单片机应用系统设计举例

第12章单片机应用系统设计举例

12.1系统要求

12.2需求分析12.3系统硬件设计12.4系统软件设计12.1系统要求

设计一压力测控系统，系统的具体要求如下：1）压力检测检测来自压力传感器输出的电压信号（0～5V），通过A/D转换器进行转换。2）工程变换将转换结果进行工程变换，即将转换结果再转换为压力大小（仅保留整数部分）。3）键盘用于设置压力的报警值。4）数码LED显示用于显示压力报警值的上限和下限，并显示当前压力值。压力值在0～100之间。5）报警控制

当前压力值超过报警值时，通过蜂鸣器报警，并控制电机执行相应的动作。压力值低于下限时，合上控制电机正转的继电器，控制电机正转，压力升高，压力值升高到正常范围后，打开正转继电器，电机停转；压力值高于上限时，合上控制电机反转的继电器，控制电机反转，压力值下降到正常范围后，打开反转继电器，电机停转。没有超过报警值时，继电器都打开，电机不转。6）上位机监控软件设计通过计算机显示当前的压力值以及报警值。12.2需求分析

1．单片机选型进行单片机选型时，应尽量了解较多种类单片机的性能指标和包含的资源。根据系统的要求，选用合适的单片机。目前许多单片机具有较高的集成度，因此，如果有模拟量检测的要求时，应尽量选择带有A/D转换模块的单片机。并且，应该注意所设计系统的应用场合，选择适当的芯片等级（军用级、工业级和商用级）。

STC12C5410AD单片机片内集成了8通道10位高速模数转换器，并且，具有较多的通用I/O和片上外设（定时器、UART等），因此，在本系统的设计中，可以采用STC12C5410AD作为系统的检测与控制中心。

2．人机接口的设计选型系统要求使用键盘设置压力的报警上限值和下限值，使用LED进行显示。在此，使用4个按键作为系统键盘，选用8位LED显示，用以显示压力的报警值（上限、下限）、当前值和当前时间。传统的键盘和LED显示电路设计，一般采用扫描的方式。即，键盘采用扫描方式，LED显示采用动态扫描方式。键盘和LED设计时，公用其中的某些口线。在本例中，键盘采用扫描方式，而LED采用串行－并行转换芯片74HC595进行显示。除了LED显示外，常见的信息显示方式还有LCD显示（即液晶显示）。限于篇幅，有关LCD显示的内容，放在与本教材配套的实验指导书中讲解。为了显示系统的工作状态，设计一个运行指示灯。当系统正常运行时，能够以一定的频率闪烁。3．继电器控制单片机I/O引脚本身的驱动能力有限，因此，一般情况下，不能使用单片机的I/O引脚直接控制继电器。在常见的控制系统中，往往利用单片机I/O引脚加上驱动电路驱动小功率继电器，这个小功率继电器作为中间继电器，再用中间继电器驱动控制大功率继电器。使用中间继电器控制大功率继电器的方法，在一般的电器控制教材上都有详细的介绍，在此从略。连接单片机I/O引脚和中间继电器的驱动电路，可以使用现成的集成驱动电路，如ULN2803，也可以利用分离元件自行设计。为了提高系统的抗干扰能力，在单片机的I/O引脚和中间继电器之间最好采用光电隔离技术。由于本系统只需要控制两个继电器，因此，这里的驱动电路使用分离元件进行设计。4．上位机监控软件的设计计算机和单片机的串行通信可以采用RS-232、RS-422或RS-485总线标准接口。从硬件上讲，计算机的串行口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的。因此，要实现单片机与计算机之间的串行通信，必须通过电路实现TTL电平和232电平的转换。常用的电平转换集成电路是MAX232。从软件的角度讲，要实现上位机监控软件的设计，需要掌握目前流行的基于Windows操作系统的软件设计。可以选择较容易上手的VisualBasic开发环境，进行监控软件的设计。当然，如果还涉及到数据库的存储和管理问题，如每隔一定的时间，将压力值存入到数据库，并且具备数据查询功能，则可以选择数据库应用程序的强大开发工具PowerBuilder。至于如何在PowerBuilder中实现串行通信功能以及数据库的开发设计等问题，可以参考由