51系列单片机教程(共15章) 第15章课件.pptVIP

第15章 MCS-51单片机应用系统的设计、开发与调试 15.1 MCS-51 单片机应用系统的设计的步骤 设计一个单片机测控系统，一般可分为四个步骤： （1）需求分析，方案论证和总体设计阶段 需求分析:被测控参数的形式（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、工作环境、显示、报警、打印要求等。 方案论证:根据要求，设计出符合现场条件的软硬件方案，又要使系统简单、经济、可靠，这是进行方案论证与总体设计一贯坚持的原则。 （2）器件选择，电路设计制作，数据处理，软件的编制阶段。 （3）系统调试与性能测定。 （4）文件编制 15.2 应用系统的硬件设计 (1)单片机系统的扩展部分设计 包括存储器扩展和I/O接口扩展。存储器的扩展指EPROM、EEPROM和RAM的扩展，I/O接口扩展是指8255、8155、8279以及其它I/O功能器件的扩展。它们都属于单片机系统扩展的内容。前面已作介绍。 (2)各功能模块的设计 如信号测量功能模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通讯功能模块等，根据系统功能要求配置相应的A/D、D/A、键盘、显示器、打印机等外围设备。 1．尽可能采用功能强的芯片。 (1)单片机可优先考虑选用片内带有闪烁存储器的产品。例如ATMEL公司的89C51/89C52。可使扩展程序存储器的工作省去，从而减少芯片的数目，缩小体积。 (2) EPROM空间和RAM空间。目前EPROM容量越来越大，一般尽量选用容量大的EPROM。 (3) I/O端口。 (4) A/D和D/A通道。 2．以软代硬。 3．工艺设计。 15.3 应用系统的软件设计 （1）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。 （2）各功能程序实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植、修改。 （3）编应用软件前，应绘制出程序流程图。这不仅是程序设计的一个重要组成部分，而且是决定成败的关键部分。 （4）要合理分配系统资源，包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等。其中最关键的是片内RAM分配。对8031来讲，片内RAM指00H～7FH单元，这128个字节的功能不完全相同，分配时应充分发挥其特长，做到物尽其用。 15.4 MCS-51单片机系统举例 介绍一些基本的单片机应用系统，供设计时参考。 15.4.1 8031的最小系统 8031无片内程序存储器，因此，其最小应用系统必须在片外扩展EPROM，必须有复位及时钟电路。图15-1为8031外扩程序存储器的最小应用系统。该系统仅完成数字量的输入和输出控制。 15.4.2 89C51的最小系统 15.4.3 以单片机为核心的数据采集系统 一、数据采集系统的组成 数据采集系统一般由信号调理电路、多路切换电路、采样保持电路、A/D、CPU、RAM、EPROM组成。原理框图如图15-3所示。 1. 信号调理电路 传感器与A/D之间的桥梁，是测控系统中重要组成部分。主要功能： （1）目前标准化工业仪表通常采用0～10mA，4～20 mA信号，为了和A/D的输入形式相适应，经I/V转换器变换成电压信号。 （2）某些测量信号可能是非电量，这些非电压量信号必须变为电压信号，还有些信号即使是电压信号，也必须经过放大、滤波，这些处理包括信号形式的变换、量程调整、环境补偿、线性化等。 （3）某些恶劣条件下，共模电压干扰很强，如共模电平高达220V，不采用隔离的办法无法完成数据采集任务，因此，必须根据现场环境，考虑共模干扰的抑制，甚至采用隔离措施，包括地线隔离、路间隔离等等。 2．总线的驱动 单向总线驱动器：74LS244。8个三态线驱动器分成两组，分别由1G*和2G*控制。 双向驱动器：74LS245，图15-7为其引脚和逻辑图，每两个三态门组成一路双向驱动。DIR=0,B向A传送。 （1）直流负载下驱动器驱动能力的估算 驱动能力主要取决于: 高电平输出时驱动器能提供的最大电流 低电平输出时所能吸收的最大电流。 设 IOH:驱动器在高电平输出时的最大输出电流 IIH:每个同类门负载所吸收的电流。 IOL:驱动器在低电平输出时的最大吸入电流 IIL:驱动器需要为每个同类门提供的吸入电流。 满足如下关系才能使驱动器可靠工作。 例：IOH =15mA，IIH=0.1mA，IOL=24mA，IIL=0.2mA，求得N1=150和N2=120。因此，驱动器的实际驱动能力应为120个同类门。 （2）交流负载下驱动能力的估算 总线上传送的数据是脉冲型信号，在同类门负载为容性（分布电容造成）时，就必须考虑电容的影响。若： CP：驱动器的最大驱动电容， Ci（i=1,…,N）：每个同类门的分布电容。 15.3