单片机原理及应用第2版张兰红第11章单片机应用系统的开发与设计PPT推荐.pptx

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这些部件的选择应符合系统的精度、速度和可靠性等方面的要求。

4软、硬件功能划分系统硬件和软件的设计是紧密联系在一起的，在某些场合硬件和软件具有一定的互换性。

为了降低成本、简化硬件结构，某些可由软件来完成的工作尽量采用软件：

若为了提高工作速度、精度、减少软件研制的工作量、提高可靠性也可采用硬件来完成。

总之硬、软件两者是相辅相成的，可根据实际应用情况来合理选择。

28,4,硬件设计的主要任务是根据总体设计要求，以及在所选机型的基础上，确定系统扩展所要用的存储器、IO电路、AD及有关外围电路等，然后设计出系统的电路原理图。

在硬件设计的各个环节所进行的工作为：

1程序存储器的设计：

外部扩展的程序存储器种类主要有EPROM、EEPROM和FlashEEPROM。

目前大多数单片机生产厂家都提供大容量FlashEEPROM型号的单片机，其存储单元数量都达到了64KB，能满足绝大多数用户的需要，且价格与片内无ROM的单片机不相上下，因此用户在大多数情况下没有必要再扩展外部程序存储器。

2数据存储器设计：

对于数据存储器的容量要求，各个系统之间差别比较大。

若要求的容量不大可以选用多功能的RAM、IO扩展芯片，如8155等。

若要求较大容量的RAM，原则上应选用容量较大的芯片，以减少RAM芯片数量而简化硬件线路。

11.1.2硬件设计,输入输出接口设计:

在选择IO接口电路时应从体积、价格、功能、负载等几个方面来考虑。

标准的可编程接口电路8255A、8155接口简单、使用方便、功能强、对总线负载小、因而应用很广泛。

但对于有些要求口线很少的应用系统，则可采用TTL电路，这样可提高口线的利用率，且驱动能力较大。

对于AD、DA电路芯片的选择原则应根据系统对它的速度、精度和价格的要求而确定。

除此之外还应考虑和系统中的传感器、放大器相匹配问题。

28,5,3地址译码电路的设计：

80C5l系统有充足的存储器空间，包括64KB程序存储器和64KB数据存储器，在应用系统中一般不需要这么大的容量。

为了简化硬件线路，同时还要使所用到的存储器空间地址连续，通常采用译码法和线选法相结合的办法进行设计。

4总线驱动器的设计：

80C51系列单片机扩展功能比较强，但扩展总线负载能力有限。

若所扩展的电路负载超过总线负载能力时，系统便不能可靠地工作。

此情况下必须在总线上加驱动器。

总线驱动器不仅能提高位口总线的驱动能力，而且可提高系统抗干扰性。

常用的总线驱动器为单向8路三态缓冲器74LS244、双向8路三态缓冲器74LS245等。

5其它外围电路的设计：

单片机主要用于实时控制，应用系统具有一般计算机控制系统的典型特征，系统硬件设计包括与测量、控制有关的外围电路。

例如键盘、显示器、打印机、开关量输入输出设备、模拟量数字量的转换设备、采样、放大等外围电路。

28,6,6可靠性设计：

单片机应用系统的可靠性是一项最重要最基本的技术指标，这是硬件设计时必须考虑的一个指标。

可靠性是指在规定的条件下，规定的时间内完成规定功能的能力。

规定的条件包括环境条件（如温度、湿度、振动等）、供电条件等；

规定的时间一般指平均无故障时间、连续正常运转时间等；

规定的功能随单片机的应用系统不同而不同。

单片机应用系统在实际工作中，可能会受到各种外部和内部的干扰，使系统工作产生错误或故障，为了减少这种错误和故障，就要采取各种提高可靠性的措施。

常用的措施有：

（1）提高元器件的可靠性：

在系统硬件设计和加工时应注意选用质量好的电子元器件、接插件，要进行严格的测试、筛选和老化，同时设计的技术参数应留有余量。

（2）提高印刷电路板和组装的质量，设计电路板时布线及接地方法要符合要求。

（3）对供电电源采取抗干扰措施。

例如用带屏蔽层的电源变压器、加电源低通滤波器、电源变压器的容量应留有余地等措施。

（4）输入输出通道抗干扰措施：

可采用光电隔离电路、双绞线等提高抗干扰能力。

28,7,11.1.3软件设计,1系统定义系统定义是指在软件设计前，首先要进一步明确软件所要完成的任务，然后结合硬件结构，确定软件承担的任务细节。

软件定义内容有：

（1）定义各输入输出接口的功能、信号的类别、电平范围、与系统接口方式、占用端口地址、读取的输入方式等。

（2）定义并分配存储器空间，如系统主程序、功能子程序块的划分、常数表格、入口地址表等。

（3）若有断电保护措施，应定义数据暂存区标志单元等。

（4）面板开关、按键等控制输入量的定义、系统运行过程的显示、运算结果的显示、正常运行和出错显示的定义。

28,8,2软件结构设计对于简单的单片机应用系统，可采用顺序结构设计方法，其系统软件由主程序和若干个中断服务程序构成，明确主程序和中断服务程序完成的操作，指定各中断的优先级。

对于复杂的实时控制系统，可采用实时多任务操作系统，此操作系统应具备任务调度、实时控制、实时时钟、输入输出和中断控制、系统调用、多个任务并行运行等功能，以提高系统的实时性和并行性。

在程序设计方法上，模块程序设计是单片机应用中最常用的程序设计方法。

这种模块化程序便于设计和调试、容易完成并可供多个程序共享，但各模块之间的连接有一定的难度。

根据需要也可采用自上而下的程序设计方法，此方法是先从主程序开始设计，然后再编制各从属的程序和子程序。

这种方法比较符合人们的日常思维。

缺点是上一级的程序错误会对整个程序产生影响。

软件结构设计和程序设计方法确定后，根据系统功能定义，可先画出程序粗框图，再对粗框图进行扩充和具体化，即对存储器、寄存器、标志位等工作单元作具体的分配和说明，再绘制出详细的程序流程图。

程序流程图设计出以后，便可着手编写程序，再经仿真调试，正常运行后，固化到EPROM中去，便完成了整个应用系统的设计。

28,9,11.2LED点阵显示屏设计,11.2.1项目任务,使用80C51单片机与两片88点阵显示器，设计一个点阵显示屏，能显示汉字及简单的图形。

项目要求：

（1）显示稳定无闪烁。

（2）程序设计中，要使文字或图形运动。

11.2.2项目分析,LED点阵显示器有多种品种可供选择，以显示的颜色可分为单色、双色、三色等；

以发光亮度可分为普通亮度、高亮度、超高亮度等。

一块LED点阵块的LED数量可有44（即4列4行）、57、58、88等规格；

点阵中单个LED的直径常用的有1.9mm、3mm、3.7mm、4.8mm、5mm、7.62mm、10mm、20mm等。

28,10,（a）外观（b）排列示意图图11-188LED点阵外观及排列示意图,图11-2LED点阵内部接线与引脚编号,09:

28,11,11.2.3项目硬件设计,1.电路设计,图11-3点阵显示屏电路图,09:

28,12,2.74HC595介绍,74HC595是8位串行输入/输出或者并行移位寄存器，具有高阻关断状态。

包括一个8位移位寄存器、一个8位D型锁存器和三态并行输出。

移位寄存器接收串行数据并提供串行输出，也提供并行数据输出和8位锁存器。

移位寄存器和锁存器都有独立的时钟输入，同时还具有异步复位的功能。

引脚如下：

图11-474HC595的引脚,74HC164和74HC595功能相仿，都是8位串行输入、并行输出的移位寄存器。

74HC164的驱动电流（25mA）比74HC595（35mA）的要小，14脚封装，体积也小一些。

74HC595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。

这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。

与74HC164只有数据清零端相比，74HC595尚有输出的使能/禁止控制端，可使输出为高阻态。

28,13,11.2.4项目程序设计,通过单片机的串口向74HC595发送数据到2片88点阵显示屏，滚动显示，显示的内容包括一个“”图形和“天天向上”四个汉字，通过按键控制，显示可以向左方向移动，也可以向右方向移动。

28,14,#include#include#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitRCK_Pin=P32;

/74HC595输出锁存器控制sbitk1=P11;

sbitk2=P13;

ucharflag=1;

ucharcodeDSY_CONTENT_8x8_0=/向左移动的图形点阵0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xF7,0xE3,0x81,0x00,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xE7,0xE7,0xFF,0xEE,0xAD,0xAB,0x87,0xA3,0xAD,0xEE,0xFF,/*天*/0xEE,0xAD,0xAB,0x87,0xA3,0xAD,0xEE,0xFF,/*天*/0xFF,0xC0,0xB7,0xD3,0xD3,0xDF,0xC0,0xFF,/*向*/0xFF,0xFD,0xFD,0x81,0xED,0xED,0xFD,0xFF,/*上*/0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,;

28,15,ucharcodeDSY_CONTENT_8x8_1=/向右移动的图形点阵0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xF7,0xE3,0x81,0x00,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xE7,0xE7,0xFF,0xEE,0xAD,0xAB,0x87,0xA3,0xAD,0xEE,0xFF,/*天*/0xEE,0xAD,0xAB,0x87,0xA3,0xAD,0xEE,0xFF,/*天*/0xFF,0xC0,0xDF,0xD3,0xD3,0xB7,0xC0,0xFF,/*向*/0xFF,0xFD,0xED,0xED,0x81,0xFD,0xFD,0xFF,/*上*/0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,;

ucharScan_BIT