单片机原理课程设计指导书..doc

单片机原理及应用课程设计 单片机的应用十分广泛，其中重要的是单片机应用系统设计。单片机应用系统设计是对所学习的单片机知识的综合应用。在理解单片机软件和硬件的基础上把它们结全在一起，构成一个电子应用系统，向智能现代电子系统发展。 一、 单片机的开发装置与开发步骤 一个单片机应用系统从提出任务到正式投入运行的整个设计和调试过程，称为单片机的开发。开发过程所用的设备称为开发工具。虽然单片机造价低、功能强、简单易学、使用方便，可以用来组成各种不同规模的应用系统，但由于其硬件和软件的支持能力有限，自身无调试能力，因此必须配备一定的开发工具，如编程器、实验板等以此来排除应用系统中的硬件故障和软件错误，生成目标程序。当目标系统调试成功以后，还需要用开发工具把目标程序固化到单片机内部或外部的只读存储器中。 单片机应用系统建立以后，应当判断电路正确与否、程序是否有误，并设法将程序装入机器，这些都必须借助于单片机开发系统装置来完成。单片机开发系统是单片机编程调试的必需工具。目前市场上的单片机开发装置(又称仿真器)厂商和型号比较多，其使用如图 l-1所示。 仿真器通过串行数据线与PC机相连，充分利用PC机的资源，也可单独使用。不连PC机时，欲运行的程序只能通过仿真器的键盘，将可执行的机器码逐一输入，这种情况不适于大型应用系统的开发。 仿真器通过仿真线，连在用户板的CPU插座上，可以通俗地理解为仿真器将其CPU、程序存储器等资源全部“租借”给了用户系统。用户可以在PC机上编写汇编源序，将源程序汇编成机器码后，通过PC机串行口将机器码传入仿真器内。仿真器也可以不连接用户板，仅进行软件运行测试。通过设置断点运行、单步运行等方式，可以“跟踪”程序的执行。仿真器将执行结果再通过串行口回送PC机，在显示器上，用户可以很明了地看到程序运行的结果，观察单片机内部资源的变化情况，大大地方便了程序的查错、纠错。 使用仿真器可以更直观地看到每执行一条语句CPU内部寄存器、状态位的变化以及LED等外设的变化。发现错误后，又可以很快地在PC机上修改、汇编、重新装入、再运行检查，使用非常方便。 二、 单片机应用系统的设计方法 单片机应用系统的设计是以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，目的是获得实现某种功能的应用系统。单片机应用系统主要包括硬件和软件两大部分。硬件设计以芯片和元器件为基础，目的是要研制出一台完整的单片机应用系统；软件设计是基于硬件的程序设计过程，如图2-1所示。 单片机应用系统是为完成某项任务而研发的用户系统，虽然每个系统都有很强的针对性，结构和功能各异，但它们的开发过程和方法大致相同。单片机应用系统开发过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、仿真调试、可靠性实验和产品化等几个阶段，但各阶段不是绝对独立的，有时是交叉进行的。 2．1总体设计 单片机应用系统的开发过程是以确定系统的功能和技术指标开始的。首先要细致分析、研究实际问题，明确各项任务与要求，综合考虑系统的先进性、可靠性、可维护性以及成本、经济效益，拟订出合理可行的技术性能指标。 2.1.1 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。例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、抗干扰等子功能，而功能性处理还可以继续划分为各种信号处理等。输出按控制对象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。 系统性能主要由精度、速度、功耗、体积、重量、价格、可靠性的技术指标来衡量。系统研制前，要根据需求调查结果给出上述各指标的定额。一旦这些指标被确定下来，整个系统将在这些指标限定下进行设计。系统的速度、体积、重量、价格、可靠性等指标会决定系统软、硬件的功能的划分。系统功能尽可能用硬件完成，这样可提高系统的工作速度，但系统的体积、重量、功耗、硬件成本都相应地增大，而且还增加了硬件所带来的不可靠因素。用软件功能尽可能地代替硬件功能，可使系统体积、重量、功耗、硬件成本降低，并可提高硬件系统的可靠性，但是可能会降低系统的工作速度。因此，在进行系统功能的软、硬件划分时，一定要依据系统性能指标综合考虑。 2.1.2 确定系统基本结构 在对应用系统进行总体设计时，应根据应用系统提出的各项技术性能指标，拟订出性价比最高的一套方案。单片机应用系统结构一般是以单片机为核心的。在单片机外部总线上要扩展连接相应功能的部件，配置相应外部设备和通道接口。因此，系统中单片机的选型、存储器分配、通道划分、输人／输出方式及系统中硬、软件功能划分等都对单片机应用系统结构有着直接影响。首先，应根据任务的繁杂程度和技术