第2部分硬件设计及仪表线路2003-PPT幻灯片

MCS-51应用系统组成

前向通道后向通道后向通道人机通道1．前向通道的组成及其特点前向通道是单片机与测控对象相连的部分，是应用系统的数据采集的输入通道。来自被控对象的现场信息有多种多样。按物理量的特征可分为模拟量和数字（或开关量）两种。(1)与现场采集对象相连，是现场干扰进入的主要通道，是整个系统抗干扰设计的重点部位。(2)输入信号来自现场，许多信号不能满足单片机输入的要求，所以要有形式多样的信号变换调节电路。（如测量放大器、I/F变换、A/D转换、放大、整形电路等）(3)前向通道是一个模拟、数字混合电路系统，其电路功耗小，一般没有功率驱动要求。特点：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7-1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。第三步：加电检查加电时，首先检查所有插座或器件的电源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。2.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？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（重点内容）一、AT89C51AT89C51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CMOS8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与MCS-51兼容

4K字节可编程闪烁存储器

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二、仪表线路局部电路分析1、蜂鸣器（BEEP）电路实际BEEP接到P2.3“0”“1”CLRP1.5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。

2、74LS138译码器的作用【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输入思考：下列程序中，哪段程序使SEL1、SEL4、SEL8有效？A）SETBP2.5B）SETBP2.5C）SETBP2.5D）SETBP2.5SETBP2.6SETBP2.6CLRP2.6CLRP2.6SETBP2.7CLRP2.7SETBP2.7CLRP2.7E）CLRP2.5F）CLRP2.5G）CLRP2.5H）CLRP2.5SETBP2.6SETBP2.6CLRP2.6CLRP2.6SETBP2.7CLRP2.7SETBP2.7CLRP2.7SEL1有效SEL4有效SEL8有效3、ULN2803反相驱动器信号输入端信号输出端01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。【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=？电阻RP1的作用（上拉电阻）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。P0口是准双向口。其特点是在输入数据时，应先把口置1(写1)，才可作高阻输入。电阻R1-R8（510）的作用（限流电阻）七段LED显示器+5V28037SEG7R1I≈7mA4、键盘、拨盘电路思考题(1)74HC245L三态输出八总线收发器DIR：方向控制端；A0~A7：数据输入/输出端口；

：输出允许端（低电平有效）；B0~B7：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LL

LHHX操作

DIR可直接驱动总线或最多可驱动15个LSTTL负载。(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”(3)思考题①结合图7-17和下列程序分析SW1的采样过程。KR245: MOV P0,#0 LCALLSEL8 MOV P1,#0FFH MOV A,P1 LCALLSEL7 RETSEL7: CLR P2.7；P2.5-P2.7110(SEL7) SETB P2.6 SETBP2.5 RETSEL8: SETBP2.7；KR245EP2.5-P2.7111(SEL8) SETBP2.6 SETBP2.5 RET电路图②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。③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。④在KR245子程序中，调用SEL7子程序的作用是什么？KR245: MOV P0,#0 LCALLSEL8 MOV P1,#0FFH MOV A,P1

LCALLSEL7 RET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ICL71091234（1）ICL7109芯片①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。②主要管脚模拟量输入端：INLO，INHI分别为差动输入电压的正负极。

数字量输出端：B1-B12POL，标志位OR，溢出位思考：8位单片机如何采集12（14）位数字量。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，由此脚给微机发中断，请求立即接收数据。

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: CLR P2.0 CLR P2.1；读高位 MOV A,P1 MOV B,A SETB P2.1 CLR P2.2；读低位 MOV A,P1 SETB P2.2 SETB P2.0思考：8位单片机如何采集12（14）位数字量。③接口电路◆智能仪表中ICL7109工作在直接输出方式下；◆每次转换结束时，STATUS脚输出一个负脉冲，向AT89C51发出中断申请。单片机系统响应中断后，执行读数据服务子程序：按照先低后高（或先高后低）分两次读入低位字节和高位字节数据。◆中断读数据时不影响ICL7109的A/D连续转换。（2）思考题①ICL7109的STATUS端经RC电路接到单片机，RC电路的作用是什么？答：微分电路，保证中断申请一次有效。电路图②ICL7660的作用是什么？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，便可将1.5V-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。答：提供7109所需的-5V电源。电路图③电路中VR1可调电位器的作用是什么？●REFIN+和REFIN-分别为差动参考电压的正负极。

电路图答：一般调整参考电压等于1/2满度输入电压。④当P2.0=P2.1=0时，从P1口读入的数据中，P1.4和P1.5的值分别表示什么含义？

电路图；-------------------------------------------------------；功能：外部中断0完成A/D采样任务，每次采1个数。；使用：“1”区RO-R7；出口参数：AD_BUF开始的6个单元；-------------------------------------------------------AD_BUFEQU0AH；数据区A/D采样值3次（占6字节）0AH-0FHAD_NUMEQU27H；采样次数

INT00: PUSHA PUSHPSW；保护现场 CLRRS1；选“1”区 SETBRS0 CLREA；关闭中断 MOVR0,#AD_BUFAD1: CLRP2.0 CLRP2.1

；读高8位 MOVA,P1 SETBP2.1

MOVC,ACC.4；判断输入是否溢出？0R=P1.4=1溢出 (POL=P1.5=1输入电压为+) JCAD3 ANLA,#3FH MOV@R0,A INCR0 CLRP2.2；读低8位 MOVA,P1 SETBP2.2 SETBP2.0 MOV@R0,A INCR0 INCAD_NUM MOVA,AD_NUM CJNEA,#3,AD2AD3: MOVAD_NUM,#0 MOVR0,#AD_BUFAD2: SETBEA POPPSW POPA RETI⑤电路中的ICL7109大约多长时间完成一次模数转换？电路图答: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。6、5位LED显示器3LED显示器等效电路RR…..abhCOMafbge

cdh反相驱动器2803P0.7P0.0P0+5VQ1DT1SEL1AY0BY1CY2

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P2.7P2.6P2.5…………思考题：（1）LED显示器是共阴，还共阳？共阳极阳极+5Vabcdefgh阴极abcdefgh共阴极答：由等效电路知，LED显示器共阳。（2）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？CLRP2.7SETBP2.6CLRP2.5+5v“1”（3）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？ CLRP2.7 CLRP2.6 SETBP2.5 MOVA，#0FFH MOVP0，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。电路图（4）写出字型为“0”到“9”的七段码。

（5）根据图7-20，判断LED显示器电路采用动态扫描显示，还是静态显示？RR…..abhCOMafbge

cdh反相驱动器2803P0.7P0.0P0+5VQ1DT1SEL1AY0BY1CY2

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P2.7P2.6P2.5…………答：动态扫描显示。（6）分析下列程序段的功能。；------------------------------------------------------------------------LED0EQU30H；显示缓冲区（7段码）LED0-----LED4LED1EQU31H；显示的高位-----------低位LED2EQU32HLED3EQU33HLED4EQU34HEXER4：

MOVR0,#LED0；预存显示字型 MOVA,#0；显示8.？ MOV@R0,A INCR0 MOVA,#7EH；？ MOV@R0,A INCR0 MOVA,#0CH；？ MOV@R0,A INCR0 MOVA,#0B6H；？

MOV@R0,A INCR0 MOVA,#9EH；？ MOV@R0,A

MOVR7,#40EXER41: PUSH06H

LCALLDISPLAY；显示缓冲区的内容 POP06H DJNZR7,EXER41 SJMPEXER4；-------------------------------------------------------；显示子程序：用“0”区的R0-R7；-------------------------------------------------------DISPLAY：PUSHA PUSHPSW CLRRS0 CLRRS1

MOVA,LED0；送字形(符号位) MOVP0,A LCALLSEL1；字位口左1位P2.7-P2.5000(SEL1) LCALLD5MS；延时5ms子程序 MOVP0,LED1；送字形（数据的最高位） LCALLSEL2；字位2001 LCALLD5MS MOVP0,LED2；字形 LCALLSEL3；字位3010 LCALLD5MS MOVP0,LED3；字形 LCALLSEL4；字位4011 LCALLD5MS MOVP0,LED4；送字形（数据的最低位） LCALLSEL5；字位4111LCALLD5MSPOPPSWPOPARET

7、X25045（1）功能①EEPROM存储器功能X25045的存储部分是COMS的4089位串行EEPROM，它的内部按512×8来组织。一次最多可写4个字节。②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。③看门狗功能定时器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。（2）外部引脚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（3）工作原理①X25045的6条操作指令②读/写操作时序

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。

写时序㈠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;㈡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个字节驻留在同一页上.

WRREN:PUSHA ;保护现场PUSH05HPUSHPSWCLRRS0 ;选择“0”区CLRRS1CLRP3.4 ;片选有效CLRP3.5 ;准备发串行时钟MOVA,#06H;设置WREN允许写操作命令字

MOVR5,#8;发送写允许命令字WRREN3: RLCAMOVP3.6,C ;送输入端SETBP3.5 ;发串行时钟

CLRP3.5DJNZR5,WRREN3

;命令字未发完继续SETBP3.4;写操作命令结束CS必须变高.POPPSW ;恢复现场返回POP05HPOPARET思考：分析下列程序的功能。；---------------------------------------------------------；写命令:入口B寄存器=发送首地址CLK=0；入口:数据首地址=R0发送的字节数=R1不大于5；---------------------------------------------------------WRCOMM:PUSHPSW PUSHA PUSH05H；发WRITE指令 CLRRS0 CLRRS1 CLRP3.4 CLRP3.5 MOVA,#02H；地址选低半部 MOVR5,#8；发送写操作命令WRC3:RLCA MOVP3.6,C SETBP3.5 CLRP3.5 DJNZR5,WRC3 MOVA,B；发送首地址 MOVR5,#8WRA3:RLCA MOVP3.6,C SETBP3.5 CLRP3.5 DJNZR5,WRA3WRDATA4:MOVR5,#8；送数据T0EEPROM MOVA,@R0 WRDATA3:RLCA MOVP3.6,C SETBP3.5 CLRP3.5 DJNZR5,WRDATA3 INCR0 DJNZR1,WRDATA4 SETBP3.4 POP05H POPA POPPSW RET；-------------------------------------------------------WATCHDOGST:PUSH06H PUSH07H PUSHA PUSHPSW CLRRS0；设定看门狗时间为200MS CLRRS1 CLRP3.4 CLRP3.5 MOVA,#01H；WRSR写状态REG MOVR7,#2WRSR4:MOVR6,#8；发送WRSR3:RLCA MOVP3.6,C SETBP3.5 CLRP3.5 DJNZR6,WRSR3

MOVA,#20H；状态REG DJNZR7,WRSR4 SETBP3.4 POPPSW POPA POP07H POP06H RET编程参考：思考:1、从25045中读出一个字节的数据应该如何编程？2、在实际调试25045的读写程序时，应该先调试出读程序段？还是写程序段？为什么？3、总结25045读写程序的编程顺序。8、串行通信电路此时为全双工方式（1）MAX487R0：接收数据端。RE：允许接收数据，低电平有效。DE：允许发送数据，高电平有效。DI：发送数据端。A：同相接收/发送数据端。B：反相接收/发送数据端。(2)RS-485

①作为一种电气标准，规定了差分平衡的电气接口，且用于多点互连的场合，可联网构成分布式系统，可并联32台驱动器和32台接收器。

②信号最高速率10KB/S

③最大传输距离1200米【例7-4-17】结合线路图分析下列程序的功能。EX_SENT:MOVA,#55H ；发送55H的实验程序SETBP2.4 ；允许发送ADDA,#0 ；产