单片机应用系统设计与高级语言编程.ppt

第七章 单片机应用系统设计概述与高级语言编程 7.1 单片机应用系统设计概述 单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。这些系统能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。??? 由此来看，单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。 单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。 7.1.1 单片机应用系统的分类 按照单片机系统扩展与系统配置的状况，单片机应用系统可分为最小系统、典型应用系统和增强应用系统等。 1. 最小应用系统 最小应用系统是指能维持单片机运行的最简配置系统。 这种系统结构简单、成本低廉，常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入／输出控制、时序控制等。 这种应用系统的硬件电路构成很简单，对于片内有程序存储器的单片机，只要配上晶振、复位电路和电源就可以构成最小应用系统。而对于片内无程序存储器的单片机，其最小应用系统除了配置晶振、复位电路和电源外，还需扩展程序存储器。图7-1所示是8031的最小系统。 最小应用系统的功能完全取决于单片机芯片技术水平。 AT89C51的最小系统 ADuC812 单片智能转换器(MicroConverter?) ADuC812是一个完全集成的12位数据采集系统，在一个芯片内结合了高性能的自校准多通道12 位ADC，双12 位DAC 和可编程8 位 微控制器( 与8051 兼容的指令集)。 片内的8 K 字节闪速/ 电擦除存储器、640 字节片内闪速/ 电擦除数 据存储器和256 字节的片内数据静态存储器，均由可编程8051 兼容内核控制。 另外微控制器具有包括看门狗定时器、电源监视器和ADC DMA 功能，为多处理器接口和I/O 扩展提供了32 条可编程的I/O 线、I2C 兼容的SPI 和标准UART 串行口I/O 等。 ADuC812 单片智能转换器(MicroConverter?) 2. 典型应用系统 典型应用系统是指单片机要完成一般工业测、控功能所必须具备的硬件结构系统。它包括系统扩展与系统配置两部分内容。 系统扩展是指在单片机内部程序存储器(ROM／EPROM)、数据存储器(RAM)及输入／输出(I／O)口等部分不能满足系统要求时，需在片外扩展的部分。扩展多少，视系统要求而定。 系统配置是指单片机为满足应用要求所应配置的基本外部设备，如键盘、显示器等。 3. 增强应用系统 增强应用系统是指包含为了加强典型系统的人机对话、与其他设备通讯和系统测控功能而增设外设与接口的系统，如图7-3所示。 7.1.2 单片机应用系统的构成方式 单片机应用系统有三种结构方式。 1. 专用系统 这种系统的扩展与配置完全是按照应用系统的功能要求设计的。系统硬件只需满足应用要求，系统中只配备应用软件(固化在ROM或EPROM中)，故系统有最佳配置，系统的软应件资源能得到最充分的利用。但这种系统无自开发能力，要有开发工具的支持。采用这种结构方式，要求有较强的软硬件开发基础。 专用系统主要用在大批量生产的仪器、设备和家用电器等方面作测控用。一般不需要很多按键，甚至可以不要。 2. 模块化系统 由于单片机应用系统的扩展与配置具有典型性，可把这些典型配置做成用户系列板(比如主机板、A／D板、D／A板、A／D／A板、I／O板、打印机接口板、通信接口板等)，供用户选择使用。用户可根据应用系统的要求，选择适当的功能模块组合成自己的测控系统。 模块化结构是大、中型应用系统的发展方向，它可以大大减少用户在硬件开发上投入的力量，且可使硬件开发周期缩到最短。但目前我国单片机应用系统模块化产品水平尚不高，软硬件配套工作还不完善，有待进一步发展。 3. 单片单板机系统 受通用CPU单板机(如TP801等)的影响，同时也考虑多种应用目的，国内有用单片机来构成单片单板机。这种系统的硬件按典型应用系统配置，并配有监控程序，具有自开发能力。但是，单板机的固定结构形式常使应用系统不能获得最佳配置(即软硬件资源不能得到充分利用)