第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)

第1頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本章內(nèi)容第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)用系統(tǒng)組成

單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)與科技創(chuàng)新應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路常用的數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型及其程序設(shè)計(jì)第2頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容

單硅晶片CPU存儲(chǔ)器控制電路定時(shí)器時(shí)鐘電路I/O口單片機(jī)第3頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容中央處理器CPU：8位，運(yùn)算和控制功能內(nèi)部RAM：共256個(gè)RAM單元，用戶使用前128個(gè)單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個(gè)單元被專用寄存器占用。內(nèi)部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。并行I/O口：4個(gè)8位的I/O口P0、P1、P2、P3。輸入、輸出串行口：一個(gè)全雙工串行口。通訊用。中斷控制系統(tǒng)：5個(gè)中斷源（外中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)）時(shí)鐘電路：可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ。為CPU提供時(shí)鐘的。驅(qū)動(dòng)單片機(jī)進(jìn)行工作。其他：AD,DA顯示等1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用第4頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1

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313029282726252424222180318051875189C51第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-引腳簡(jiǎn)介

P3口線的第二功能VCCVSSXTAL2

XTAL1RSTP0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP3.0

P3.1

P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.72、振蕩電路：XTAL1、XTAL23、復(fù)位引腳：RST4、并行口：P0、P1、P2、P37、ALE：地址鎖存控制信號(hào)1、電源線：VCC(+5V)、VSS(地)EAPSEN5、EA：訪問程序存儲(chǔ)控制信號(hào)6、PSEN：外部ROM讀選通信號(hào)RXD/

TXD/

INT0/INT1/

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WR/

RD/第5頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1

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3130292827262524242221第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-存儲(chǔ)器

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15RAM626480318751805189C51片內(nèi)RAM片內(nèi)ROM256B（字節(jié)）4K64K64K第6頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1

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313029282726252424222180318051875189C51第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-并行I/O口

P0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.0

P3.1

P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.74個(gè)8位并行I/O口：P0，P1，P2，P3；均可作為雙向I/O端口使用。特點(diǎn)：

P0：訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，

復(fù)用為低8位地址線和數(shù)據(jù)線

P2：高8位地址線。P1：雙向I/O端口

P3：第二功能第7頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-時(shí)鐘振蕩電路滌綸電容C晶振圖典型的時(shí)鐘電路在電路中，電容通常取30pF，晶振的取值通常為：1MHz-33MHz（不同型號(hào)的單片機(jī)的上限頻率可能有差別）。單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能進(jìn)行工作。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接振蕩器，即可為各部分提供時(shí)鐘信號(hào)。第8頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-時(shí)鐘振蕩電路單片機(jī)型號(hào)最高時(shí)鐘頻率803112MHz805112MHz875112MHzAT89C205124MHzAT89C5133MHzAT89C5233MHzAT89S5324MHz常用單片機(jī)的最高時(shí)鐘頻率第9頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-復(fù)位電路誰知道復(fù)位電路怎么起到復(fù)位的作用?復(fù)位電路的作用:

（1）上電時(shí)保證系統(tǒng)元件從初始狀態(tài)開始，

處于一個(gè)固定的狀態(tài)（2）人工能夠參與復(fù)位（3）系統(tǒng)受到干擾后，運(yùn)行異常，自動(dòng)復(fù)位。第10頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-復(fù)位電路阻容上電自動(dòng)復(fù)位電路手動(dòng)復(fù)位電路RSTMCS-51R2R1﹠MAX813LPFIMRRESETWDOWDI穩(wěn)壓電源P1.0“看門狗”復(fù)位電路第11頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-定時(shí)、計(jì)數(shù)器（1）MCS-51單片機(jī)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器組成：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0(T0)：16位的加計(jì)數(shù)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1(T1)：16位的加計(jì)數(shù)器（2）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的功能對(duì)外部輸入信號(hào)的計(jì)數(shù)功能:T0對(duì)引腳P3.4上的外部脈沖輸入信號(hào)計(jì)數(shù)；T1對(duì)引腳P3.5上的外部脈沖輸入信號(hào)計(jì)數(shù).定時(shí)功能：定時(shí)功能也是通過計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的，但它是通過對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。1

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P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7第12頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-串行通信器●串行傳送的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)按位順序傳送，最少只需一根傳輸線，成本低。但速度慢。傳送的距離遠(yuǎn)(可達(dá)幾千公里）。

●并行傳送的特點(diǎn)：各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，速度快、效率高。傳送線多,成本高。傳送距離<30米?！裼?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳送方式：并行和串行數(shù)據(jù)傳送。

(1)基本概念

第13頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-串行通信器

(1)基本概念

信息各式上分異步通信方式—按字符傳輸同步通信方式—按數(shù)據(jù)塊傳輸●串行通信通信又分為異步和同步兩種方式。在單片機(jī)中使用是異步方式。

第14頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-串行通信器●異步串行通信的字符格式：

(1)基本概念

異步串行通信以字符為單位，一個(gè)字符一個(gè)字符地傳送。對(duì)異步串行通信的字符格式如下：01停止位起始位低位高位8位數(shù)據(jù)位奇偶校驗(yàn)停止位第N個(gè)字符第N-1個(gè)字符第15頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-串行通信器(2)串行口的基本結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)串行接口的硬件

MCS-51單片機(jī)串行接口的控制

MCS-51單片機(jī)串行接口工作方式

P3.0位的第二功能——收端RXDP3.1位的第二功能——發(fā)端TXD寄存器SCON、PCON、SBUF

寄存器IE、IP方式0

方式2方式1

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P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7第16頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-串行通信器(2)串行口的基本結(jié)構(gòu)多機(jī)通信系統(tǒng)示意圖主從結(jié)構(gòu)第17頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-中斷功能(1）日常中斷的例子你正在專心看書，突然電話鈴響，于是你記下正在看的書的頁(yè)數(shù)，去接電話，接完電話后再回來接著看書。第18頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-中斷功能(2）單片機(jī)中的中斷概念中斷是指由于某種隨機(jī)事件的發(fā)生，計(jì)算機(jī)暫?，F(xiàn)行程序的運(yùn)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一程序，以處理發(fā)生的事件，處理完畢后又自動(dòng)返回原來的程序繼續(xù)運(yùn)行。將能引起中斷的事件稱為中斷源。CPU現(xiàn)行運(yùn)行的程序稱為主程序。處理隨機(jī)事件的程序稱為中斷服務(wù)子程序。第19頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-中斷功能(2）中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)分時(shí)操作

——CPU可以同多個(gè)外設(shè)“同時(shí)”工作實(shí)時(shí)處理

——CPU及時(shí)處理隨機(jī)事件故障處理

——電源掉電、存儲(chǔ)出錯(cuò)、運(yùn)算溢出

第20頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容1單片機(jī)內(nèi)部功能部件作用-中斷功能

MCS-51單片機(jī)具有多中斷控制它由以下幾部分組成：定時(shí)中斷：由單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的溢出標(biāo)志觸發(fā)的中斷，MCS-51單片機(jī)有T0和T1兩個(gè)定時(shí)中斷。串行口中斷：為單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)傳輸設(shè)置的中斷，MCS-51單片機(jī)有1個(gè)串行中斷?？梢栽O(shè)定外中斷：由外部信號(hào)觸發(fā)的中斷，MCS-51有2個(gè)中斷（INT0）和（INT1）組成。第21頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成

例子1電烤箱單片機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求：電烤箱內(nèi)溫度可在40-200度范圍內(nèi)任意設(shè)定。利用LED數(shù)碼管上顯示電烤箱內(nèi)溫度。單片機(jī)采用89C52（內(nèi)有4K程序存儲(chǔ)器）。電熱箱采用電熱絲加熱。能夠?qū)㈦娍鞠鋬?nèi)溫度控制在設(shè)定。

2.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例

第22頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成

例子1電烤箱單片機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)思路溫度傳感器檢測(cè)電熱箱內(nèi)的溫度，經(jīng)放大后，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后。送入單片機(jī)；--硬件按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運(yùn)算得到對(duì)應(yīng)的模擬溫度值；--軟件把溫度模擬值送往LED數(shù)碼管顯示器顯示（軟件+硬件）。利用撥碼（BCD碼）鍵盤設(shè)定溫度（硬件+軟件）。控制方法：?jiǎn)纹瑱C(jī)將設(shè)定的溫度值與檢測(cè)到的電熱箱中的實(shí)際溫度進(jìn)行比較，并調(diào)節(jié)運(yùn)算后，發(fā)出控制信號(hào)（軟件）經(jīng)光電隔離器去驅(qū)動(dòng)雙向可控硅以調(diào)節(jié)加在電熱絲的電壓，從而控制電熱箱的溫度（硬件）。

2.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例

第23頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成

例子1電烤箱單片機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)—硬件電路框圖

2.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例

第24頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成

2.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例

例子1電烤箱單片機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件程序規(guī)劃：初始化程序：存儲(chǔ)器,Ｔ１定時(shí)中斷，I/O口等。控制周期計(jì)算程序：可以用Ｔ１定時(shí)中斷。A/D轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)程序（采樣程序），得到相應(yīng)的數(shù)字量，濾波程序；標(biāo)度變換程序：按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運(yùn)算得到對(duì)應(yīng)的模擬溫度值（也是數(shù)字量）；顯示程序：驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示器（數(shù)碼轉(zhuǎn)化）。鍵盤管理程序。控制程序。第25頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成

2.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例

例子1電烤箱單片機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件程序-主程序：第26頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成

2.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)＋接口電路及外部設(shè)備等＋軟件硬件單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng):由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成硬件是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件是在硬件的基礎(chǔ)上對(duì)其資源進(jìn)行合理調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的任務(wù)，二者相互依賴，缺一不可第27頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容1）單片機(jī)主系統(tǒng)設(shè)計(jì)-硬件2)接口電路及外設(shè)設(shè)計(jì)(包括抗干擾設(shè)計(jì)）-硬件3)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)(包括抗干擾設(shè)計(jì)）單片機(jī)主系統(tǒng)主系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

a.單片機(jī)選型；

b.MSC-51系列片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器的機(jī)型，只需在片外配上電源、復(fù)位電路、振蕩電路，這樣便于對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試與調(diào)試。

c.配置能滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求的一些外圍功能器件。第28頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

3.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路經(jīng)歷四個(gè)主要步驟：

總體設(shè)計(jì)階段、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)?？傮w設(shè)計(jì)：需求分析，方案論證。需求分析:被測(cè)控參數(shù)的形式（電量、非電量、模擬量、數(shù)字量等）、被測(cè)控參數(shù)的范圍、性能指標(biāo)、系統(tǒng)功能、工作環(huán)境、顯示、報(bào)警、打印要求等。方案論證:根據(jù)要求設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)場(chǎng)條件的軟硬件方案，又要使系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠，這是進(jìn)行方案論證與總體設(shè)計(jì)一貫堅(jiān)持的原則。第29頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

3.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路硬件設(shè)計(jì):選擇器件、電路設(shè)計(jì)、電路板制作和硬件調(diào)試。軟件設(shè)計(jì):軟件流程設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試與性能測(cè)定：硬件軟件聯(lián)調(diào)與優(yōu)化。文件編制:設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)方案論證、硬件電路圖及元器件清單、軟件流程圖及程序清單、調(diào)試記錄、性能測(cè)定及現(xiàn)場(chǎng)試用報(bào)告、使用說明等。經(jīng)歷四個(gè)主要步驟：

總體設(shè)計(jì)階段、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)。第30頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

流程圖第31頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

3.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1）單片機(jī)主系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

2)接口電路及外設(shè)設(shè)計(jì)(包括抗干擾設(shè)計(jì)）

包括：選擇器件、電路設(shè)計(jì)、電路板制作和硬件調(diào)試。

單片機(jī)內(nèi)容的功能單元如ROM、RAM、I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。--系統(tǒng)開展按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、模擬量/數(shù)字量的轉(zhuǎn)換器等，設(shè)計(jì)合適的接口電路。

（1）硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容：第32頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

3.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1）盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)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)。

2）應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有余地。

3）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮?？紤]的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。但應(yīng)注意，系統(tǒng)運(yùn)行速度,實(shí)時(shí)性.

4）系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。如選用CMOS芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。

5）必須進(jìn)行可靠性及抗干擾設(shè)計(jì).包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。

6）單片機(jī)外圍電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。

（2）硬件設(shè)計(jì)原則：第33頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

3.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

建立數(shù)學(xué)模型；編程序。應(yīng)對(duì)被控對(duì)象的物理過程和計(jì)算任務(wù)進(jìn)行全面分析，并從中提煉出數(shù)學(xué)表達(dá)式，即建立數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型的形式是多樣的，可以是一系列數(shù)學(xué)表達(dá)式，可以是數(shù)學(xué)推理和判斷，也可以是運(yùn)行狀態(tài)的模擬。例如：在測(cè)量系統(tǒng)中從模擬輸入通道得到的溫度、流量、壓力等現(xiàn)場(chǎng)信息與該信號(hào)對(duì)應(yīng)的實(shí)際值往往存在非線性關(guān)系，需要進(jìn)行非線性補(bǔ)償。非線性補(bǔ)償常用方法有：查表法、插值法、曲線擬合等。

（1）軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容：第34頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

3.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（2）程序采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)--模塊化結(jié)構(gòu)

1)最低一層，(通用子程序庫(kù))，包括:

a.一般性子程序,如四則運(yùn)算、開方運(yùn)算、數(shù)的轉(zhuǎn)換等。

b.過程控制通用子程序。包括過程控制中常用的控制算法.打印機(jī)及顯示器的驅(qū)動(dòng)子程序、數(shù)據(jù)傳送和變換子程序。

2)執(zhí)行功能模塊層在通用子程序庫(kù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)對(duì)過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的歸納、分類和規(guī)范化，組成各執(zhí)行功能模塊.3)系統(tǒng)監(jiān)控與管理模塊層它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度的角色。它包括主程序和管理程序整個(gè)程序體現(xiàn)一個(gè)橄欖球狀，即：通用子程序和管理程序相對(duì)要小第35頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

3.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（3）程序編寫

方法：

1）先從上到下得到程序流程圖。

分解為多個(gè)子模塊。要根據(jù)系統(tǒng)的任務(wù)和控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合數(shù)學(xué)模型確立具體的算法和步驟，將其演化成計(jì)算機(jī)能處理的形式，然后畫出子模塊的所有流程圖。第36頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

3.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（3）程序編寫

方法：

2）完成軟件流程設(shè)計(jì)后，進(jìn)行程序編寫和調(diào)試.

原則:自下而上,先基本子程序后功能子程序,再形成系統(tǒng)程序.這樣編程每進(jìn)行一步都有結(jié)果,好調(diào)試.

。如:Y=(A*B)+(C*D)=Y1+Y2子程序1(A*B)子程序2(C*D)第37頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容4常用的數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型及其程序設(shè)計(jì)

4.1標(biāo)度變換及其程序設(shè)計(jì)

（1）概念

各種被測(cè)量不僅量綱不同，其數(shù)值變化范圍也相差很大。為了便于數(shù)據(jù)采集，各信號(hào)對(duì)應(yīng)的傳感器均將他們要處理成與A/D轉(zhuǎn)換器輸入特性相匹配的電壓信號(hào)（如0～5V）送至計(jì)算機(jī)。即：無論何種量綱信號(hào)，計(jì)算機(jī)通過A/D得到的數(shù)字信號(hào)是一樣的，不是實(shí)際數(shù)值。為了使顯示、記錄、打印等結(jié)果能反映被測(cè)量的實(shí)際數(shù)值，就必須對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行變換。這種測(cè)量結(jié)果的數(shù)字變換就是標(biāo)度變換第38頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容4常用的數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型及其程序設(shè)計(jì)

4.1標(biāo)度變換及其程序設(shè)計(jì)

（2）線性儀表的標(biāo)度變換對(duì)于具有線性特性的儀表，其標(biāo)度變換可用如下公式表示：Am為測(cè)量上限；Nm為上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；A0為測(cè)量下限；N0為下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。AX為實(shí)際測(cè)量值；

NX為實(shí)際測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；式中第39頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容4常用的數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型及其程序設(shè)計(jì)

4.1標(biāo)度變換及其程序設(shè)計(jì)

（2）線性儀表的標(biāo)度變換一般測(cè)量下限A0所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量N0為0，即N0=0，計(jì)算式可簡(jiǎn)化為：

例如:某熱處理爐溫度測(cè)量?jī)x表的量程設(shè)定為200～800℃，在某一時(shí)刻儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集所得結(jié)果為CDH(8位)。按標(biāo)度變換公式可知，A0=200℃,Am=800℃,Nm=FFH,NX=CDH，因此通過標(biāo)度變換計(jì)算可以確定此時(shí)的溫度為：第40頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容4常用的數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型及其程序設(shè)計(jì)

4.1標(biāo)度變換及其程序設(shè)計(jì)

（2）線性儀表的標(biāo)度變換程序設(shè)計(jì)

標(biāo)度變換需要進(jìn)行加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算。為了實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)算，可以設(shè)計(jì)一個(gè)專用的標(biāo)度變換子程序，需要時(shí)調(diào)用這一子程序即可。變換運(yùn)算中所需常數(shù)可由程序到存儲(chǔ)器中約定單元提取。例如約定A0、Am、A0、Nm分別存放在以符號(hào)ALOWER、AUPPER、NLOWER、NOPPER表示的內(nèi)存單元中，和分別存放在符號(hào)SAMP、DATA表示的單元中.

可用右圖所示程序框圖設(shè)計(jì)程序進(jìn)行標(biāo)度變換。程序全部采用字型操作數(shù)指令。第41頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容4常用的數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型及其程序設(shè)計(jì)

4.1標(biāo)度變換及其程序設(shè)計(jì)

（3）非線性測(cè)量的標(biāo)度變換1)分段擬合法序(分段線性化)

在（xi，xi＋1）之間(段)，其對(duì)應(yīng)的線性逼近值為：實(shí)現(xiàn)線性插值的步驟如下：①將校準(zhǔn)曲線進(jìn)行分段，選取各插值基點(diǎn)。②確定各插值點(diǎn)值，計(jì)算值，擬合直線段的斜率值，全部按一定規(guī)律存放在存儲(chǔ)器中。第42頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容4常用的數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型及其程序設(shè)計(jì)

4.1標(biāo)度變換及其程序設(shè)計(jì)

（3）非線性測(cè)量的標(biāo)度變換1)分段擬合法序(分段線性化)編程:(1)根據(jù)測(cè)量結(jié)果，確定Nx所在區(qū)間（Ni，Ni＋1），取得該段斜率ki，插值基點(diǎn)值Yi。

(2)計(jì)算:

(3)計(jì)算

(4)計(jì)算第43頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容4常用的數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型及其程序設(shè)計(jì)

4.1標(biāo)度變換及其程序設(shè)計(jì)

（3）非線性測(cè)量的標(biāo)度變換

2)查表法

分段擬合法序(分段線性化)缺點(diǎn):

需要儀表在線工作中作大量的、甚至是復(fù)雜的計(jì)算；若計(jì)算中處理不當(dāng)（如字節(jié)數(shù)不夠等），就可能造成計(jì)算誤差；

計(jì)算必然使得程序變長(zhǎng)，處理速度降低。

查表法：

可以避開處理計(jì)算，以較高的精度和較快的速度進(jìn)行線性化處理。第44頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容4常用的數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型及其程序設(shè)計(jì)

4.1標(biāo)度變換及其程序設(shè)計(jì)

（3）非線性測(cè)量的標(biāo)度變換

2)查表法

查表法要求:(1)事先用表格形式確定采樣結(jié)果與被測(cè)量之間關(guān)系；

(2)將表格按一定方法（例如大小順序）存入內(nèi)存單元。

查表法處理過程中先取得測(cè)量結(jié)果，然后查表得到被測(cè)量數(shù)值。第45頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容4常用的數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型及其程序設(shè)計(jì)

4.2數(shù)字濾波

（1）算術(shù)平均濾波程序

對(duì)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行連續(xù)采樣，然后去掉最大值和最小值；最