第9章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試課件

第9章

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

第9章

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試1學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程掌握應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的可行性分析要點(diǎn)掌握應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的系統(tǒng)方案設(shè)計要點(diǎn)掌握應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的硬件設(shè)計要點(diǎn)掌握應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的軟件設(shè)計要點(diǎn)掌握單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試的要點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程2主要內(nèi)容

9.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程 9.2可行性分析 9.2.1可行性分析的主要內(nèi)容 9.2.2教學(xué)實(shí)驗板研制可行性分析 9.3系統(tǒng)方案設(shè)計9.3.1系統(tǒng)的主要功能與性能9.3.2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案主要內(nèi)容39.4硬件電路設(shè)計與制作9.4.1硬件電路設(shè)計9.4.2電路參數(shù)的計算9.4.3PCB板制作9.4.4教學(xué)實(shí)驗板電路設(shè)計與制作9.5軟件程序設(shè)計9.5.1軟件設(shè)計過程9.5.2優(yōu)秀應(yīng)用軟件的特點(diǎn)9.6單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試9.6.1調(diào)試工具9.6.2硬件調(diào)試9.6.3軟件調(diào)試9.6.4模擬調(diào)試9.6.5現(xiàn)場調(diào)試9.6.6教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試9.6.7小結(jié)9.4硬件電路設(shè)計與制作49.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程通常開發(fā)一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)需要經(jīng)歷以下過程：可行性分析；系統(tǒng)方案設(shè)計；系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計與制作；系統(tǒng)調(diào)試與修改；生產(chǎn)樣機(jī)；生成正式系統(tǒng)或產(chǎn)品。9.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程5主要內(nèi)容第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 9.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程

9.2 可行性分析9.2.1可行性分析的主要內(nèi)容9.2.2教學(xué)實(shí)驗板研制可行性分析 9.3 系統(tǒng)方案設(shè)計9.3.1系統(tǒng)的主要功能與性能9.3.2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案主要內(nèi)容第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試69.2.1可行性分析的主要內(nèi)容方案調(diào)研主要是收集整理資料，確定解決問題的技術(shù)方案。它主要包括如下幾個方面：研究和開發(fā)的目的和意義；國內(nèi)外同類產(chǎn)品的應(yīng)用狀況、目前在應(yīng)用中急需解決的問題和未來發(fā)展趨勢；國內(nèi)外同類產(chǎn)品的開發(fā)水平、開發(fā)環(huán)境和器材供應(yīng)狀況；對接受委托研制項目還應(yīng)了解合作方所具備的技術(shù)條件；比較各種可行方案，確定擬采用的技術(shù)線路?？尚蟹桨覆灰欢ň窒抻趩纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)依據(jù)所要解決的問題而定。對各種方案應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，合理選擇實(shí)施方案；分析擬實(shí)施方案的技術(shù)難點(diǎn)，明確技術(shù)主攻方向。9.2.1可行性分析的主要內(nèi)容79.2.1可行性分析的主要內(nèi)容可行性分析通常從如下幾個方面進(jìn)行論證：市場或用戶需求情況；經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；技術(shù)支持和開發(fā)環(huán)境；現(xiàn)在的競爭力和未來的生命力。9.2.1可行性分析的主要內(nèi)容89.2.2教學(xué)實(shí)驗板研制可行性分析

研制教學(xué)實(shí)驗板的目的和意義

國內(nèi)同類產(chǎn)品的應(yīng)用狀況需求調(diào)查方案調(diào)研實(shí)驗板設(shè)計擬采用的技術(shù)線路參加人員及計劃安排經(jīng)濟(jì)效益和社會效益分析9.2.2教學(xué)實(shí)驗板研制可行性分析

9主要內(nèi)容第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 9.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程 9.2 可行性分析9.2.1 可行性分析的主要內(nèi)容9.2.2 教學(xué)實(shí)驗板研制可行性分析

9.3 系統(tǒng)方案設(shè)計9.3.1 系統(tǒng)的主要功能與性能9.3.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.4 教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案主要內(nèi)容第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試109.3系統(tǒng)方案設(shè)計

9.3.1系統(tǒng)的主要功能與性能

系統(tǒng)主要功能有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、輸出控制等，每一個功能又可細(xì)分為若干個子功能。比如數(shù)據(jù)采集可分為模擬信號采樣與數(shù)字信號采樣；數(shù)據(jù)處理可分為預(yù)處理、功能性處理、抗干擾處理等子功能，而功能性處理還可以繼續(xù)劃分為各種信號處理等。輸出控制按控制對象不同可分為各種控制功能，如繼電器控制、DA轉(zhuǎn)換輸出控制、PWM輸出控制等。

9.3系統(tǒng)方案設(shè)計119.3.1系統(tǒng)的主要功能與性能

系統(tǒng)性能主要由精度、速度、功耗、體積、重量、價格、可靠性等技術(shù)指標(biāo)來衡量。系統(tǒng)研制前，要根據(jù)需求調(diào)查結(jié)果給出上述各指標(biāo)的定額。一旦這些指標(biāo)被確定下來，整個系統(tǒng)將在這些指標(biāo)限定下進(jìn)行設(shè)計。系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)會左右系統(tǒng)軟硬件功能的劃分。系統(tǒng)功能盡可能用硬件完成，這樣可提高系統(tǒng)的工作速度，但相應(yīng)的成本、功耗、體積等增加。用軟件來實(shí)現(xiàn)可反之。因此在進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件功能劃分時，一定要依據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)綜合考慮。9.3.1系統(tǒng)的主要功能與性能

129.3.2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計單片機(jī)選型原則I/O通道劃分I/O方式確定軟硬件功能劃分9.3.2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計139.3.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計是最難的一種設(shè)計方法，也是一種系統(tǒng)思考問題的辦法。其過程包括如下工作：自頂向下的設(shè)計，即把整個設(shè)計分成多個層次，上一層的程序塊可以調(diào)下一層的程序塊；模塊化編程，即力求使每個模塊獨(dú)立，其正確與否不依賴于上一層模塊，從而非常便于調(diào)試和查錯。結(jié)構(gòu)化編程，即使用若干結(jié)構(gòu)良好的轉(zhuǎn)移和控制，而避免用任意轉(zhuǎn)移(GOTO)語句，盡可能使每個模塊都只有一個入口和一個出口。9.3.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計149.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案1.教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

整套實(shí)驗系統(tǒng)成本應(yīng)控制在150元左右，不包括PC機(jī)。整套實(shí)驗系統(tǒng)(包括ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板、電源、RS232通信電纜和光盤)可放在一個小紙盒內(nèi)，便于學(xué)生攜帶。盡可能做到典型單元電路在多個實(shí)驗項目中復(fù)用，降低成本。實(shí)驗板上適度設(shè)置一些測試點(diǎn)，便于學(xué)生測試。實(shí)驗板線不能太密，便于初學(xué)者檢查。電源接口簡單，保證初學(xué)者不致將電源接反。線路不要太復(fù)雜，盡可能選擇一些在實(shí)際應(yīng)用中常用的典型單元電路。要充分運(yùn)用數(shù)字電路和本門課程已學(xué)習(xí)的知識。采用ISP編程，使用RS232接口，減少編程和調(diào)試設(shè)備費(fèi)用。設(shè)計實(shí)驗項目除完成單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容外，應(yīng)能做多種綜合性設(shè)計性實(shí)驗。9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案159.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案

2.ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板的主要功能和技術(shù)指標(biāo)

開關(guān)量輸入：4路，TTL電平?？衫冒迳习未a開關(guān)S1模擬開關(guān)量輸入。外接開關(guān)量輸入可通過J6插座接入，此時拔碼開關(guān)S1應(yīng)位于斷開位置。開關(guān)量輸出：2路，1路接LED指示燈，1路接蜂鳴器。模擬量輸入：2路，精度為8位，轉(zhuǎn)換速率50kBPS?？衫冒迳夏M量給定和脈沖信號發(fā)生器來模擬外部模擬量輸入。外接模擬量輸入時，可通過CON4接線端子輸入。模擬量輸出：2路，精度為8位。通過CON3接線端子輸出。串行通信：1路，RS232接口。9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案169.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案

3.設(shè)計方案比較單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗板設(shè)計方案有兩種：一是采用三總線方式對單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展；另一種是對單片機(jī)直接進(jìn)行I/O擴(kuò)展。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)種類和其片內(nèi)資源得到極大豐富，因此，實(shí)際應(yīng)用重在選型?；谏鲜鲈?，采用對單片機(jī)直接進(jìn)行I/O擴(kuò)展的方案。

9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案179.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案4.硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計單片機(jī)選型電源電路的確定I/O通道劃分I/O方式確定軟硬件功能劃分信號模擬器9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案189.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案

5.軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案19主要內(nèi)容9.4硬件電路設(shè)計與制作9.4.1硬件電路設(shè)計9.4.2電路參數(shù)的計算9.4.3PCB板制作9.4.4教學(xué)實(shí)驗板電路設(shè)計與制作9.5軟件程序設(shè)計9.5.1軟件設(shè)計過程9.5.2優(yōu)秀應(yīng)用軟件的特點(diǎn)9.6單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試9.6.1調(diào)試工具9.6.2硬件調(diào)試9.6.3軟件調(diào)試9.6.4模擬調(diào)試9.6.5現(xiàn)場調(diào)試9.6.6教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試9.6.7小結(jié)主要內(nèi)容9.4硬件電路設(shè)計與制作209.4系統(tǒng)方案設(shè)計

9.4.1硬件電路設(shè)計盡可能選擇典型通用的電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)前的功能需求，并為后續(xù)產(chǎn)品升級留有余地。雖然硬件的部分功能能用軟件代替，但在成本允許的情況下，盡可能用成熟的硬件電路來實(shí)現(xiàn)，為軟件設(shè)計減少程序的編制提供方便。在設(shè)計時，對某一模塊的功能和性能指標(biāo)不能完全確定時，應(yīng)在實(shí)驗室進(jìn)行模塊功能和性能測試，以保證硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整性。所選用的元器件要和系統(tǒng)整體要求的性能指標(biāo)相一致。模塊和模塊相互關(guān)聯(lián)時應(yīng)充分考慮其影響，對于模擬電路來說，信號傳遞下一級模塊的等效輸入阻抗應(yīng)盡可能高；對于數(shù)字電路來說，驅(qū)動能力應(yīng)足夠大。否則應(yīng)增加緩沖驅(qū)動電路，以保證設(shè)計的可靠性?？煽啃约翱垢蓴_設(shè)計是硬件設(shè)計中不可忽視的一部分，它包括芯片、器件選擇、PCB板布線、濾波、信號隔離和工藝設(shè)計等。應(yīng)充分重視電源電路的設(shè)計。電源的功率要足夠大。由于電源電路與電網(wǎng)相連，設(shè)計時要注意采取抗干擾措施。9.4系統(tǒng)方案設(shè)計219.4.2電路參數(shù)的計算

以測加載力為例，設(shè)測力范圍為0~1000kg，精度為±1kg。采用應(yīng)變力傳感器，在激勵電源的作用下，其對應(yīng)輸出電壓為0~20mV。設(shè)采用A/D轉(zhuǎn)換器輸入量程為0~5V，其信號變換過程如圖9-3所示。9.4.2電路參數(shù)的計算22主要內(nèi)容9.4硬件電路設(shè)計與制作9.4.1硬件電路設(shè)計 9.4.2電路參數(shù)的計算 9.4.3PCB板制作 9.4.4教學(xué)實(shí)驗板電路設(shè)計與制作9.5軟件程序設(shè)計9.5.1軟件設(shè)計過程9.5.2優(yōu)秀應(yīng)用軟件的特點(diǎn)9.6單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試9.6.1調(diào)試工具9.6.2硬件調(diào)試9.6.3軟件調(diào)試9.6.4模擬調(diào)試9.6.5現(xiàn)場調(diào)試9.6.6教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試9.6.7小結(jié)主要內(nèi)容9.4硬件電路設(shè)計與制作239.5.1軟件設(shè)計過程自頂向下的設(shè)計計劃：先把設(shè)計對象劃分為若干主要功能部分，每一部分又再劃分為較細(xì)的功能部分，一直細(xì)分到最下一層，最下一層的每一功能應(yīng)具有若干預(yù)定的性能，而且能用一個算法來加以描述，且其輸入輸出應(yīng)能予以定義。對每一層次的軟件設(shè)計都要記下正在使用變量，以及哪些軟件模塊需要訪問這些變量，這對以后模塊的連接和調(diào)試是十分重要的。對軟件工作進(jìn)行詳細(xì)計劃之前，必須知道硬件電路的工作原理，要了解使用者將通過何種手段與軟件聯(lián)系？要了解儀表上有些什么按鍵、開關(guān)，它們將起什么作用？指示燈何時點(diǎn)亮？為何亮？等等。技術(shù)評審：當(dāng)軟件設(shè)計方案擬定好后，軟件設(shè)計人員可邀請有關(guān)專家和硬件設(shè)計人員一起評審軟件設(shè)計所做出的決策和各種決定，并與硬件設(shè)計人員一起商定與硬件有關(guān)的接口定義。因為從軟件設(shè)計的局部來看是合理的決定，從儀表的全局來看未必一定是合適的。所以評審的同時將進(jìn)一步協(xié)調(diào)硬軟件的分工和設(shè)計。9.5.1軟件設(shè)計過程249.5.1軟件設(shè)計過程

準(zhǔn)備工作：在進(jìn)行具體軟件設(shè)計之前，必須做好經(jīng)費(fèi)預(yù)算、設(shè)備和人員安排，擬定工作進(jìn)度。與此同時，對軟件設(shè)計的指標(biāo)和要求作進(jìn)一步細(xì)分。具體的軟件設(shè)計：當(dāng)軟件設(shè)計人員分配到若干個劃分出來的軟件任務(wù)（通常是互相有關(guān)聯(lián)的一組模塊）或全部軟件設(shè)計任務(wù)之后，先要考慮各模塊設(shè)計的先后次序。對于每一個模塊的設(shè)計，首先應(yīng)進(jìn)行分析，不要急于馬上編程，要考慮整個系統(tǒng)的工作過程應(yīng)處在何種狀態(tài)，考慮模塊的輸入輸出，研究合適的算法。這些分析研究應(yīng)寫成書面材料，否則單憑頭腦冥思默記，常使有些問題被忽略。等書面工作做好以后，再進(jìn)行具體編程。9.5.1軟件設(shè)計過程259.5.2優(yōu)秀應(yīng)用軟件的特點(diǎn)

軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡捷、流程合理。各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化、系統(tǒng)化。這樣便于調(diào)試、連接、又便于移植、修改和維護(hù)。程序功能實(shí)現(xiàn)方式合理，程序?qū)纹瑱C(jī)內(nèi)部資源的組織利用充分，程序的長度較短，執(zhí)行效率較高。運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理。各個功能程序運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行結(jié)果及運(yùn)行需求都設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢，程序的轉(zhuǎn)移、運(yùn)行、控制都可通過狀態(tài)標(biāo)志條件來控制。經(jīng)過調(diào)試修改后的程序應(yīng)進(jìn)行規(guī)范化。規(guī)范化的程序便于交流和借鑒，也為今后的軟件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)全面軟件抗干擾設(shè)計。軟件抗干擾是應(yīng)用系統(tǒng)提高可靠性的有力措施。在應(yīng)用軟件中設(shè)置自診斷程序，在系統(tǒng)運(yùn)行前先運(yùn)行自診斷程序，用以檢查系統(tǒng)各特征參數(shù)是否正常。9.5.2優(yōu)秀應(yīng)用軟件的特點(diǎn)26主要內(nèi)容9.4硬件電路設(shè)計與制作9.4.1硬件電路設(shè)計9.4.2電路參數(shù)的計算9.4.3PCB板制作9.4.4教學(xué)實(shí)驗板電路設(shè)計與制作9.5軟件程序設(shè)計 9.5.1 軟件設(shè)計過程 9.5.2 優(yōu)秀應(yīng)用軟件的特點(diǎn)9.6單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試 9.6.1 調(diào)試工具 9.6.2 硬件調(diào)試 9.6.3 軟件調(diào)試 9.6.4 模擬調(diào)試 9.6.5 現(xiàn)場調(diào)試 9.6.6 教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試 9.6.7 小結(jié)主要內(nèi)容9.4硬件電路設(shè)計與制作279.6.1調(diào)試工具仿真器和編程器萬用表邏輯脈沖發(fā)生器與模擬信號發(fā)生器雙蹤示波器邏輯分析儀自制模擬信號發(fā)生器9.6.1調(diào)試工具28

9.6.2硬件調(diào)試 1.靜態(tài)調(diào)試斷電檢查通電檢查聯(lián)機(jī)檢查動態(tài)調(diào)試9.6.2硬件調(diào)試299.6.3軟件調(diào)試

先獨(dú)立后聯(lián)機(jī)先分塊后組合先單步后連續(xù)常見的軟件錯誤類型：程序失控不響應(yīng)中斷錯誤循環(huán)響應(yīng)中斷錯誤輸入輸出錯誤結(jié)果不正確9.6.3軟件調(diào)試309.6.4模擬調(diào)試系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試主要解決以下問題：

軟硬件是否按預(yù)定要求配合工作？如果不能，問題何在？如何解決？系統(tǒng)運(yùn)行中是否有潛在的設(shè)計時難以預(yù)料的錯誤？如硬件延時過長造成工作時序不符合要求，布線不合理造成有信號串?dāng)_等。系統(tǒng)的動態(tài)性能(包括精度、速度參數(shù)等)是否滿足要求？9.6.4模擬調(diào)試319.6.5現(xiàn)場調(diào)試向用戶進(jìn)一步了解現(xiàn)場應(yīng)用的基本情況。測試應(yīng)用系統(tǒng)所用現(xiàn)場電源，檢查其電源質(zhì)量。電磁干擾檢查也是一項很重要的工作。功能模塊測試整機(jī)運(yùn)行測試9.6.5現(xiàn)場調(diào)試329.6.6教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試

1.調(diào)試前的準(zhǔn)備工作：1)技術(shù)資料應(yīng)將資料放置在一個文件夾中供調(diào)試過程中查閱。ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板電路原理圖ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板元器件清單ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試大綱ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板上所用元器件資料，主要包括元器件的工作原理、引腳圖和功能方框圖等ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案2)實(shí)驗儀器設(shè)備VC840三位半萬用表1塊、DT5201示波器1臺3)工具25W電烙鐵1把、鑷子1個、十字和一字小螺絲刀各1個、剪線鉗1把、鈄口鉗1把、9V電源1個、串行通信線1根、導(dǎo)線若干根和焊錫絲。4)元器件參閱ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板元器件清單5)ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板PCB板1塊9.6.6教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試339.6.6教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試2.硬件調(diào)試項目檢查PCB板ECMT-1板上電源模塊的安裝和調(diào)試ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板器件安裝和調(diào)試模塊功能測試ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板模擬調(diào)試9.6.6教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試34END謝謝！END謝謝！35第9章

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

第9章

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試36學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程掌握應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的可行性分析要點(diǎn)掌握應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的系統(tǒng)方案設(shè)計要點(diǎn)掌握應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的硬件設(shè)計要點(diǎn)掌握應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的軟件設(shè)計要點(diǎn)掌握單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試的要點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程37主要內(nèi)容

9.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程 9.2可行性分析 9.2.1可行性分析的主要內(nèi)容 9.2.2教學(xué)實(shí)驗板研制可行性分析 9.3系統(tǒng)方案設(shè)計9.3.1系統(tǒng)的主要功能與性能9.3.2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案主要內(nèi)容389.4硬件電路設(shè)計與制作9.4.1硬件電路設(shè)計9.4.2電路參數(shù)的計算9.4.3PCB板制作9.4.4教學(xué)實(shí)驗板電路設(shè)計與制作9.5軟件程序設(shè)計9.5.1軟件設(shè)計過程9.5.2優(yōu)秀應(yīng)用軟件的特點(diǎn)9.6單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試9.6.1調(diào)試工具9.6.2硬件調(diào)試9.6.3軟件調(diào)試9.6.4模擬調(diào)試9.6.5現(xiàn)場調(diào)試9.6.6教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試9.6.7小結(jié)9.4硬件電路設(shè)計與制作399.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程通常開發(fā)一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)需要經(jīng)歷以下過程：可行性分析；系統(tǒng)方案設(shè)計；系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計與制作；系統(tǒng)調(diào)試與修改；生產(chǎn)樣機(jī)；生成正式系統(tǒng)或產(chǎn)品。9.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程40主要內(nèi)容第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 9.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程

9.2 可行性分析9.2.1可行性分析的主要內(nèi)容9.2.2教學(xué)實(shí)驗板研制可行性分析 9.3 系統(tǒng)方案設(shè)計9.3.1系統(tǒng)的主要功能與性能9.3.2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案主要內(nèi)容第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試419.2.1可行性分析的主要內(nèi)容方案調(diào)研主要是收集整理資料，確定解決問題的技術(shù)方案。它主要包括如下幾個方面：研究和開發(fā)的目的和意義；國內(nèi)外同類產(chǎn)品的應(yīng)用狀況、目前在應(yīng)用中急需解決的問題和未來發(fā)展趨勢；國內(nèi)外同類產(chǎn)品的開發(fā)水平、開發(fā)環(huán)境和器材供應(yīng)狀況；對接受委托研制項目還應(yīng)了解合作方所具備的技術(shù)條件；比較各種可行方案，確定擬采用的技術(shù)線路?？尚蟹桨覆灰欢ň窒抻趩纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)依據(jù)所要解決的問題而定。對各種方案應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，合理選擇實(shí)施方案；分析擬實(shí)施方案的技術(shù)難點(diǎn)，明確技術(shù)主攻方向。9.2.1可行性分析的主要內(nèi)容429.2.1可行性分析的主要內(nèi)容可行性分析通常從如下幾個方面進(jìn)行論證：市場或用戶需求情況；經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；技術(shù)支持和開發(fā)環(huán)境；現(xiàn)在的競爭力和未來的生命力。9.2.1可行性分析的主要內(nèi)容439.2.2教學(xué)實(shí)驗板研制可行性分析

研制教學(xué)實(shí)驗板的目的和意義

國內(nèi)同類產(chǎn)品的應(yīng)用狀況需求調(diào)查方案調(diào)研實(shí)驗板設(shè)計擬采用的技術(shù)線路參加人員及計劃安排經(jīng)濟(jì)效益和社會效益分析9.2.2教學(xué)實(shí)驗板研制可行性分析

44主要內(nèi)容第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 9.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程 9.2 可行性分析9.2.1 可行性分析的主要內(nèi)容9.2.2 教學(xué)實(shí)驗板研制可行性分析

9.3 系統(tǒng)方案設(shè)計9.3.1 系統(tǒng)的主要功能與性能9.3.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3.4 教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案主要內(nèi)容第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試459.3系統(tǒng)方案設(shè)計

9.3.1系統(tǒng)的主要功能與性能

系統(tǒng)主要功能有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、輸出控制等，每一個功能又可細(xì)分為若干個子功能。比如數(shù)據(jù)采集可分為模擬信號采樣與數(shù)字信號采樣；數(shù)據(jù)處理可分為預(yù)處理、功能性處理、抗干擾處理等子功能，而功能性處理還可以繼續(xù)劃分為各種信號處理等。輸出控制按控制對象不同可分為各種控制功能，如繼電器控制、DA轉(zhuǎn)換輸出控制、PWM輸出控制等。

9.3系統(tǒng)方案設(shè)計469.3.1系統(tǒng)的主要功能與性能

系統(tǒng)性能主要由精度、速度、功耗、體積、重量、價格、可靠性等技術(shù)指標(biāo)來衡量。系統(tǒng)研制前，要根據(jù)需求調(diào)查結(jié)果給出上述各指標(biāo)的定額。一旦這些指標(biāo)被確定下來，整個系統(tǒng)將在這些指標(biāo)限定下進(jìn)行設(shè)計。系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)會左右系統(tǒng)軟硬件功能的劃分。系統(tǒng)功能盡可能用硬件完成，這樣可提高系統(tǒng)的工作速度，但相應(yīng)的成本、功耗、體積等增加。用軟件來實(shí)現(xiàn)可反之。因此在進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件功能劃分時，一定要依據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)綜合考慮。9.3.1系統(tǒng)的主要功能與性能

479.3.2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計單片機(jī)選型原則I/O通道劃分I/O方式確定軟硬件功能劃分9.3.2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計489.3.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計是最難的一種設(shè)計方法，也是一種系統(tǒng)思考問題的辦法。其過程包括如下工作：自頂向下的設(shè)計，即把整個設(shè)計分成多個層次，上一層的程序塊可以調(diào)下一層的程序塊；模塊化編程，即力求使每個模塊獨(dú)立，其正確與否不依賴于上一層模塊，從而非常便于調(diào)試和查錯。結(jié)構(gòu)化編程，即使用若干結(jié)構(gòu)良好的轉(zhuǎn)移和控制，而避免用任意轉(zhuǎn)移(GOTO)語句，盡可能使每個模塊都只有一個入口和一個出口。9.3.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計499.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案1.教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

整套實(shí)驗系統(tǒng)成本應(yīng)控制在150元左右，不包括PC機(jī)。整套實(shí)驗系統(tǒng)(包括ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板、電源、RS232通信電纜和光盤)可放在一個小紙盒內(nèi)，便于學(xué)生攜帶。盡可能做到典型單元電路在多個實(shí)驗項目中復(fù)用，降低成本。實(shí)驗板上適度設(shè)置一些測試點(diǎn)，便于學(xué)生測試。實(shí)驗板線不能太密，便于初學(xué)者檢查。電源接口簡單，保證初學(xué)者不致將電源接反。線路不要太復(fù)雜，盡可能選擇一些在實(shí)際應(yīng)用中常用的典型單元電路。要充分運(yùn)用數(shù)字電路和本門課程已學(xué)習(xí)的知識。采用ISP編程，使用RS232接口，減少編程和調(diào)試設(shè)備費(fèi)用。設(shè)計實(shí)驗項目除完成單片機(jī)實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容外，應(yīng)能做多種綜合性設(shè)計性實(shí)驗。9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案509.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案

2.ECMT-1型教學(xué)實(shí)驗板的主要功能和技術(shù)指標(biāo)

開關(guān)量輸入：4路，TTL電平?？衫冒迳习未a開關(guān)S1模擬開關(guān)量輸入。外接開關(guān)量輸入可通過J6插座接入，此時拔碼開關(guān)S1應(yīng)位于斷開位置。開關(guān)量輸出：2路，1路接LED指示燈，1路接蜂鳴器。模擬量輸入：2路，精度為8位，轉(zhuǎn)換速率50kBPS?？衫冒迳夏M量給定和脈沖信號發(fā)生器來模擬外部模擬量輸入。外接模擬量輸入時，可通過CON4接線端子輸入。模擬量輸出：2路，精度為8位。通過CON3接線端子輸出。串行通信：1路，RS232接口。9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案519.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案

3.設(shè)計方案比較單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗板設(shè)計方案有兩種：一是采用三總線方式對單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展；另一種是對單片機(jī)直接進(jìn)行I/O擴(kuò)展。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)種類和其片內(nèi)資源得到極大豐富，因此，實(shí)際應(yīng)用重在選型?；谏鲜鲈?，采用對單片機(jī)直接進(jìn)行I/O擴(kuò)展的方案。

9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案529.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案4.硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計單片機(jī)選型電源電路的確定I/O通道劃分I/O方式確定軟硬件功能劃分信號模擬器9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案539.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案

5.軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

9.3.4教學(xué)實(shí)驗板系統(tǒng)設(shè)計方案54主要內(nèi)容9.4硬件電路設(shè)計與制作9.4.1硬件電路設(shè)計9.4.2電路參數(shù)的計算9.4.3PCB板制作9.4.4教學(xué)實(shí)驗板電路設(shè)計與制作9.5軟件程序設(shè)計9.5.1軟件設(shè)計過程9.5.2優(yōu)秀應(yīng)用軟件的特點(diǎn)9.6單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試9.6.1調(diào)試工具9.6.2硬件調(diào)試9.6.3軟件調(diào)試9.6.4模擬調(diào)試9.6.5現(xiàn)場調(diào)試9.6.6教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試9.6.7小結(jié)主要內(nèi)容9.4硬件電路設(shè)計與制作559.4系統(tǒng)方案設(shè)計

9.4.1硬件電路設(shè)計盡可能選擇典型通用的電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)前的功能需求，并為后續(xù)產(chǎn)品升級留有余地。雖然硬件的部分功能能用軟件代替，但在成本允許的情況下，盡可能用成熟的硬件電路來實(shí)現(xiàn)，為軟件設(shè)計減少程序的編制提供方便。在設(shè)計時，對某一模塊的功能和性能指標(biāo)不能完全確定時，應(yīng)在實(shí)驗室進(jìn)行模塊功能和性能測試，以保證硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整性。所選用的元器件要和系統(tǒng)整體要求的性能指標(biāo)相一致。模塊和模塊相互關(guān)聯(lián)時應(yīng)充分考慮其影響，對于模擬電路來說，信號傳遞下一級模塊的等效輸入阻抗應(yīng)盡可能高；對于數(shù)字電路來說，驅(qū)動能力應(yīng)足夠大。否則應(yīng)增加緩沖驅(qū)動電路，以保證設(shè)計的可靠性?？煽啃约翱垢蓴_設(shè)計是硬件設(shè)計中不可忽視的一部分，它包括芯片、器件選擇、PCB板布線、濾波、信號隔離和工藝設(shè)計等。應(yīng)充分重視電源電路的設(shè)計。電源的功率要足夠大。由于電源電路與電網(wǎng)相連，設(shè)計時要注意采取抗干擾措施。9.4系統(tǒng)方案設(shè)計569.4.2電路參數(shù)的計算

以測加載力為例，設(shè)測力范圍為0~1000kg，精度為±1kg。采用應(yīng)變力傳感器，在激勵電源的作用下，其對應(yīng)輸出電壓為0~20mV。設(shè)采用A/D轉(zhuǎn)換器輸入量程為0~5V，其信號變換過程如圖9-3所示。9.4.2電路參數(shù)的計算57主要內(nèi)容9.4硬件電路設(shè)計與制作9.4.1硬件電路設(shè)計 9.4.2電路參數(shù)的計算 9.4.3PCB板制作 9.4.4教學(xué)實(shí)驗板電路設(shè)計與制作9.5軟件程序設(shè)計9.5.1軟件設(shè)計過程9.5.2優(yōu)秀應(yīng)用軟件的特點(diǎn)9.6單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試9.6.1調(diào)試工具9.6.2硬件調(diào)試9.6.3軟件調(diào)試9.6.4模擬調(diào)試9.6.5現(xiàn)場調(diào)試9.6.6教學(xué)實(shí)驗板調(diào)試9.6.7小結(jié)主要內(nèi)容9.4硬件電路設(shè)計與制作589.5.1軟件設(shè)計過程自頂向下的設(shè)計計劃：先把設(shè)計對象劃分為若干主要功能部分，每一部分又再劃分為較細(xì)的功能部分，一直細(xì)分到最下一層，最下一層的每一功能應(yīng)具有若干預(yù)定的性能，而且能用一個算法來加以描述，且其輸入輸出應(yīng)能予以定義。對每一層次的軟件設(shè)計都要記下正在使用變量，以及哪些軟件模塊需要訪問這些變量，這對以后模塊的連接和調(diào)試是十分重要的。對軟件工作進(jìn)行詳細(xì)計劃之前，必須知道硬件電路的工作原理，要了解使用者將通過何種手段與軟件聯(lián)系？要了解儀表上有些什么按鍵、開關(guān)，它們將起什么作用？指示燈何時點(diǎn)亮？為何亮？等等。技術(shù)評審：當(dāng)軟件設(shè)計方案擬定好后，軟件設(shè)計人員可邀請有關(guān)專家和硬件設(shè)計人員一起評審軟件設(shè)計所做出的決策和各種決定，并與硬件設(shè)計人員一起商定與硬件有關(guān)的接口定義。因為從軟件設(shè)計的局部來看是合理的決定，從儀表的全局來看未必一定是合適的。所以評審的同時將進(jìn)一步協(xié)調(diào)硬軟件的分工和設(shè)計。9.5.1軟件設(shè)計過程599.5.1軟件設(shè)計過程

準(zhǔn)備工作：在進(jìn)行具體軟件設(shè)計之前，必須做好經(jīng)費(fèi)預(yù)算、設(shè)備和人員安排，擬定工作進(jìn)度。與此同時，對軟件設(shè)計的指標(biāo)和要求作進(jìn)一步細(xì)分。具體的軟件設(shè)計：當(dāng)軟件設(shè)計人員分配到若干個劃分出來的軟件任務(wù)（通常是互相有關(guān)聯(lián)的一組模塊）或全部軟件設(shè)計任務(wù)之后，先要考慮各模塊設(shè)計的先后次序。對于每一個模塊的設(shè)計，首先應(yīng)進(jìn)行分析，不要急于馬上編程，要考慮整個系統(tǒng)的工作過程應(yīng)處在何種狀態(tài)，考慮模塊的輸入輸出，研究合適的算法。這些分析研究應(yīng)寫成書面材料，否則單憑頭腦冥思默記，常使有些問題被忽略。等書面工作做好以后，再進(jìn)行具體編程。9.5.1軟件設(shè)計過程609.5.2優(yōu)秀應(yīng)用軟件的特點(diǎn)

軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡捷、流程合理。各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化、系統(tǒng)化。這樣便于調(diào)試、連接、又便于移植、修改和維護(hù)。程序功能實(shí)現(xiàn)方式合理，程序?qū)纹瑱C(jī)內(nèi)部資源的組織利用充分，程序的長度較短，執(zhí)行效率較高。運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理。各個功能程序運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行結(jié)果及運(yùn)行需求都設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢，程序的轉(zhuǎn)移、運(yùn)行、控制都可通過狀態(tài)標(biāo)志條件來控制。經(jīng)過調(diào)試修改后的程序應(yīng)進(jìn)行規(guī)范化。規(guī)范化的程序便于交流和借鑒，也為今后的軟件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)全面軟件