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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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
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