单片机硬件设计及仪表线路(7)课件

1、硬件的测试与调试智能仪表线路原理图第七章 单片机系统硬件的测试与调试7/27/202227-1 单片机应用系统的一般调试方法硬件调试2. 软件调试3. 系统联调 4. 现场调试7/27/20223 一、硬件调试方法 1. 静态调试第一步：目测 通过目测查出一些明显的器件、设备故障并及时排除。第二步：万用表测试 用万用表复核目测中认为可疑的连接或接点，检查它们的通断状态是否与设计规定相符。 硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器(万用表、示波器等)，通过执行开发系统有关命令或运行适当的测试程序，检查用户系统硬件中存在的故障。7/27/20224第三步：加电检查 加电时，首先检查所有插座或器件的电源

2、端是否有符合要求的电压值。第四步：联机检查 在静态检查印制板、连接、器件等部分无物理性故障后，即可将用户系统与单片机开发系统用仿真电缆连接起来。联机检查上述连接是否正确，是否连接畅通、可靠。7/27/202252. 动态调试 动态调试是在开发系统的支持下完成的（如下图）。 它利用开发系统友好的人机界面，可以有效地对用户系统的各部分电路进行访问、控制，使系统在运行中暴露问题，从而发现故障。 动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。 伟 福仿真器 1、 先独立后联机2、 先分块后组合3、 先单步后连续7/27/20226三、 系统联调系统联调主要解决以下问题：（1）软、硬件能否按预定要求配合工作？

3、如果不能，那么问题出在哪里？如何解决？(2) 系统运行中是否有潜在的设计时难以预料的错误？如硬件延时过长造成工作时序不符合要求，布线不合理造成有信号串扰等。 (3) 系统的动态性能指标(包括精度、速度参数)是否满足设计要求？二、软件调试单片机AT89C51、键盘、25045等部分A/D7109及串行通信部分LED显示器部分7/27/20227单片机AT89C515位LED显示器X25045看门狗蜂鸣器（BEEP）键盘、拨盘A/D7109串行通信7-2 智能仪表线路原理图1、主要功能 该仪表是一种采用计算机技术的智能仪表。仪表基本参数的设置可由4个用户键实现；仪表采用双排数码管分别同时显示相关模

4、拟量测量值可与计算机RS485串口进行通讯。7/27/20228一、仪表的功能和工作原理 仪表使用前,首先利用4个用户开关完成仪表参数的设定工作。 AT98C51根据仪表设定参数,由ICL7109 A/D转换器完成所采集任务, ICL7109工作在直接输出方式下，在这种方式下可自动将输入端的0-5伏模拟量转换为12位的数字量。转换结束后，ICL7109由status状态信号端发出中断申请（INT0），请求AT98C51采集数据，AT98C51响应中断申请后，在中断服务子程序中完成数据采集的任务。 AT98C51将采集的数据进行相关处理后，送给LED显示器显示。 7/27/202292、工作原理

5、根据需要AT89C51串口通过MAX487实现了RS-485通讯。拨盘开关是为整个系统自检而设计的，又称自检开关，它提供了16种可选状态。 看门狗X25045用于存放用户设定的仪表参数，同时其看门狗功能和电压监控功能可提高整个系统的可靠性。 喇叭BEEP对AT89C51的错误或测量超限等情况进行声报警。 7/27/202210AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。 AT89C51单片机在仪表线路中为单片用法7/27/202211二、 单片机选择-AT89C517/27/202212 与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存

6、储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM主要特性 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 1、蜂鸣器（BEEP）电路 7/27/202213三、仪表线路局部电路分析实际BEEP接到P2.3思考： 同学自己分析该电路的发声原理，各元件的作用？编写一段程序完成测试任务。 7/27/202214例：使仪表蜂鸣器间断发声的程序。 N1:CLR P2.3;BEEP响 CALLDELAY1；延时 SETB P2.3;BEEP不响 CALLDE

7、LAY2；延时SJMPN17/27/2022152、LED显示器等效电路RR.abhCOMa f b g e c d h反相驱动器2803P0.7P0.0P0+5VQ1DT1SEL1A Y0B Y1C Y2 138 Y7 P2.7P2.6P2.5返回7/27/2022161）74LS138译码器的作用7/27/202217【例7-4-11】试分析图7-14中74LS138译码器输入与输出的关系。 输出输入P2.5 CP2.6 BP2.7 A控制端始终有效SEL1-SEL5显示器位选SEL8打开245输入7/27/202218思考：下列程序中哪段程序使SEL1、SEL4、SEL8有效？ A） S

8、ETB P2.5 B） SETB P2.5 C）SETB P2.5 D）SETB P2.5 SETB P2.6 SETB P2.6 CLR P2.6 CLR P2.6 SETB P2.7 CLR P2.7 SETB P2.7 CLR P2.7E） CLR P2.5 F） CLR P2.5 G） CLR P2.5 H）CLR P2.5 SETB P2.6 SETB P2.6 CLR P2.6 CLR P2.6 SETB P2.7 CLR P2.7 SETB P2.7 CLR P2.7SEL1有效SEL4有效SEL8有效2、ULN2803反相驱动器 7/27/202219信号输入端信号输出端01

9、适用于低逻辑电平数字电路和照明，继电器，或其他用于计算机工作上和消费应用的大范围的类似负载要求的大电流/高电压之间的接口。 7/27/202220【例7-4-12】试分析图7-15中ULN2803的作用。 思考：当P0.0=“0”；P0.1=“1” 时，7SEG7=？ 7SEG6=？ 当P0口作为通用I/O接口时, 要注意两点: 在输出数据时, 由于V2截止, 输出级是漏极开路电路, 要使“1”信号正常输出，必须外接上拉电阻。 7/27/202221电阻RP1的作用（上拉电阻）电阻R1-R8（51）的作用（限流电阻）七段LED显示器+5V28037SEG7R1I70/5=14mA7/27/20

10、22223、5位LED显示器7/27/2022237/27/202224当执行下面的程序后，三极管Q1-Q5哪一个导通？ DT1-DT5各是什么电平？CLR P2.7SETB P2.6CLR P2.5+5v“1”7/27/202225当执行下面的程序后，5个LED显示器哪一个 亮？显示什么字型？CLR P2.7CLR P2.6SETB P2.5MOV A，#0FFHMOV P0，A答：执行下面的程序后，SEL5有效，Q5导通，DT5为高 电平，最低位LED被选中，从字型口输出FFH，反相 后为00H，LED七段显示器全亮。7/27/2022264、键盘、拨盘电路返回7/27/202227(1)

11、 74HC245L 三态输出八总线收发器DIR：方向控制端；A0A7：数据输入/输出端口； ：输出允许端（低电平有效）；B0B7：数据输入/输出端口。功能表控制输入端B数据到A总线A数据到B总线隔离 L L L H H X操作 DIR可直接驱动总线或最多可驱动15个LSTTL负载。 7/27/202228(2) 键定义K1-K4仪表键盘（用户使用）SW1-SW4拨盘（自检开关）通过上拉电阻使： K（SW）闭合为“0” K（SW）打开为“1” 结合图7-17和下列程序分析SW1的采样过程。7/27/202229(3) 思考题 KR245: MOV P0,#0 LCALL SEL8 MOV P1,

12、#0FFH MOV A,P1 LCALL SEL7RETSEL7: CLR P2.7 ； P2.5-P2.7 110 (SEL7)SETB P2.6SETB P2.5RETSEL8: SETB P2.7 ；KR245 E P2.5-P2.7 111 (SEL8)SETB P2.6SETB P2.5RET 电路图7/27/202230采样SW1与K1-K4程序相同吗？为什么？答：硬件电路相同,所以采样程序相同。7/27/202231单片机上电复位时，74HC245三态门的状态是什么？答：单片机上电复位时，P2口为高电平，SEL8有效，所以74HC245三态门状态为打开状态。7/27/202232

13、在KR245子程序中，调用SEL7子程序的作用是什么？KR245: MOV P0,#0 LCALL SEL8 MOV P1,#0FFH MOV A,P1 LCALL SEL7RET答：关闭74HC245三态门。问题：采集的开关值存在A寄存器中，如何处理？5、A/D转换器ICL7109 返回1返回2返回37/27/202234（1） ICL7109芯片功能简介 ICL7109是一种高精度，低噪声，低漂移双斜率积分型12位A/D转换器。另有一位符号位，一位溢出标志位，实际上具有14位A/D的精度。ICL7109转换速度较低，但内藏基准电压源，且价格便宜，适用于低速度，高精度的测量场合。模拟量输入端

14、：INLO，INHI分别为差动输入电压的正负极。 数字量输出端：B1-B12 POL，标志位 OR，溢出位7/27/202235主要管脚 ICL7109的模拟输入可接成单端输入方式，也可接成差动输入方式。其模拟转换及数字信号输出方式受RUN/HOLD，MODE，CE/LOAD，HBEN，LBEN ，脚的信号及状态控制 RUN/HOLD 接“H”则连续进行A/D转换，接“L”则停止转换，上一次转换的的数据得以保持。智能仪表线路中接“H”。 MODE端接低电平，则工作在直接输出方式下；接高电平，则工作在手动模式下。智能仪表线路中接“L”。STATUS（状态信号），采用直接方式接口时，由此脚给微机发

15、中断，请求立即接收数据。 7/27/202237在直接输出模式下采样控制 CE作为输出使能端，低电平有效； HBEN，LBEN分别为高位和低位字节允许端。AD1: CLRP2.0CLRP2.1 ；读高位MOVA,P1MOVB,ASETBP2.1CLRP2.2 ；读低位MOVA,P1SETBP2.2SETBP2.0思考： 8位单片机如何采集 12（14）位数字量。ICL7109的STATUS端经RC电路接到单片机，RC电路的作用是什么？ 7/27/202238（2）思考题答： 微分电路，保证中断申请一次有效。电路图ICL7660 通用型负电流/电压转换器ICL7660工作时只需外接两个电容器，便

16、可将1.5 V-10.0V范围的正电压转换为相同幅值的负电压，为A/D、D/A转换器，运算放大器，模拟开关等提供工作所需的正、负电源。 7/27/202239ICL7660的作用是什么？答： 提供7109所需的-5V电源。电路图 REF IN+ 和REF IN-分别为差动参考电压的正负极。 7/27/202240电路中VR1可调电位器的作用是什么？电路图答：一般调整参考电压等于1/2满度输入电压。7/27/202241电路中的ICL7109大约多长时间完成一次模数转换？答:ICL7109是双积分型A/D转换器(慢速)，由使用说明书知自零阶段 2048时钟；积分阶段2048时钟；保持阶段4096

17、时钟；共8192个时 钟周期进行一次A/D转换操作。 仪表振荡频率3.58MHZ,则时钟频率为：3.58/58 =61.72KHZ 转换一次时间为：8192/61.72=0.1327（S），即每秒转换7.5次。7/27/2022426、X25045EEPROM存储器功能 X25045的存储部分是COMS的4089位串行EEPROM，它的内部按5128来组织。一次最多可写4个字节。电压监控功能 上电时，电压电源超过4.5V后，经过约200ms的稳定时间后RESET信号由高电平变为低电平。掉电时，电源电压低于4.5V时，RESET信号立刻变为高电平并一直保持到电源恢复到稳定为止。看门狗功能 定时器

18、对微控制器提供了独立的保护系统。它提供了三种定时时间，可编程选择200ms，600ms和1.4s。（1）功能 SO：串行输出SI：串行输入SCK：串行时钟。CS： 片选WP：写保护RESET：复位7/27/202244（2）外部引脚 （3）工作原理 7/27/202245 X25045的6条操作指令 读时序(A)把CS拉低以选择芯片;(B)发送8位的读(READ)指令;(C)送8位的字节地址;(D)读出数据。7/27/202246 读/写操作时序 写时序 在写时序之前,必须先发出WREN指令使“写使能”锁存器置位。(A)CS先被拉到低电平;(B)由时钟同步送入WREN指令.(C)将CS变为高电平;写数据到EEPROM操作为(A)拉低CS并保持在低电平;(B)发送写指令(WRITE);(X)写数据.可以连续写多达4个字节的数据,但必须是这4个字节驻留在同一