c3超棒的单片机教学课件

1、上次课的回顾1.单片机的概念：单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机 单片机实质上就是一个芯片 是将CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储器)、I/O口(串口、并口等)、ROM(程序存储器)集成到单芯片中。2.特点：体积小，重量轻;电源单一，功耗低;功能强，价格低;运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高 单片机：控制（或受控于）外设。 单片机的专长则是测控，往往嵌入某个仪器/设备/系统中，使其达到智能化的效果。在工业、农业、军事、保安、金融、仪器仪表、航空航天、医疗、通讯、办公设备、娱乐休闲、健身、体育竞赛、服务领域广泛应用。正迅速改变着人们传统的生产和生活方式。2022/

2、8/151第1页，共27页。上次课的回顾3.单片机应用系统的一般硬件组成单片机主系统;用于测控目的前向传感器输入通道;后向伺服控制输出通道基本的人机对话通道。2022/8/152第2页，共27页。上次课的回顾4.单片机应用系统的设计内容1）单片机主系统设计2) 通道与接口设计3) 系统抗干扰设计4) 应用软件设计主系统设计内容 a.单片机选型； b.MSC-51系列片内有程序存储器的机型，只需在片外配上电源、复位电路、振荡电路，这样便于对单片机系统进行测试与调试。 c.配置能满足应用系统要求的一些外围功能器件。单片机主系统2022/8/153第3页，共27页。第三章:单片机应用系统开发过程与内

3、容OUTLINE一、单片机应用系统开发主要步骤二、总体方案确定三、硬件设计四、软件设计2022/8/154第4页，共27页。设计实例：交通信号灯控制系统一、单片机应用系统开发主要步骤2022/8/155第5页，共27页。设计实例：交通信号灯控制系统一、单片机应用系统开发主要步骤总体方案确定:(1) 需求分析:任务书(功能要求)： 设有一个南北（SN）向和东西(WE)向的十字路口，两方向各有两组相同交通控制信号灯，每组各有四盏信号灯，分别为直行信号灯（S）、左拐信号灯（L）、红灯（R）和黄灯（Y），交通控制信号灯布置如右图所示。 2022/8/156第6页，共27页。设计实例：交通信号灯控制系统

4、一、单片机应用系统开发主要步骤总体方案确定:(1) 需求分析:任务书(功能要求)： 要求:根据交通流量不同，交通信号灯的控制分为自动控制和手动控制两种。平时使用自动控制，高峰区可使用手动控制。 手动控制时，用户通过键盘对交通信号灯进行人工控制；自动控制时，交通信号灯控制规律可用右图状态转换图来描述。2022/8/157第7页，共27页。设计实例：交通信号灯控制系统一、单片机应用系统开发主要步骤总体方案确定:(1) 需求分析:方案论证:： 本系统采用单片机作为中心处理部件，输入/输出量均属开关量，而紧急车辆通过，采用实时中断方式。(2)机型和器件的选择 系统以常用的89C51单片机作为中心处理部

5、件，2732A作为程序存储器，红、绿、黄灯各4个作为交通指示灯，反应A道、B道有无车辆的传感器各2个，处理紧急车辆的中断按钮一个。 理由: 89C51单片机廉价;低功耗;系统均为开关量;满足要求.2022/8/158第8页，共27页。设计实例：交通信号灯控制系统一、单片机应用系统开发主要步骤硬件设计:-结构框图结构框图2022/8/159第9页，共27页。设计实例：交通信号灯控制系统一、单片机应用系统开发主要步骤硬件设计:- 单片机主系统CPU和存储器部分电路 2022/8/1510第10页，共27页。设计实例：交通信号灯控制系统一、单片机应用系统开发主要步骤硬件设计:- 驱动控制电路功率开关

6、接口和交通信号灯控制部分电路 2022/8/1511第11页，共27页。设计实例：交通信号灯控制系统一、单片机应用系统开发主要步骤硬件设计:- 显示与人机接口电路 显示器和键盘部分电路 2022/8/1512第12页，共27页。设计实例：交通信号灯控制系统一、单片机应用系统开发主要步骤软件设计: 程序流程图 2022/8/1513第13页，共27页。经历四个主要步骤： 总体设计阶段、硬件设计、软件设计及系统调试和维护。 一、单片机应用系统开发主要步骤总体设计：需求分析，方案论证。 需求分析:被测控参数（电量、非电量、模拟量和数字量等）、参数的范围、性能指标、系统功能、工作环境等要求。 方案论证

7、:满足用户要求，系统简单、经济和可靠。硬件设计:选择器件、电路设计、电路板制作和硬件调试。软件设计:软件流程设计、编程和调试。设计文件的整理:设计思想及设计方案论证、硬件电路图及元器件清单、软件流程图及程序清单、调试记录、性能测定及现场试用报告、使用说明等。2022/8/1514第14页，共27页。1. 需求分析与方案论证二、总体方案确定 需求分析: 通过需求分析确定测控系统的任务要求应包括以下几点功能要求 测量功能：哪些量？有实时在线要求否？什么输出形式？ （ 显示、打印、传输、通信）； 控制功能：什么对象？模型为何？哪些状态？ 需构成什么系统？ （随动、恒值、串级控制）； 管理功能：操作要

8、求、数据库要求、打印报表、 决策分析、统计分析。2022/8/1515第15页，共27页。1. 需求分析与方案论证 需求分析: 通过需求分析确定智能仪表任务要求应包括以下几点性能要求 测量范围 测量精度 测量灵敏度（分辨率） 稳定性、可靠性要求 响应速度 动态特性 数据库浏览（查询）方式、容量、安全性二、总体方案确定2022/8/1516第16页，共27页。1. 需求分析与方案论证 需求分析: 通过需求分析确定智能仪表任务要求应包括以下几点对象特性 输入输出关系（传递函数、用户以往的经验、作法、 其它图纸资料） 各变量的性质（幅度、变化率、分布性等） 生产使用规律环境条件其它: 用户长远发展规

9、划、扩展、升级的计划调查研究的结果应形成需求分析报告，以便设计方案。 二、总体方案确定2022/8/1517第17页，共27页。1. 需求分析与方案论证 方案论证: 总方案论证包括测控（工作）原理分析、推导，测控系统组成说明(可以用框图)，总体的硬、软件结构描述，主要性能、功能的计算、分析和说明等内容。 总体方案设计时，既要仔细研究测控仪表的功能要求、技术指标、环境条件等因素，还要与可以达到的技术水平，设备、资金的拥有量，必要的实验场地，必备的元器件来源，以及投入的人力和规定的完成时间等条件相比较，在此基础上确立总体方案的可行性。二、总体方案确定2022/8/1518第18页，共27页。2.机

10、型和器件选择 元器件的选择包括单片机、传感器、模拟电路、输入输出电路和存储器等。这些器件的选择应符合系统的精度、速度和可靠性等方面的要求。除此之外还应考虑以下几点： 1货源充足稳定，便于批量生产； 2在考虑性能/价格比的前提下选择最容易实现产品技术指标的机型和器件； 3要选择自己最熟悉的机型和器件，以缩短研制周期； 4.选择功能强的,减少外围元件的扩展.缩短研制周期；并提高可靠性.二、总体方案确定2022/8/1519第19页，共27页。3.硬件和软件的功能划分 系统的硬件配置和软件设计是密切联系在一起的，且硬件和软件具有一定的互换性。 多用硬件完成一些功能，可以提高整个系统的工作速度，减少软

11、件设计工作量，但增加了硬件成本。 若用软件替代某些硬件的功能，可使硬件成本降低，但增加了软件的复杂性，而且降低了系统的工作速度。 因此，总体设计时应综合考虑以上因素，合理搭配软硬件的比重。在不影响系统速度的情况下，尽量使用硬件。二、总体方案确定2022/8/1520第20页，共27页。1.硬件设计内容三、硬件设计(1)系统扩展:即单片机内容的功能单元如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。(2)系统配置:即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、模拟量/数字量的转换器等，设计合适的接口电路。2

12、022/8/1521第21页，共27页。2.硬件设计原则三、硬件设计（1）尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。（2）应充分满足应用系统的功能要求，并留有余地。（3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但应注意，系统运行速度,实时性.（4）系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。（5）必须进行可靠性及抗干扰设计.包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。（6）单片机外围电路较多时，必须考虑其

13、驱动能力。2022/8/1522第22页，共27页。1.软件设计内容四、软件设计（1）建立数学模型 应对被控对象的物理过程和计算任务进行全面分析，并从中提炼出数学表达式，即建立数学模型。 数学模型的形式是多样的，可以是一系列数学表达式，可以是数学推理和判断，也可以是运行状态的模拟。 例如在直接数字控制系统中，可以采用数字PID控制算法；在测量系统中从模拟输入通道得到的温度、流量、压力等现场信息与该信号对应的实际值往往存在非线性关系，需要进行非线性补偿。非线性补偿常用方法有：查表法、插值法、曲线拟合等。2022/8/1523第23页，共27页。1.软件设计内容四、软件设计（2）软件结构设计 采用

14、模块化结构，模块分3到4层。 1)最低一层，(通用子程序库)，包括: a.一般性子程序,如四则运算、开方运算、数的转换等。 b.过程控制通用子程序。包括过程控制中常用的控制算法. 打印机及显示器的驱动子程序、数据传送和变换子程序。 2)执行功能模块层 在通用子程序库的基础上，根据对过程控制系统结构的归纳、分类和规范化，组成各执行功能模块. 3)系统监控与管理模块层 它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度的角色。它包括主程序和管理程序2022/8/1524第24页，共27页。1.软件设计内容四、软件设计（2）绘制程序流程图: 方法：从上到下，先总体框图-然后分解-子模块。 不论采用何种程序设计方法，设计者都要根据系统的任务和控制对象的数学模型画出系统的总体框图，以描述程序的总体结构。 在总体框图的基础上，设计者还应结合数学模型确立具体的算法和步骤，并演化成计算机能处理的形式，然后画出子模块的所有流程图。2022/8/1525第25页，共27页。1.软件设计内容四、软件设计（3）系统定义 在软件设计前，把软件承担的任务（结合硬件结构）明确表示出来，具体有： （1）定义各输入/输出口的功能，明确信息交流方式、与系统接口方式、端口地址、读取和输出方式等。 （2）在程序存储器和数据存储器区域中，合理分配存储空间（包括系统主程序、常数