第5章单片机应用系统设计与开发.PDF

第 5 章 单片机应用系统设计与开发 目前，MCS－51 系列单片机以其独特的优越性，在智能仪表、工业测控、数据采集、 计算机通信等各个领域得到极为广泛的应用。不同用户根据所要完成的不同任务，正在进 行单片机应用系统的设计工作。本章将对应用系统的软、硬件设计和调试等各个方面做进 一步的分析和讨论，并给出具体应用实例，以便设计者能更迅速地完成单片机应用系统的 开发与研制。 － 5.1 MCS 51 单片机应用系统设计 5.1.1 应用系统设计过程 单片机应用系统的设计过程如图 5.1 所示。从接受用户任务开始，以硬件为基础进行 设计，到最后完成一个实用系统，可分为以下几个阶段： 1. 确定任务 单片机应用系统的设计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，明确各项任务和要求。从考虑系统的先进性、可靠性、可维护性以及成本、 经济效益出发，拟定出合理可行的技术性能指标。 图 5.1 单片机应用系统的设计过程 ·158 · 单片机原理及应用 2. 总体设计 在应用系统进行总体设计时，可根据应用系统提出的各项技术性能指标，拟定出性能 价格比最高的方案。首先，应依据任务的繁杂程度和技术指标要求选择机型。目前，常用 单片机有 MCS－51 系列、AVR 单片机、DSP 等。选定机型后，再选择系统中要用到的其 他元器件，如 A/D 、D/A 转换器、I/O 口、定时器/计数器、串行口等。 在总体方案设计过程中，必须对软件和硬件综合考虑。原则上，能够由软件来完成的 任务，就尽可能用软件来实现，以降低硬件成本，简化硬件结构；同时，还要求大致规定 各接口电路的地址、软件的结构和功能、上下位机的通信协议、程序的驻留区域及工作缓 冲区等。总体设计方案一旦确定，系统的大致规模及软件的基本框架就确定了。 3. 硬件设计 硬件设计是指应用系统的电路设计，包括主机、控制电路、存储器、I/O 口、A/D 和 D/A 转换电路等。硬件设计时，应考虑留有充分余量，电路设计力求正确无误，因为在系 统调试中不易修改硬件结构。下面介绍在设 MCS－51 单片机应用系统硬件电路时应注意 的几个问题。 1) 程序存储器 一般可选用容量较大的 EPROM 芯片，如 2764(8KB) 、27128(16KB)或 27256(32KB)等。 尽量避免用小容量的芯片组合扩充成大容量的存储器。程序存储器容量大些，则编制程序 宽裕，而价格相差不会太多 。 2) 数据存储器和 I/O 口 根据系统功能的要求，如果需要扩展外部 RAM 或I/O 口，那么 RAM 芯片可选用6264(8KB) 或 62256(32KB) ，原则上也应尽量减少芯片数量，使译码 电路简单。I/O 口芯片一般选用 8155(带有 256KB 静态 RAM)或 8255，这类芯片具有接口线多、硬件逻辑简单等特点。若 接口线要求很少，且仅需要简单的输 或输 出功能，则可用不可编程的TTL 电路或CMOS 电路。A/D 和 D/A 电路芯片主要根据精度、速度和价格等来选用，同时还要考虑与系统的 连接是否方便。 3) 地址译码 电路 通常采用全译码、部分译码或线选法，应考虑充分利用存储空间和简化硬件逻辑等方 面的问题。MCS－51 系统有充分的存储空间，包括 64KB 程序存储器和 64KB 数据存储器， 所以在一般的控制应用系统中，主要是考虑简化硬件逻辑 。当存储器和 I/O 芯片较多时， 可选用专用译码器 74LSl38 或 74LSl39 等。 4) 总线驱动能力 MCS－51 系列单片机的外部扩展功能很强，但 4 个 8 位并行口的负载能力是有限的。 P0 口能驱动 8 个 LSTTL 电路，P1～P3 口只能驱动 3 个 LSTTL 电路。在实际应用中，这 些端 口的负载不应超过总负载能力的 70%，以保证 留有一定的余量。如