单片机原理及应用-第10章 单片机应用系统设计与开发.ppt

第10章 单片机应用系统设计与开发 10.1 单片机应用系统结构与设计内容 10.1.1 单片机应用系统的一般硬件组成 1．前向通道的组成及特点 前向通道是单片机与测控对象相连的部分，是应用系统的数据采集输入通道。来自被控对象的现场信息是各种各样的，按物理量的特征可分为模拟和数字量、开关量两种。模拟量输入量通道的结构比较复杂，一般包括变换器、隔离放大器、滤波器、采用保持器、多路电子开关、A/D转换器及其接口电路，如图10-2所示。 综上所述，前向通道具有以下特点： （1）与现场采集对象相连，是现场干扰进入的主要通道，是整个系统干扰设计的重点部位。 （2）由于所采集的对象不同，有开关量、模拟量、数字量，而这些都是由安放在测量现场的传感、变换装置产生的，许多参量信号不能满足单片机输入的要求，故有大量的、形式多样的信号变换调节电路，如测量放大器、I/F变换、A/D转换、放大、整形电路等。 （3）向前通道是一个模拟、数字混合电路系统，其电路功耗小，一般没有功率驱动要求。 2．后向通道的组成与特点 后向通道是应用系统的伺服驱动通道。作用于控制对象的控制信号通常有两种：一种是开关量控制信号，另一种是模拟控制信号。开关量控制信号的后向通道比较简单，只需采用隔离器进行隔离及电平转换。模拟控制信号的后向通道需要进行D/A转换，隔离放大、功率驱动等处理。 3．人机通道的结构及其特点 单片机应用系统中的人机通道是用户为了对应用系统进行干预（如启动、参数设置等）以及了解应用系统运行状态所设置的对话通道，主要有键盘、显示器、打印机等通道接口。 4．相互通道及其特点 单片机应用系统中的相互通道是解决计算机系统间相互通信的接口。在较大规模的多机测控系统中，就需要设计相互通道接口。 10.1.2 单片机应用系统的设计内容 1．单片机系统设计 单片机应用系统中，单片机系统控制的设计内容如下： （1）最小系统设计：给单片机配以必要的器件构成单片机最小的系统。如MCS-51系列单片机片内有程序存储器的机型，只需在片外配上电源、复位电路、振荡电路，这样便于对单片机系统进行测试与调试。 （2）系统扩展设计：在单片机最小系统的基础上，再配置能满足应用系统要求的一些外围功能器件。 2．通道与接口设计 由于通道大都是通过I/O口进行配置的，与单片机本身的联系不甚紧密，因此大多数接口电路都能方便地移植到其他类型的单片机应用系统中去。 3．系统干扰设计 抗干扰设计要贯穿到应用系统设计的全过程。从具体方案、器件选择到电路系统设计，从硬件系统设计到软件系统设计，都要把抗干扰设计列为一项重要工作。 4．应用软件设计 应用软件设计是根据系统功能要求，采用汇编语言或高级语言进行设计。 10.2 单片机应用系统的一般设计方法 10.2.1 确定系统的功能与性能 系统功能主要有数据采集、数据处理、输出控制等。每一个功能又可细分为若干个子功能。比如数据采集可分为模拟信号采样与数字信号采样，模拟信号采样与数字信号采样在硬件支持与软件控制上是有明显差异的。数据处理可分为预处理、功能性处理、可干扰等子功能，而功能性处理还可以继续划分为各种信号处理等。输出控制按控制对象的不同可分为各种控制功能，如继电器控制，D/A转换控制、数码管显示控制等。 10.2.2 确定系统基本结构 1．单片机选型 (1)单片机性价比。 (2)开发周期。 2．存储空间分配 3．I/O通道划分 4．I/O方式的确定 5．软、硬件功能划分 10.2.3 单片机应用系统硬件、软件的设计原则 1．硬件系统设计原则 （1）尽可能选择典型通用的电路，并符合单片机的常规用法，为硬件系统的标准化，模块化奠定良好的基础。 （2）系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统当前的功能要求，并留有适当余地，便于以后进行功能的扩充。 （3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。 （4）整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。 （5）如果设计中只注重功能实现，而忽视可靠性及抗干扰设计，则到头来只能是事倍功半，甚至造成系统崩溃。 （6）单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。 2．应用软件设计的特点 （1）软件结构清晰、简捷，流程合理。 （2）各功能程序实现模块化、系统化，这样既便于调试、连接，又便于移植、修改和维护。 （3）程序存储区、数据存储区规划合理，既能节约存储容量，又能给程序设计与操作带来方便。 （4）运行状态实现标志化管理。 （5）经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改“痕迹”。规范化的程序便于交流、借鉴，也为今后的软件模块化、标准化打下基础。 （6）实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰设计是计算机应用系统提高可靠性的有力措施。 （7）