【ch10】單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)

第十章單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材單片機(jī)原理及應(yīng)用01設(shè)計(jì)任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程是以確定系統(tǒng)的功能和技術(shù)指標(biāo)開始的。要細(xì)致分析、研究實(shí)際問(wèn)題，明確各項(xiàng)任務(wù)與要求，綜合考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、可維護(hù)性及成本、經(jīng)濟(jì)效益，擬訂出合理可行的技術(shù)方案。首先，必須確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)的任務(wù)。其次，要明確產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，并針對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行廣泛調(diào)研、論證，包括查找資料、進(jìn)行調(diào)查、分析研究。

軟、硬件的分工與配合在總體方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)軟件和硬件進(jìn)行分工是首要的環(huán)節(jié)。因?yàn)楫a(chǎn)品中的硬件和軟件具有一定的互換性，有些由硬件實(shí)現(xiàn)的功能也可以用軟件來(lái)完成，反之亦然。單片機(jī)型號(hào)及相關(guān)芯片的選擇

單片機(jī)型號(hào)應(yīng)適合于產(chǎn)品的要求。設(shè)計(jì)人員可大體了解市場(chǎng)所能提供的構(gòu)成單片機(jī)產(chǎn)品的功能部件，根據(jù)要求進(jìn)行選擇?？傮w方案設(shè)計(jì)產(chǎn)品擴(kuò)展單片機(jī)內(nèi)部的功能部件，如RAM、ROM、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷產(chǎn)品等不能滿足產(chǎn)品的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇相應(yīng)的芯片，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品擴(kuò)展?？偟膩?lái)說(shuō)，硬件設(shè)計(jì)工作主要是輸入、輸出接口電路設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)器或I/O口的擴(kuò)展。產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)硬件和軟件設(shè)計(jì)完畢后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試了。系統(tǒng)調(diào)試流程圖如圖10-2所示。產(chǎn)品調(diào)試02單片機(jī)產(chǎn)品的抗干擾技術(shù)干擾的耦合及其傳播

圖10-3表示了噪聲入侵單片機(jī)產(chǎn)品的基本途徑，由圖可見，最容易受到干擾的部位是電源、接地產(chǎn)品、輸入和輸出通道。噪聲的耦合和傳播途徑主要有以下幾種。干擾源及其傳播途徑抗干擾措施的電源設(shè)計(jì)

電網(wǎng)的沖擊、頻率的波動(dòng)將直接影響實(shí)時(shí)控制產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性。因此在計(jì)算機(jī)和市電之間必須配備穩(wěn)壓電源并采取其他一些抗干擾措施?？垢蓴_措施的電源設(shè)計(jì)

采用專用電源電壓監(jiān)測(cè)集成電路是一片具有8個(gè)引腳，雙列直插式的集成電路芯片，其引腳如圖10-5(a)所示。圖10-6為電源電壓的變化及輸出狀態(tài)的變化波形。由圖可見，在電源接通，電壓開始上升，瞬間電壓降和瞬間干擾脈沖時(shí)，電源監(jiān)測(cè)器都能正確而及時(shí)輸出復(fù)位脈沖信號(hào)，圖中Vs為被監(jiān)測(cè)電平，對(duì)+5V來(lái)講，一般Vs大于4.5V?？垢蓴_措施的電源設(shè)計(jì)

一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的應(yīng)用原則信號(hào)地和機(jī)殼地的連接必須避免形成閉環(huán)回路。如圖10-7所示，由于A、B兩個(gè)裝置各將SG和FG接上，因而就形成虛線所示的閉環(huán)回路。產(chǎn)品的地線設(shè)計(jì)

A/D和D/A轉(zhuǎn)換器是一種精密的測(cè)量裝置，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，其首要問(wèn)題就是排除干擾。下面就常態(tài)干擾和共態(tài)干擾討論其對(duì)策。圖10-8為單片機(jī)實(shí)時(shí)控制產(chǎn)品的示意圖。A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的抗干擾措施A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的抗干擾措施

軟件方法提高A/D轉(zhuǎn)換器抗干擾能力被控現(xiàn)場(chǎng)的工頻(50Hz)干擾一般都較大，因此，在A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓上常會(huì)疊加一些工頻成分，如圖10-9所示。雙絞線的使用屏蔽導(dǎo)線對(duì)靜電感應(yīng)的作用比較大，但對(duì)電磁感應(yīng)作用卻不大。電磁感應(yīng)噪聲是磁通在導(dǎo)線構(gòu)成的閉環(huán)路中產(chǎn)生的。長(zhǎng)線傳輸過(guò)程中的竄擾很多計(jì)算機(jī)采用美觀的“經(jīng)緯”走線、橫線和直線規(guī)則地排列，因而相鄰線平等度極高，由于平行線之間存在著互感和分布電容，因此進(jìn)行信息傳送時(shí)會(huì)產(chǎn)生竄擾，影響產(chǎn)品的工作可靠性。傳輸干擾圖10-11(a)所示的方法是利用印制電路板上多余的反相器，讓其輸入接地，使其輸出去控制工作門不用的輸入端。圖10-11(b)是把不用的輸入端通過(guò)一個(gè)電阻接+5V。這種方法適用于慢速、多干擾的場(chǎng)合。圖10-11(c)是最簡(jiǎn)單的方法，但增加了前級(jí)門的負(fù)擔(dān)?？垢蓴_措施的元器件03單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例———計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)并制作出具有如下功能的計(jì)算機(jī)時(shí)鐘：①自動(dòng)走時(shí)，由8位LED顯示器顯示年、月、日或用其中低6位LED顯示器顯示時(shí)、分、秒。②按鍵調(diào)時(shí)，可以按鍵輸入時(shí)鐘和日期。③上位機(jī)校準(zhǔn)，可以通過(guò)串口通信接收上位機(jī)發(fā)來(lái)的日期、時(shí)間數(shù)據(jù)幀。④實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

HT1380是一個(gè)帶秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的串行時(shí)鐘可編程芯片，內(nèi)含一個(gè)32.768kHz的晶振校準(zhǔn)時(shí)鐘，能自動(dòng)計(jì)算每個(gè)月的天數(shù)，并能自動(dòng)根據(jù)閏年自動(dòng)調(diào)整。HT1380引腳圖如圖10-15(a)所示，其引腳定義如表10-1所示。應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例———計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例———計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)HT1380是一個(gè)帶秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的串行時(shí)鐘可編程芯片，內(nèi)含一個(gè)32.768kHz的晶振校準(zhǔn)時(shí)鐘，能自動(dòng)計(jì)算每個(gè)月的天數(shù)，并能自動(dòng)根據(jù)閏年自動(dòng)調(diào)整。HT1380引腳圖如圖10-15(a)所示，其引腳定義如表10-1所示。應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例二——交流工頻頻率測(cè)量在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常有測(cè)量周期、頻率或時(shí)間間隔等的需求。下面再介紹一個(gè)采用2051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的交流工頻頻率測(cè)量、顯示的應(yīng)用實(shí)例。要求：①采用2051在線測(cè)量交流電的頻率；②通過(guò)4位LED顯示器顯示頻率。工頻頻率測(cè)量電路主要由周期脈沖形成電路、門控信號(hào)產(chǎn)生電路、數(shù)碼管顯示電路4部分構(gòu)成。電路如圖10-20所示。應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例二——交流工頻頻率測(cè)量