第6章单片机应用系统设计与开发技术新版.docx
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第6章单片机应用系统设计与开发技术新版
课题
第6章单片机应用系统设计与开发技术
6.1单片机应用系统的组成与研制过程
学时
2学时
授课类型
理论讲授
教学目标
1．知识目标
认识单片机应用系统的组成和开发研制过程。
2．能力目标
通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。
3．情感目标
通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生对本课程的产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。
教学重点
1．单片机应用系统的组成和研制过程。
教法
采用“理论讲解――分析归纳――巩固提高”的教学模式
教学过程
过程设计
创设情景
导入：
要真正设计完成单片机工程需要的产品，除了掌握单片机的基本原理和应用特性外，还必须掌握单片机应用系统的开发技术。
本节着重研究单片机应用系统。
了解单片机硬件系统和软件系统的组成
了解单片机应用系统的研制开发过程
注意每个过程所要解决的问题
单片机的应用系统是指以单片机为核心,配以一定的外围电路,能够自动完成特定控制任务的软、硬件系统。
一、单片机应用系统的组成
单片机应用系统由硬件系统和软件系统组成。
1．硬件系统的组成
·单片机芯片及其时钟、复位电路。
·存储器电路。
·接口电路。
·外围电路。
2．软件系统组成
软件系统是单片机应用系统的一个重要组成部分,只有在软件的协调控制下才能充分发挥硬件功能的作用。
一般包括系统自检、初始化、键盘与显示监控以及相应的控制程序,这其中包括一些中断服务程序和运算子程序等。
二、应用系统的研制开发过程
下图描述了单片机应用系统的研制过程。
1．可行性调研
可行性调研的目的,是分析完成这个项目的可能性。
不仅要从理论出发明确各项任务和要求,而且还应结合实际情况,探讨实现的可能性,如环境、测试手段、仪器设备、资金等条件是否具备,然后确定是否立项。
2．系统总体方案设计
首先在设计前必须明确应用系统的功能和技术要求,综合考虑系统的先进性和可靠性、可维护性和经济效益。
选取性价比高的方案。
3．硬件系统设计
在硬件系统设计中必须考虑以下几个问题:
·如何根据设计需要选择合适的单片机型号?
·如何设计存储器电路?
·如何设计系统中的接口电路?
·系统的扩展及各功能模块的设计应适当留有余地。
·在电路设计时,要充分考虑应用系统各部分的驱动能力。
·如何在应用系统中实现工程提出的可靠性要求?
4．软件系统设计
设计人员在进行程序设计时应注意一下几个方面：
·根据软件功能要求,将系统软件分成若干个相对独立的部分。
·建立正确的数学模型。
·在编写应用软件之前,应绘制出程序流程图。
·合理分配系统资源。
·加强软件抗干扰设计,它是提高计算机应用系统可靠性的有力措施。
5．系统调试
系统调试分为硬件调试和软件调试。
硬件调试的任务是排除系统的硬件电路故障,包括设计性错误和工艺性错误;软件调试是利用开发工具进行在线仿真,以排除软件故障,同时也可以发现一些硬件故障。
下面介绍这两种方法：
·硬件调试方法
脱机调试——联机调试——整机调试
·软件调试方法
若采用模块化程序设计方法,则逐个模块调好后,再进行系统程序总调试。
若采用实时多任务操作系统,一般先逐个任务进行调试。
6．产品批量生产
经过严格测试确信应用系统能够满足各种运行情况之后,就可以进行批量生产。
此外还应该考虑产品更新的问题。
总结
通过本节的学习了解单片机应用系统的组成及应用系统的研制开发过程，为单片机的开发做基础。
思考题
1．单片机应用系统一般由哪几部分组成？
2．单片机应用系统的开发研制需要经过哪些步骤？
课题
第6章单片机应用系统设计与开发技术
6.2单片机开发系统
学时
2学时
授课类型
理论讲授
教学目标
1．知识目标
掌握单片机开发系统的使用。
2．能力目标
通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。
3．情感目标
通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生对本课程的产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。
教学重点
1．单片机开发系统的使用。
教法
采用“媒体演示——分析概括——巩固提高”的教学模式
教学过程
过程设计
创设情景
导入：
单片机应用系统的开发包括两大方面：
应用设计开发、系统的硬件软件调试。
本节着重介绍AEDK5196ET单片机实验开发系统。
从宏观理解单片机开发的概念
AEDK5196ET单片机实验开发系统
一、单片机开发的概念
1．开发的目的
·编程
·排错
·仿真
2．开发系统的组成与功能
能够承担单片机开发（调试、检测、软件编写）工作的仪器或系统称为单片机开发系统或单片机仿真器。
下图是以PC机为核心的单片机开发平台结构。
单片机仿真器一般具有以下基本功能:
·能够进行汇编语言程序的编辑;
·具有汇编与反汇编功能;
·能够提供多种控制测试系统运行的手段,如单步执行、断点控制、寄存器存储器的读写、实时监控及EPROM或EEPROM写入等;
·有良好的用户界面,便于操作;
·能够仿真的单片机型号尽可能多,价格适中。
二、单片机实验开发系统实例
1．DP-51MCore多核单片机实验仪简介
DP-51MCore是广州致远电子有限公司最新设计的“多CPU核单片机综合仿真实验仪”。
该实验仪内置4片NXP半导体（原Philips半导体）高性能MCU，兼容标准8051架构，16KB片内FlashROM，支持ISP下载，能够反复烧录程序代码，内嵌有硬件仿真器。
实验仪外观如图所示。
主要特点：
·有电源总开关及四个分开关，分开关可以分别控制四台单片机芯片（简称MCU）的电源。
·四台MCU主机各自负责一部分外围电路，相互独立运行。
·直接下载程序代码即可运行。
·四台MCU主机虽然互相独立，但也可以通过串行接口、红外线、RS-485接口通信，支持双机通信和群组通信。
·每台MCU主机都内嵌有一个实时在线仿真器，可结合KeilC51（目前主流的8051系列软件开发平台）仿真。
2．KeilC51仿真软件简介
KeilC51是德国知名软件公司Keil（现已并入ARM公司）开发的基于8051内核的微控制器软件开发平台，是目前开发8051内核单片机的主流工具。
在广州周立功单片机发展有限公司网站（）可以免费下载。
总结
通过本课堂的学习，了解单片机仿真器和仿真软件的功能，掌握其在单片机产品研发过程中的作用和使用方法。
思考题
1．单片机开发系统应具备哪些功能？
课题
第6章单片机应用系统与开发技术
6.3单片机应用系统的实用接口技术
学时
2学时
授课类型
理论讲授
教学目标
1．知识目标
掌握单片机应用系统的实用接口技术。
2．能力目标
通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。
3．情感目标
通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生对本课程的产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。
教学重点
1．掌握光电耦合器、继电器和晶闸管输出接口电路的工作原理。
教法
采用“媒体演示——分析概括——巩固提高”的教学模式
教学过程
过程设计
创设情景
导入：
接口技术是指单片机与系统其他电路的连接技术。
下面着重研究单片机应用系统的实用接口技术：
光电耦合器、继电器和晶闸管输出接口电路的工作原理。
掌握光电耦合器、继电器和晶闸管输出接口电路的结构及工作原理。
1．光电耦合器输出接口电路
在一些小功率单片机控制系统中,常常使用光电耦合器实现信号隔离,以提高系统抗干扰的能力。
下图是TLP521光电耦合器的结构。
工作原理：
将输入的电信号通过发光二极管转换为光信号,再将光信号通过光电管重新转换成电信号输出,从而减少输出级对输入级的干扰。
MCS-51单片机使用光电耦合器的输出接口电路如下图。
2．继电器输出接口电路
对于启停负荷较大的设备来说,仅仅使用光电耦合器不能达到负载要求,可以采用继电器输出接口电路。
因为继电器触点的负载能力远远大于光电耦合器的负载能力,能直接控制动力电路。
下图为典型的继电器接口电路。
工作原理：
75452P是一个OC门型的驱动器,它的IOL=300mA,几乎可以驱动任意型号的小型继电器。
图中的二极管VD称为续流二极管,是专门用来保护驱动器而设置的。
在驱动器输出由“0”变为“1”,继电器由接通变为关断时,由于继电器的线包是感性负载,所以会产生很高的感应电势,此时二极管提供的续流回路将保护驱动器不被反电势击穿。
带有光电耦合器的继电器输出接口电路如下图。
3．晶闸管输出接口电路
晶闸管原称为可控硅,它是一种能控制强电的半导体器件。
常用的晶闸管有单向和双向两大类。
·单向可控硅控制接口电路
单向可控硅的电气符号如下，它相当于一个可控的二极管。
单向可控硅的主要参数如下：
·额定通态平均电流即额定电流。
·维持电流。
·控制极触发电压和电流。
·正向阻断重复峰值电压。
·反向阻断重复峰值电压。
单向可控硅接口电路：
·双向可控硅控制接口电路
双向可控硅的电气符号如下。
它的主电极T1、T2无论加正向电压还是反向电压,其控制极G的触发信号无论是正向还是反向,它都能被触发导通。
一般用于交流控制。
双向可控硅接口电路：
4．功率接口电路
见动画十九。
总结
学会可控硅、继电器、光电耦合器等在单片机的功率接口中的应用技术。
思考题
接口电路如何与固态继电器连接？
课题
第6章单片机应用系统与开发技术
6.4单片机控制系统的应用实例
学时
2学时
授课类型
理论讲授
教学目标
1．知识目标
通过学习单片机在全自动洗衣机中的应用和在工业测控系统中的应用实例，使读者进一步了解单片机应用系统的硬件和软件组成。
2．能力目标
通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。
3．情感目标
通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生对本课程的产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。
教学重点
1．实例分析。
教法
采用“媒体演示——分析概括——巩固提高”的教学模式
教学过程
过程设计
创设情景
导入：
接口技术是指单片机与系统其他电路的连接技术。
下面着重研究单片机应用系统的实用接口技术：
光电耦合器、继电器和晶闸管输出接口电路的工作原理。
掌握光电耦合器、继电器和晶闸管输出接口电路的结构及工作原理。
一、单片机在全自动洗衣机中的应用
控制洗衣机的电脑程控器一般采用4位或8位单片机，其功能主要是取代机械式定时程序控制器，实现对全自动或半自动洗衣机的控制。
全自动洗衣机内的电脑程控器的基本电路系统如图所示。
下图为全自动洗衣机的软件流程。
二、单片机在工业测控系统中的应用
工业测控系统主要是将各种被控参数（如炉温、气压、电机转速、运行状态等）检测进入单片机，经过程序计算比较后发出相应的控制信号，用来控制系统的执行机构（如控制热电偶、气阀、电机调速等），以使系统按指定要求工作。
在系统出现危险或错误时能够及时报警。
下面介绍飞机充氧车的单片机检测、报警系统。
充氧车的单片机检测、报警系统以8031单片机为核心，对两个模拟量、十一个开关量进行循环检测。
两个模拟量包括：
压缩机转速和压缩机排气压力；十一个数字量包括：
压缩机左缸膜片破裂、压缩机右缸膜片破裂、压缩机左随动阀膜片破裂、压缩机右随动阀膜片破裂、压缩机滑油压力低、压缩机滑油温度、压缩机排气温度高、压缩机舱温度高、火灾、汽车发动机滑油压力低、汽车水箱温度高。
循环检测频率达40次/秒。
工作正常期间通过4位数码管实时显示工作时间、压缩机转速和压缩机排气压力。
当检测的参数超出正常范围时，发出汽车喇叭鸣叫报警，并显示故障代码。
当有严重故障（如火灾、膜片破裂等）时，将自动停机。
故障代码与发生故障的时刻将记入系统内部的EEPROM中，可供查询。
整个系统包括：
8031单片机及其时钟、复位电路，程序存储器2764和数据存储器2864扩展电路，A/D转换0809和检测信号输入电路，报警输出及控制系统停机电路，数码显示电路等。
下图是充氧车检测、报警系统的软件流程。
三、任务演示
见动画二十——交通灯交通灯控制系统。
总结
学会可控硅、继电器、光电耦合器等在单片机的功率接口中的应用技术。
思考题
单片机在现实生活中的应用。
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