) 需求分析需求獲取 本項(xiàng)目最早由一家專門生產(chǎn)潛水泵的廠家提出，該廠家在生產(chǎn)和銷售過程中，不斷接到用戶反饋潛水泵燒壞，主要原因是在抽水過程中，由于水源來水不足，潛水泵干抽燒壞，所以提出開發(fā)一種保護(hù)裝置，就有了最初的潛水泵自動控制保護(hù)器項(xiàng)目的需求，再根據(jù)實(shí)際中，許多情況是給水塔抽水，這樣就要知道水塔缺水和水滿情況，還有在廣大農(nóng)村有時要計(jì)時抽水，這樣就確定最后方案。設(shè)計(jì)開發(fā)任務(wù)書 本項(xiàng)目是一個很小的項(xiàng)目，開發(fā)人員為：項(xiàng)目負(fù)責(zé)人一名、一名軟件工程師、一名硬件工程師、一名技術(shù)員。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各人員工作和檢查進(jìn)度，軟件工程師負(fù)責(zé)程序設(shè)計(jì)，硬件工程師負(fù)責(zé)硬件

8、原理圖及PCB板設(shè)計(jì)，技術(shù)人員負(fù)責(zé)原器件購買、測試和組裝工作。7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制保護(hù)器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 采用89C2051單片機(jī)控制、二個鍵（K1、K2）用來起動水泵前的參數(shù)設(shè)置，水位器：（三個）水池上水位器、水池下水位器、潛水泵水位器，用來檢測水位保證水泵正常工作，該保護(hù)器有兩種工作模式，一種是自動控制模式，主要用在對水塔抽水，另一種是定時工作模式主要應(yīng)用在計(jì)時抽水。測試計(jì)劃 硬件測試：主要測試各部分硬件是否能正常工作，每部分通過簡單程序來檢測。 軟件測試：測試軟件是否符合設(shè)計(jì)要求、是否存在BUG。 7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控

9、制保護(hù)器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案詳細(xì)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)主要元器件 89C2051 一片、78L05一個、LED 3個、按鍵二個、水位檢測器三個、MOC3020一個、變壓器一個、及電阻、電容、三極管、燈等若干。 LED工作原理及動態(tài)顯示： 本項(xiàng)目采用的是共陽極的3個LED數(shù)碼管，要點(diǎn)亮某個數(shù)碼管的某筆劃，則相應(yīng)的數(shù)碼管陽極加5V電源，相應(yīng)筆劃的陰極端接低電平，本方案三個數(shù)碼管陰極是相連的，所以在陽極必須輪流有效，只要時間合理，在人的視覺就會看到同時亮的結(jié)果。 7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制保護(hù)器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案詳細(xì)設(shè)計(jì)原理圖7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制保護(hù)器單片機(jī)

10、原理及應(yīng)用電子教案詳細(xì)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)LED顯示程序LED0EQU41H; 定義LED顯示緩沖低位單元LED1EQU42H; LED2EQU43H;定義LED顯示緩沖高位單元LOOP: LCALL DISPLAY SJMP LOOPDISPLAY: PUSHACC MOVA,LED2 LCALLDISP17.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制保護(hù)器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案 CLRP3.2 LCALL DEL1 SETBP3.2 MOVA,LED1 LCALL DISP1 CLRP3.3 LCALL DEL1 SETBP3.3 MOVA,LED0 LCALL DISP1 CLRP3.4 LCA

11、LL DEL1 SETBP3.4 POPACC RETDISP1: MOVDPTR,#DBB MOVC A,A+DPTR MOVP1,A RETDEL1: MOVR3,#10DEL: MOVR4,#50 DJNZR4,$ DJNZR3,DEL RET;數(shù)碼管字形碼DBB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H ;0-6DB82H,0F8H,80H,90H ;7-9END詳細(xì)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制保護(hù)器單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案任務(wù)描述：本控制器能根據(jù)用戶設(shè)定的加溫溫限（最高溫度），以及加 熱時間、冷卻時間，自動調(diào)節(jié)加熱功率，從而達(dá)到可調(diào)速加

12、熱的目的。 總體設(shè)計(jì)需求分析需求獲取 本項(xiàng)目最初由湘潭大學(xué)理化實(shí)驗(yàn)室提出需求，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)金屬相圖實(shí)驗(yàn)中，原有的實(shí)驗(yàn)儀（一臺PC機(jī)、一臺加熱爐、一臺測溫儀）要做一個完整的實(shí)驗(yàn)需要四五個小時以上，并且數(shù)據(jù)要學(xué)生自己記錄并自己計(jì)算和給制圖形，往往幾個小時不能完成一個實(shí)驗(yàn)，為了解決這個問題，提出開發(fā)一種新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，新的實(shí)驗(yàn)儀（PC機(jī)一臺、兩臺測溫儀，每臺測溫儀可以接六路溫度傳感器，兩臺加熱爐），這樣一臺PC機(jī)可同時采集12路數(shù)據(jù)，整個過程由PC機(jī)上軟件完成，不需學(xué)生記錄數(shù)據(jù)和繪制圖形和表格，大大提高了實(shí)驗(yàn)速度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確和直觀。同時一個實(shí)驗(yàn)室可以省下一半PC機(jī)，節(jié)約了設(shè)備成本。本項(xiàng)目只是該實(shí)驗(yàn)儀

13、中一部分，也就是加熱爐的控制部分。設(shè)計(jì)開發(fā)任務(wù)書 本項(xiàng)目開發(fā)人員如下：項(xiàng)目負(fù)責(zé)人一名，軟件工程師四名、硬件工程師一名、結(jié)構(gòu)工程師一名、技術(shù)員一名、采購員一名。其中兩名軟件工程師負(fù)責(zé)PC軟件開發(fā)、一名軟件工程師負(fù)責(zé)測溫儀軟件開發(fā)、一名軟件工程師負(fù)責(zé)加熱爐軟件開發(fā)。 7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)整個方案在這里就不詳述，這里只就加熱爐部分進(jìn)行說明，由于一臺PC機(jī)同時控制兩臺加熱儀和兩臺測溫儀，所以本臺都有相應(yīng)地址，與PC機(jī)通訊采用CAN總線，地址用24C01存儲，加溫速度由PC機(jī)根據(jù)當(dāng)時室溫發(fā)送相應(yīng)加熱功率百分比來控制加熱爐。加熱爐由89C1

14、051控制。如接收到PC機(jī)發(fā)送的功率是80，則可通過控制加熱爐80%時間打開電源，20%時間關(guān)斷電源，具體通訊協(xié)議讀者可以自己制訂，并完整好程序，并在做實(shí)驗(yàn)或?qū)嵱?xùn)時調(diào)試。 測試計(jì)劃硬件測試：主要測試各部分硬件是否能正常工作，每部分通過簡單程序來檢測。軟件測試：加熱爐在不同室溫下能不能在相同時間加熱到指定溫度。 7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案詳細(xì)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)主要元器件89C2051 一片、24C01、雙向可控硅等。 I2C總線原理及工作時序： 引腳圖7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案讀寫命令字當(dāng)前讀時序7.3 單片機(jī)應(yīng)用

15、系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案字節(jié)寫、頁寫時序7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案隨機(jī)讀時序圖7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案詳細(xì)設(shè)計(jì)原理圖7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案詳細(xì)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)I2C總線的24C02讀寫程序：;*;*Title:AT24C02與51單片機(jī)連接讀寫程序*;*Date:2005.7.7 *;*;連線：SCLP3.4,SDAP3.5,WP接地;（R3）=器件地址，（R4）=片內(nèi)字節(jié)地址，;（R5）=連續(xù)讀寫字節(jié)數(shù)，（R1）=欲讀寫數(shù)據(jù)存放地址

16、指針;*7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案 SCLEQUP30 SDAEQUP31;寫24C02子程序I2C_WRITE:SETBSDASETBSCLCLRSDA ;發(fā)開始信號MOVA,R3 ;發(fā)器件地址ACALLSEND ;調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序MOVA,R4 ;送片內(nèi)字節(jié)地址ACALLSENDI2CW_AGAIN:MOVA,R1ACALLSENDINCR1 DJNZR5,I2CW_AGAIN;連續(xù)寫N個字節(jié)CLRSDA ;SDA位置0，準(zhǔn)備送停止信號ACALLDELAY;延時以滿足傳輸速率要求SETBSCL;發(fā)送停止信號ACALLDELAYSETBSDARE

17、TSEND:MOVR0,#08HI2CW_LOOP: CLR SCL ;開始信號之后的寫地址操 ;作,SCL清0 RLCA MOVSDA,C 7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案 NOP SETBSCL;寫完一位打操作后,SCL 置1 ACALLDELAY DJNZR0,I2CW_LOOP CLRSCL CALLDELAY SETBSCL;ACKLP:MOVC,SDA JCACKLP;判斷應(yīng)答到否，未到則等待 CLRSCL RET ;* ;讀24C02子程序I2C_READ:SETBSDASETBSCL7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐單片機(jī)原理及應(yīng)用電子教案CLRSDA;發(fā)開始信號MOVA,R3;發(fā)器件地址ACALLSEND;調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序MOVA,R4;送片內(nèi)字節(jié)地址ACALLSENDSETBSDASETBSCLCLRSDA;發(fā)開始信號MOVA,R3;發(fā)器件地址SETBACC.0;發(fā)讀命令 ACALLSENDI2CR_AGAIN:ACALLREADMOVR1,AINCR1DJNZR5,I2CR_AGAIN7.3 單片