单片机原理及应用电子教案

<单片机原理与接口技术>

电子教案

重庆工商职业学院第七章

单片机运用系统设计［内容提要］本章主要引见单片机运用系统的设计。目前单片机的运用领域非常广泛，可以说，已深化到了包括工业过程控制、智能化仪器仪表、家用电器等在内的各行各业。本章中列举的只是单片机众多运用中的几个侧面。以单片机为中心的产品的开发需求单片机开发系统的支持，本章对单片机开发系统作了初步引见。［学习要求］在本章的学习过程中，应主要了解并初步掌握单片机运用系统的设计，即如何规划单片机运用系统软、硬件之间的关系，如何合理地选择外部扩展器件，合理分配单片机资源等。◆需求获取在进入正式开发之前，必需先从用户处获取准确的需求。在这上面破费相当时间是很必要的。工程可以大致分为委托开发和公司立项开发两大类。对于委托开发，例如给某单位开发一套该单位公用的系统，普通用户对于工程要完成哪些功能曾经有了一个比较清楚的轮廓，而且往往在开发合同中曾经大致地规定了。但是，开发合同上规定的只是一个大约的框架，在进入开发之前必需与用户进展比较详细的交流和讨论，了解清楚用户心目中的产品终究是什么样子。这个步骤假设没有好好做，往往到了开发任务的后期才发现开发人员的了解和用户的要求有一些误解，那么必然呵斥时间上的浪费。对于公司立项开发的工程，在开发之前应该做一定的市场调查任务，一方面是从经济效益思索，调查产品的潜在市场有多大，另一方面是从技术的角度，必需了解清楚潜在用户对产品的各种功能上的要求，例如，用户如今运用什么产品，对该产品有什么意见和要求等等，根据调查的统计结果断定即将开发的产品的一些技术目的。7.1单片机运用系统的设计过程一、合理的开发流程◆需求分析在了解用户的需求之后，将需求用一种模型来表示，就是需求分析。强调几个问题:▲要分清问题域与系统责任▲需求获取与需求分析的关系▲分析与设计过程的衔接7.1单片机运用系统的设计过程一、合理的开发流程◆设计过程设计阶段的任务包括:对分析模型必要的修正。能够需求对某些类构造进展一些修正，这些修正的缘由能够是编程环境的要求，或者为了重用以前的某些任务。定义界面部分、数据访问(数据库)部分。由于目前很多编程言语都可以可视化地设计界面，所以界面部分任务往往留到了编码阶段来完成。于是设计阶段的任务量并不大。◆编码进入编码任务之后，能够会发现前面分析或设计阶段的某些错误，这时应前往到前面的阶段进展必要的修正。◆测试即使是小工程，也应该严厉地进展测试。◆人员安排比较小的工程，往往是几个人来完成，这几个人根本上从头到尾参与开发。在这几个人中，有一位工程担任人，担任分析、设计和协调的任务。由于工程小，工程担任人也要参与编程,那么这人必需把时间合理运用，留意以下以点原那么:▲协调几个人的任务比本人完成一段编码更重要由于协调上出了破绽，能够导致很大的问题，所以工程担任人必需随时监控各开发人员的任务，包括内容能否与要求发生偏向，进度能否滞后等等。只需在完成这些任务之后，工程担任人剩下的时间才干用于编程。▲给每个开发人员明确的义务书不论是用面向对象或者其他方法开发，分析、设计模型只是从功能的角度来描画系统。但是，详细开发时每个开发人员必需非常明确本人的义务，这些义务应该采用明确的文档来表示。▲让大家都大致熟习设计模型让每个开发人员都清楚本人所做的任务在整个系统中处于什么位置，有时侯能够会发现设计模型中的破绽，防止了各人的代码编写终了之后又要修正的后果。7.1单片机运用系统的设计过程一、合理的开发流程7.1单片机运用系统的设计过程二、产品开发流程框图1122图7-1开发流程图7.2单片机开发工具一、开发手段的选择仿真插头单片机运用系统〔用户系统〕EPROM写入插口开发模板通用计算机系统总线图7-2微机开发系统◆805l宏汇编言语◆PL/M-51言语◆C-51言语7.2单片机开发工具二、开发工具软件图7-3伟福仿真器菜单界面义务描画：潜水泵自动控制维护器具有两大功能，第一是维护功能：能在泵体缺水时实施自动维护，并能根据预设时间自动恢复工作。第二是自动控制功能：能根据水塔水位，自动启停水泵。总体设计◆需求分析▲需求获取本工程最早由一家专门消费潜水泵的厂家提出，该厂家在消费和销售过程中，不断接到用户反响潜水泵烧坏，主要缘由是在抽水过程中，由于水源来水缺乏，潜水泵干抽烧坏，所以提出开发一种维护安装，就有了最初的潜水泵自动控制维护器工程的需求，再根据实践中，许多情况是给水塔抽水，这样就要知道水塔缺水和水满情况，还有在宽广乡村有时要计时抽水，这样就确定最后方案。▲设计开发义务书本工程是一个很小的工程，开发人员为：工程担任人一名、一名软件工程师、一名硬件工程师、一名技术员。工程担任人担任协调各人员任务和检查进度，软件工程师担任程序设计，硬件工程师担任硬件原理图及PCB板设计，技术人员担任原器件购买、测试和组装任务。7.3单片机运用系统举例一、潜水泵自动控制维护器总体设计◆方案设计采用89C2051单片机控制、二个键〔K1、K2〕用来起动水泵前的参数设置，水位器：〔三个〕水池上水位器、水池下水位器、潜水泵水位器，用来检测水位保证水泵正常任务，该维护器有两种任务方式，一种是自动控制方式，主要用在对水塔抽水，另一种是定时任务方式主要运用在计时抽水。◆测试方案硬件测试：主要测试各部分硬件能否能正常任务，每部分经过简单程序来检测。软件测试：测试软件能否符合设计要求、能否存在BUG。7.3单片机运用系统举例一、潜水泵自动控制维护器详细设计◆硬件设计▲主要元器件89C2051一片、78L05一个、LED3个、按键二个、水位检测器三个、MOC3020一个、变压器一个、及电阻、电容、三极管、灯等假设干。▲LED任务原理及动态显示：本工程采用的是共阳极的3个LED数码管，要点亮某个数码管的某笔划，那么相应的数码管阳极加＋5V电源，相应笔划的阴极端接低电平，本方案三个数码管阴极是相连的，所以在阳极必需轮番有效，只需时间合理，在人的视觉就会看到同时亮的结果。7.3单片机运用系统举例一、潜水泵自动控制维护器详细设计▲原理图7.3单片机运用系统举例一、潜水泵自动控制维护器详细设计◆软件设计LED显示程序LED0 EQU 41H;定义LED显示缓冲低位单元LED1 EQU 42H;LED2 EQU 43H;定义LED显示缓冲高位单元 ……LOOP:LCALLDISPLAY……SJMPLOOP……DISPLAY:PUSH ACC MOV A,LED2 LCALL DISP17.3单片机运用系统举例一、潜水泵自动控制维护器CLR P3.2LCALLDEL1SETB P3.2MOV A,LED1LCALLDISP1CLR P3.3LCALLDEL1SETB P3.3MOV A,LED0LCALL DISP1CLR P3.4LCALLDEL1

SETB P3.4POP ACC RETDISP1: MOV DPTR,#DBB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A RETDEL1: MOV R3,#10DEL: MOV R4,#50DJNZ R4,$ DJNZ R3,DEL RET;数码管字形码DBB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H;0-6 DB 82H,0F8H,80H,90H ;7-9 END详细设计◆软件设计7.3单片机运用系统举例一、潜水泵自动控制维护器义务描画：本控制器能根据用户设定的加温温限〔最高温度〕，以及加热时间、冷却时间，自动调理加热功率，从而到达可调速加热的目的。总体设计◆需求分析▲需求获取本工程最初由湘潭大学理化实验室提出需求，在化学实验金属相图实验中，原有的实验仪〔一台PC机、一台加热炉、一台测温仪〕要做一个完好的实验需求四五个小时以上，并且数据要学生本人记录并本人计算和给制图形，往往几个小时不能完成一个实验，为理处理这个问题，提出开发一种新的实验设备，新的实验仪〔PC机一台、两台测温仪，每台测温仪可以接六路温度传感器，两台加热炉〕，这样一台PC机可同时采集12路数据，整个过程由PC机上软件完成，不需学生记录数据和绘制图形和表格，大大提高了实验速度，实验结果更准确和直观。同时一个实验室可以省下一半PC机，节约了设备本钱。本工程只是该实验仪中一部分，也就是加热炉的控制部分。▲设计开发义务书本工程开发人员如下：工程担任人一名，软件工程师四名、硬件工程师一名、构造工程师一名、技术员一名、采购员一名。其中两名软件工程师担任PC软件开发、一名软件工程师担任测温仪软件开发、一名软件工程师担任加热炉软件开发。7.3单片机运用系统举例二、可调速加热控制炉总体设计◆方案设计整个方案在这里就不详述，这里只就加热炉部分进展阐明，由于一台PC机同时控制两台加热仪和两台测温仪，所以本台都有相应地址，与PC机通讯采用CAN总线，地址用24C01存储，加温速度由PC机根据当时室温发送相应加热功率百分比来控制加热炉。加热炉由89C1051控制。如接纳到PC机发送的功率是80，那么可经过控制加热炉80%时间翻开电源，20%时间关断电源，详细通讯协议读者可以本人制定，并完好好程序，并在做实验或实训时调试。

◆测试方案硬件测试：主要测试各部分硬件能否能正常任务，每部分经过简单程序来检测。软件测试：加热炉在不同室温下能不能在一样时间加热到指定温度。7.3单片机运用系统举例二、可调速加热控制炉详细设计◆硬件设计▲主要元器件89C2051一片、24C01、双向可控硅等。▲I2C总线原理及任务时序：引脚图7.3单片机运用系统举例二、可调速加热控制炉读写命令字当前读时序7.3单片机运用系统举例二、可调速加热控制炉字节写、页写时序7.3单片机运用系统举例二、可调速加热控制炉随机读时序图7.3单片机运用系统举例二、可调速加热控制炉详细设计▲原理图7.3单片机运用系统举例二、可调速加热控制炉详细设计◆软件设计I2C总线的24C02读写程序：;**********************************************;*Title:AT24C02与51单片机衔接读写程序*;*Date:2005.7.7*;*********************************************************;连线：SCL—P3.4,SDA—P3.5,WP—接地;〔R3〕=器件地址，〔R4〕=片内字节地址，;〔R5〕=延续读写字节数，〔R1〕=欲读写数据存放地址指针;*********************************************************7.3单片机运用系统举例二、可调速加热控制炉SCL EQU P30SDA EQU P31;写24C02子程序I2C_WRITE:SETB SDASETB SCLCLR SDA;发开场信号MOV A,R3;发器件地址ACALL SEND;调发送单字节子程序MOV A,R4;送片内字节地址ACALL SENDI2CW_AGAIN:MOV A,@R1ACALL SENDINC R1DJNZ R5,I2CW_AGAIN ;延续写N个字节CLR SDA;SDA位置0，预备送停顿信号ACALL DELAY ;延时以满足传输速率要求SETB SCL ;发送停顿信号ACALL DELAYSETB SDARETSEND: MOV R0,#08HI2CW_LOOP:CLRSCL ;开场[信号之后的]写地址操;作,SCL清'0'RLC AMOV SDA,C7.3单片机运用系统举例二、可调速加热控制炉NOPSETB SCL ;写完一位打操作后,SCL置'1'ACALL DELAYDJNZ R0,I2CW_LOOPCLR SCLCALL DELAYSETB SCL ;ACKLP: MOV C,SDAJC ACKLP ;判别应对到否，未到那么等待CLR SCLRET

;********************************;读24C02子程序I2C_READ: SETB SDA SETB SCL7.3单片机运用系统举例二、可调速加热控制炉 CLR SDA ;发开场信号 MOV A,R3 ;发器件地址 ACALL SEND ;调发送单字节子程序 MOV A,R4 ;送片内字节地址 ACALL SEND SETB SDA SETB SCL CLR SDA ;发开场信号