第9章 综合设计实例 本章学习目标： 本章介绍了单片机的选型及应用系统的设计 过程。通过一个综合实例，完整地介绍了89C51与 外围电路的硬件接口及软件设计。通过对本章的学 习，读者应达到以下目标： 能熟悉单片机系统设计的基本要求及研发过程 学会正确选择单片机的型号 能看懂设计实例，并尝试对具体课题进行总体设 计 “十一五”国家级规划教材（高职高专） 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
本章学习目标 ： 本章介绍了单片机的选型及应用系统的设计 过程。通过一个综合实例，完整地介绍了89C51与 外围电路的硬件接口及软件设计。通过对本章的学 习，读者应达到以下目标： 能熟悉单片机系统设计的基本要求及研发过程 学会正确选择单片机的型号 能看懂设计实例，并尝试对具体课题进行总体设 计 第9章 综合设计实例
91单片机应用系统设计过程 911单片机系统设计的基本要求 1.可靠性要高 ●应选用可靠性高的元器件,以防止器件的损坏 影响系统的可靠运行; ●选用典型电路,排除电路的不稳定因素; ●采用必要的冗余设计或增加系统的故障自检测 和自处理功能; ●采取必要的抗干扰措施,以防止环境干扰。 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
9.1 单片机应用系统设计过程 9.1.1 单片机系统设计的基本要求 1．可靠性要高 ● 应选用可靠性高的元器件，以防止器件的损坏 影响系统的可靠运行； ● 选用典型电路，排除电路的不稳定因素； ● 采用必要的冗余设计或增加系统的故障自检测 和自处理功能； ●采取必要的抗干扰措施，以防止环境干扰
2.操作维修要方便 ●系统结构要规范化、模块化; ●系统的控制开关不能太多,不能太复杂; ●操作顺序简单明了,操作功能简明直观; ●易于查找故障和排除故障。 3.性能价格比要高 优化系统设计,简化外围硬件电路,或采用硬件 软化技术提高系统的性能价格比。 4.具有自我保护意识 应考虑软件具有加密功能,使固化到单片机内的 用户程序不能被非法读出或复制。 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
2．操作维修要方便 ●系统结构要规范化、模块化； ●系统的控制开关不能太多，不能太复杂； ● 操作顺序简单明了，操作功能简明直观； ●易于查找故障和排除故障。 3．性能价格比要高 优化系统设计，简化外围硬件电路，或采用硬件 软化技术提高系统的性能价格比。 4．具有自我保护意识 应考虑软件具有加密功能，使固化到单片机内的 用户程序不能被非法读出或复制
912单片机应用系统的组成 任何单片机应用系统都由硬件和软件两大部分组成。 1.硬件组成 硬件由单片机、存储器、若干ⅣO接口及外围设备等组 成,如图9-1所示。 EPROMI 数字量1ok检测与驱动 RAM AD模拟量检测 通键盘 单片机 匚DA[模拟量驱动 显示器 设打印机 开关量1o-检测与驱动 图91单片机系统硬件组成示意图 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
9.1.2 单片机应用系统的组成 任何单片机应用系统都由硬件和软件两大部分组成。 1．硬件组成 硬件由单片机、存储器、若干I/O接口及外围设备等组 成，如图9—1所示。 图9—1 单片机系统硬件组成示意图
(1)单片机是整个系统的核心部件,能运行程序和处理 数据。 (2)存储器用于存储单片机程序(程序存储器)及数据 (数据存储器)。 (3)I/0接口是单片机与外部被控对象的信息交换通道 包括以下几部分: 数字量(频率、脉冲等)JO接口 ◆开关量(继电器开关、无触点开关、电磁阀等)IO 接口 ◆模拟量O接口(A/D或D/A转换电路) 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
（1）单片机 是整个系统的核心部件，能运行程序和处理 数据。 （2）存储器 用于存储单片机程序（程序存储器）及数据 （数据存储器）。 （3）I/O接口 是单片机与外部被控对象的信息交换通道。 包括以下几部分： ◆ 数字量（频率、脉冲等）I/O接口 ◆ 开关量（继电器开关、无触点开关、电磁阀等）I/O 接口 ◆ 模拟量I/O接口（A/D或D/A转换电路）
(4)通用外部设备是进行人机对话的联系纽带。包括 以下几部分: ●键盘用于输入数据及修改系统参数等 ●显示器用于显示控制系统工作状态及各种被测参数。 ●打印机用于打印各种待分析及处理的数据或图表 (5)检测与执行机构 检测单元用于将各种被测参数转变成电量信号,供计 算机处理。一般采用传感器实现。 执行机构用于驱动外部被控对象,一般有电动、气动 和液压等驱动方式。 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
（4）通用外部设备 是进行人—机对话的联系纽带。包括 以下几部分： ●键盘 用于输入数据及修改系统参数等。 ●显示器 用于显示控制系统工作状态及各种被测参数。 ●打印机 用于打印各种待分析及处理的数据或图表。 （5）检测与执行机构 检测单元 用于将各种被测参数转变成电量信号，供计 算机处理。一般采用传感器实现。 执行机构 用于驱动外部被控对象，一般有电动、气动 和液压等驱动方式
2.软件组成 软件主要由应用软件和开发软件两大类构成 (1)应用软件是由软件设计者提供的、针对不同单片机控 制系统功能所编写的软件,专门用于对整个单片机系统的管 理和控制。 (2)开发软件是指在开发、调试控制系统时使用的软件 5 如汇编程序、编译程序、调试和仿真程序、固化程序等。 9.1.3应用系统的研制开发过程 1.确定总体设计方案 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
2．软件组成 软件主要由应用软件和开发软件两大类构成。 （1）应用软件 是由软件设计者提供的、针对不同单片机控 制系统功能所编写的软件，专门用于对整个单片机系统的管 理和控制。 （2）开发软件 是指在开发、调试控制系统时使用的软件， 如汇编程序、编译程序、调试和仿真程序、固化程序等。 9.1.3 应用系统的研制开发过程 1．确定总体设计方案
开始」 用户需求分析及方案调研 匚确定功能指标 选机型,划分软硬件 匚系统扩展方案设计 按功能确定软件模块 外围电路、接口电路方案设计 软件结构设计 匚系统硬件电路设计 模块化软件编制 硬件电路检查 测试软件 汇编 接开发装置 硬件系统诊断 硬件合格? 「模块化软件调试 模块化软件合格? N[软件修改 所有模块化软件均调试完? 十一五”国家级歌材(高职高专 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
开 始 用户需求分析及方案调研 确定功能指标 选机型，划分软硬件 系统扩展方案设计 外围电路、接口电路方案设计 系统硬件电路设计 硬件电路检查 按功能确定软件模块 软件结构设计 模块化软件编制 汇编 硬件系统诊断 测试软件 硬件合格？ 模块化软件调试 模块化软件合 格？ 软件修改 所有模块化软件均调试完？ N Y Y N N Y 接开发装置
所有模块化软件链接 运行调试程序 合格? 软件修改 程序固化到 EPROM 脱机运行 完成设计 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
所有模块化软件链接 运行调试程序 合格？ 软件修改 程序固化到EPROM 脱机运行 完成设计 N Y
(1)用户需求分析与方案调研 目的:通过对市场及用户的了解明确应用系统的设计 目标及技术指标。 内容主要: ①对国内外同类系统的状态分析; ②明确被控、被测参数的形式(电量,非电量,模拟 量,数字量等)、被测控参数的范围、性能指标、系统 功能、显示、报警及打印要求; ③确定课题的软、硬件技术难度及主攻方向等。 (2)可行性分析 目的:对系统开发研制的必要性及可行性做出明确的判 断并决定开发工作是否继续。 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
(1) 用户需求分析与方案调研 目的：通过对市场及用户的了解明确应用系统的设计 目标及技术指标。 内容主要： ①对国内外同类系统的状态分析； ②明确被控、被测参数的形式（电量，非电量，模拟 量，数字量等）、被测控参数的范围、性能指标、系统 功能、显示、报警及打印要求； ③确定课题的软、硬件技术难度及主攻方向等。 （2）可行性分析 目的：对系统开发研制的必要性及可行性做出明确的判 断并决定开发工作是否继续