单片机应用系统设计
MCS-51单片机应用系统设计
6 通信电路的设计 单片机应用系统一般需要其具有数据通信的能力，通常采用RS-
232C、RS-485、I2C、CAN、工业以太网、红外收发等通信标准。
7 印刷电路板的设计与制作 电路原理图和印制电路板常采用专业设计软件进行设计， 如
Protel、Proteus、OrCAD等。设计印制电路板需要有很多的技巧和经 验。设计好印制电路板图后，应送到专业厂家制作生产，在生产出来 的印制电路板上安装好元件，则完成硬件设计和制作。
3. 程序设计 1 建立数学模型：描述出各输入变量和各输出变量之间 的数 学关系。
2 绘制程序流程图：以简明直观的方式对任务进行描述。 3 程序的编制：选择语言、数据结构、控制算法、存储 空间 分配，系统硬件资源的合理分配与使用，子程序的入/出口 参 数的设置与传递。
4. 软件装配 各程序模块编辑之后，需进行汇编或编译、调试，当满足设
单 片 机 应 用 系 统 设 计 的 一 般 过 程
7.1 MCS-51单片机应用系统设计过程
1. 总体设计 2. 硬件设计 3. 软件设计 4. 可靠性设计 5. 单片机应用系统的调试、测试
7.1.1 总体设计
1．明确设计任务 单片机应用系统的设计是从确定目标任务开始的。 认真进行目标分析，根据应用场合、工作环境、具体用途，
2. 程序设计技术
软件结构实现结构化，各功能程序实行模块化、子程序化。 一般有以下两种设计方法：
1 模块程序设计：优点是单个功能明确的程序模块的设 计和 调试比较方便，容易完成，一个模块可以为多个程序所共 享 。其缺点是各个模块的连接有时有一定难度。
2 自顶向下的程序设计：优点是比较符合于人们的日常 思维 ，设计、调试和连接同时按一个线索进行，程序错误可以 较早的发现。缺点是上一级的程序错误将对整个程序产生影响， 一处修改可能引起对整个程序的全面修改。
单片机原理及应用系统设计
单片机原理及应用系统设计单片机原理及应用系统设计单片机（Microcontroller，简称MCU）是集成了微处理器、存储器、输入/输出接口及其他功能模块的一种集成电路芯片，其内部包含了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、串口、ADC/DAC、中断控制器等多个功能模块，可用于控制系统、数据采集、嵌入式系统、家用电器、汽车电子等许多领域中。
单片机的组成结构主要包括中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM、EEPROM）、输入/输出接口（I/O）、时钟/定时器、中断/外部中断、串口通信、模拟输入/输出等模块。
其中，中央处理器是单片机的“心脏”，它执行单片机内部各种指令，进行逻辑运算、算术运算等操作；存储器用来存储程序和数据，ROM主要存储程序代码，RAM用来存储程序运行时所需的数据和临时变量；输入/输出接口是单片机和外部设备（如LED、LCD、继电器等）的链接带，通过输入输出接口可以实现单片机对外部设备的控制和监测；时钟/定时器用来产生精确定时信号，对于实时控制、时间测量、定时定量控制等应用非常重要；中断/外部中断是单片机的一种高效机制，在单片机运行过程中，如碰到紧急事件需要优先处理，可以启用中断机制，优先处理中断程序；串口通信用来实现单片机与另一台设备之间的通信功能，是单片机进行通信应用中较常用的接口；模拟输入/输出可实现单片机对外部采集信号的转换。
单片机的应用系统设计是单片机在应用领域中所体现出来的具体项目，包括了硬件和软件两个方面的内容。
硬件设计主要包括单片机的选型、外设的选择、电源设计、信号输入/输出设计等；软件设计则主要是对单片机进行编程，构造出相应的应用程序，实现对硬件系统的控制。
单片机在嵌入式系统中应用非常广泛，包括家用电器、工业自动化、汽车电子、医疗器械、安防监控等多个领域。
在家用电器中，单片机能够实现家电的自动控制、显示、调节等多种功能，如洗衣机控制、空调控制、电磁灶控制、电子钟表控制等；在工业自动化中，单片机的功能应用更为广泛，应用于生产线的控制、物流系统的管理、环保系统的监测、电子银行等多个领域；在汽车电子中，单片机的功能主要体现在行车电子控制系统、车载音响、泊车雷达系统等方面，具有多种控制、监测、显示、操作等功能；在医疗器械领域中，单片机主要应用于病人监测、给药控制、设备控制等多个方面，通过单片机系统的运行，实现对病情的掌控；在安防监控领域中，单片机系统具备事件监测、报警输出、视频监视等多种功能，使得安防系统可以实现更加精确、高效、智能的控制。
《单片机应用系统设计》教学大纲及知识点
《单片机应用系统设计》课程教学大纲一、本课程的地位、作用和任务本课程是在学生学完电子技术类基础课程和微机应用类基础课程之后，为加强对学生技术应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的综合性课程。
本课程的任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用。
初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。
二、理论教学内容绪论单片机概述0．1 引言0．2 单片机的特点0．3 单片机的发展0．4 MCS-51单片机系列简介第一章MCS–51单片机的结构和原理1. 1 单片机的内部结构1. 2 MCS–51的外部引脚及功能1. 3 MCS–51的存储器配置1. 4 并行输入／输出接口电路1. 5 时钟电路与时序1. 6 MCS –51最小系统设计第二章MCS-51的指令系统2．1 MCS-51指令系统概述2．2 数据传送类指令2．3 算术运算类指令2．4逻辑运算及移位类指令2．5 控制转移类指令2．6 布尔变量操作类指令第三章汇编语言程序设计3．1 汇编语言源程序的格式3．2 伪指令3．3 汇编语言程序举例第四章MCS—51的中断与定时4.1 MCS—51单片机的中断系统4.2 MCS–51的定时/计数器第五章存储器扩展技术5.1 概述5.2 程序存储器的扩展5.3 数据存储器的扩展5.4 PROME2及其扩展第六章Ｉ/Ｏ扩展技术6．1 Ｉ/Ｏ接口概述6．2 MCS-51并行Ｉ／Ｏ口的直接使用6．3 简单Ｉ／Ｏ扩展6．4 8255并行Ｉ／Ｏ口6．5 8155简介第七章键盘/显示器扩展技术7．1 单片机应用系统中的人机通道7．2 键盘及其接口7. 3 显示器及接口7．4 专用的8279键盘/显示器接口第八章模拟量输入/输出通道8.1 模拟量输入通道8.2 模拟量输出通道第九章MCS-51的串行通信9.1 串行通信基础9.2 串行接口的构成与工作方式9.3 串行口的典型应用9.4 单片机的多机通信9.5 RS-232C串行总线第十章应用程序设计技术10.1 智能仪表的一般结构10.2 单片机应用系统设计举例第十一章高性能单片机PIC16F8XX介绍11．1 PIC16F87X的特点11．2 PIC16F87X的结构与配置11．3 PIC16F87X的功能部件11．4 PIC16F87X的应用举例三、实践教学的内容和要求实验一联机仿真操作练习实验目的：进一步掌握开发工具的应用实验内容：学习PC机与开发机联机仿真的操作方法实验二指令系统和编程练习实验目的：掌握8051单片机常用指令的使用和编程实验内容：用8051单片机的常见指令编写简单的多字节加减法程序。
单片机应用系统设计方法
单片机应用系统设计方法
单片机应用系统设 计过程一般包括需求 分析、可行性分析、 系统体系结构设计、 软/硬件设计、综合调 试等几个步骤。
1.2 可行性分析
可行性分析是从原理、技术、需求、资金、材料、环境、研发/生产条 件等方面分析论证产品开发研制的必要性及可行性，论证产品的经济效 益、社会效益和生态效益，决定产品的开发研制工作是否需要继续进行 下去
在单面板和双面板设计中，电源线和地线尽量粗些，以确保能通过大电流。
1.4 硬件设计
元器件选择原则
在硬件电路成本允许的情况下，尽可能选择集成度高、功能完备的芯片 对于需要大批量生产的产品，一定要选用通用性强、供货渠道充足的元器件 整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配 选择元器件时应遵从以下原则
选择可靠性高的专用器件。这是保护系统安全运行的有效手段。 对输入输出通道进行光电隔离，以防止干扰信号从I/O通道进入系统而导致系
统程序跑飞（死机）。 对于闲置的I/O口或输入引脚，不要悬空，可直接接地或接电源。
1.4 硬件设计
PCB设计原则
晶振必须尽可能靠近CPU晶振引脚，且晶振电路下方不能走线，最好在晶振电 路下方放置一个与地线相连的屏蔽层。
在双面印制板上，电源线和地线应安排在不同的面上，且平行走线，这样寄生 电容将起滤波作用。对于功耗较大的数字电路芯片，如CPU、驱动器等应采用 单点接地方式，即这类芯片电源、地线应单独走线，并直接接到印制板电源、 地线入口处。电源线和地线宽度尽可能大一些。模拟信号和数字信号不能共地， 即采用单点接地方式。
1.4 硬件设计
电源系统采用稳压、隔离、滤波、屏蔽和去耦措施。采用交流稳压器，以防止 电网欠压或过压；采用初次级双层屏蔽的隔离变压器，以提高系统抗共模干扰 的能力；采用低通滤波器，以除去电网中的高次谐波；滤波器要加屏蔽外壳， 以防止感应和辐射耦合；在电源的不同部分（如每个芯片的电源）配置去耦电 容，消除以各种途径进入电源中的高频干扰。
单片机应用系统课程设计 卡牌
单片机应用系统课程设计卡牌卡牌是一种经典的游戏元素，广泛应用于各类游戏中，如扑克牌、魔术卡牌和收集卡牌游戏。
在单片机应用系统课程设计中，我们可以利用单片机的功能，设计实现一款简单的卡牌游戏。
本文将介绍如何设计一个基于单片机的卡牌游戏系统，并提供一些参考内容。
首先，我们需要确定游戏的规则和功能。
一个简单的卡牌游戏系统可以包括以下几个模块：游戏初始化模块、发牌模块、玩家操作模块、游戏逻辑模块、显示模块和音效模块。
下面是这些模块的详细介绍：1. 游戏初始化模块：在游戏开始时，需要初始化游戏环境，包括设置游戏的初始参数、清空牌桌、洗牌等。
这个模块可以用单片机的GPIO口实现。
2. 发牌模块：在游戏开始时，需要将牌洗好并按照规则发给每个玩家。
这个模块可以使用单片机的PWM输出来模拟洗牌和发牌的过程。
3. 玩家操作模块：在游戏进行中，每个玩家可以根据游戏规则执行一系列操作，如出牌、抽牌、换牌等。
这个模块可以使用单片机的按键和LCD显示屏来实现。
4. 游戏逻辑模块：游戏逻辑模块负责判断每个玩家的操作是否合法，并根据游戏规则进行相应的处理。
例如，判断出牌是否符合规则，计算得分等。
这个模块需要编写相应的程序算法来实现。
5. 显示模块：显示模块用于显示游戏的界面和各种信息，如牌桌上的牌、玩家的得分等。
可以使用单片机的LCD显示屏来实现。
6. 音效模块：音效模块用于产生游戏中的音效，如发牌声音、背景音乐等。
可以通过单片机的DAC或PWM等模块来生成音频。
在设计卡牌游戏系统时，需要考虑以下几个方面的问题：1. 系统的稳定性：单片机应用系统需要能稳定运行，在设计时需要注意电路的可靠性和软件的健壮性。
2. 显示效果：可以使用单片机的LCD显示屏实现简单的图形显示，如绘制牌桌和卡牌的图像。
需要注意屏幕分辨率和色彩深度的限制。
3. 用户体验：设计一个友好的用户界面和操作方式，可以通过按键输入和LCD显示来实现用户与系统的交互。
9-1单片机应用系统的设计与开发
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南北红灯亮
东西红灯亮, 南北绿灯亮 东西红灯亮, 南北黄灯亮
MOVX
@DPTR,A
;东西红灯
亮,南北黄灯亮
MOV R2,#0AH LCALL DELY ;延时10s MOV DPTR,#0FFD8H MOV A,#0BEH MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#0FH MOVX @DPTR,A ;东西红 灯亮 MOV R2,#0AH LCALL DELY ;延时 DJNZ R7,JOD2 ;闪烁次 数未到继续 LJMP JOD3 ;循环
9.3 空调制冷控制系统案例实现
1.确定任务
设计空调制冷控制系统,要求该系统能够自动控制制冷压 缩机的运行和停止(制冷压缩机工作,则将空气热量带走,环 境温度下降),使环境温度保持在人们设定的温度上(调温范 围为10℃～30℃). 控制系统要控制的是空气温度,是通过压缩机的运行, 停止控制的,实际上单片机直接控制的是压缩机的工作状态. 该系统要实现以下功能. 1)根据环境温度控制压缩机工作.控制参数是温度,被 控参数是压缩机电路通,断的工作状态. 2)设置希望的环境温度值.由人手动控制. 3)显示设定的温度值.
9.2 交通灯模拟控制系统案例实现
1.硬件电路设计 硬件原理图如图所示. (1)选择单片机:目前MCS-51单片机种类繁 多,可以选用AT89C51,配备晶振和复位电路. (2)端口地址:根据原理图所示,8255端口 地址分配如下: A口:0FFD8H B口:0FFD9H C口:0FFDAH
单片机应用系统课程设计 二项分布
单片机应用系统课程设计二项分布单片机应用系统课程设计：二项分布在概率统计学中，二项分布是一种离散概率分布，它描述了一系列独立重复的伯努利试验中，成功次数的概率分布。
在现实生活中，我们经常会遇到这样的问题，例如某一产品的质量检测中，每件产品都存在一定的次品率，那么在一定数量的产品中，我们需要计算出有多少件产品是合格品。
这种问题就可以使用二项分布来求解。
在单片机应用系统中，二项分布的应用也非常广泛。
例如在制造业中，如果我们要进行产品的质量检测，就需要使用单片机来控制检测设备，同时使用二项分布算法来对检测结果进行分析和处理。
下面我们来详细了解一下二项分布在单片机应用系统中的应用。
我们需要了解二项分布的概率分布函数。
在二项分布中，成功的概率为p，失败的概率为1-p，进行n次试验后成功的次数为k，那么我们可以使用以下公式来计算k次成功的概率：P(X=k)=C(n,k)*p^k*(1-p)^(n-k)其中，C(n,k)表示从n个物品中选取k个物品的组合数。
在单片机应用系统中，我们可以通过编写程序来计算二项分布的概率分布函数，从而实现对产品质量的检测和分析。
我们需要了解如何在单片机应用系统中实现二项分布算法。
在程序设计中，我们可以使用循环语句来模拟重复试验的过程，同时使用随机数函数来模拟成功率。
例如，以下是一个简单的二项分布程序：#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <time.h>int main(){int n, k, i, j;float p, q, result, sum;printf("Enter the number of trials: ");scanf("%d", &n); //输入试验次数printf("Enter the probability of success: ");scanf("%f", &p); //输入成功率q = 1 - p; //计算失败率printf("\n");for(i = 0; i <= n; i++) //进行n次试验{sum = 0;for(j = 0; j <= i; j++) //计算成功次数为j的概率{result = 1;result = result * pow(p, j);result = result * pow(q, i-j);result = result * factorial(i);result = result / (factorial(j) * factorial(i-j));sum = sum + result;}printf("P(X=%d) = %f\n", i, sum); //输出计算结果}return 0;}在这个程序中，我们使用了循环语句和随机数函数来模拟重复试验的过程，同时使用了计算组合数和阶乘的函数来计算概率分布函数。
单片机应用系统课程设计 均衡化
单片机应用系统课程设计均衡化
单片机应用系统课程设计
均衡化
一、实验目的
1、了解均衡化技术及它的原理。
2、掌握单片机在均衡化技术中的具体应用。
3、熟练使用C51单片机下载程序以及C编程方法，通过等效电路实现均衡化程序开发。
二、实验原理
均衡化是在无线电频率带宽内，利用电子滤波器技术来实现对指定频段的信号进行增益控制的技术一种。
该技术具有传输距离更远，质量更好的特点。
在一个频率范围内，对信号的发射功率进行可调节控制，以达到均匀分布信号功率的要求，满足比较固定的要求，这就是均衡化。
常用的滤波器有低通滤波器，带通滤波器和高通滤波器等。
低通滤波器：它可以滤除信号的高频分量，只通过低频分量，从而可以滤除噪声，提高信号信噪比和接收电平。
带通滤波器：它可以滤除低频或高频外的分量，从而可以在一定范围内控制信号的发射功率，达到均衡化的目的。
高通滤波器：它可以把低频分量滤除，从而可以提高接收灵敏度，实现远距离传输。
三、实验内容
实验中利用AT89C2051单片机实现均衡化技术，具体包括以下几个内容：
1、相关电路的组成；
2、利用C51编程语言编写程序；
3、调试程序；
4、相关数据的处理。
四、实验结果
最终，我们实现了均衡化技术，调试的时候，均衡器能够按要求进行控制，程序运行正常，能够满足设计要求。
第12章 单片机应用系统设计举例
a）路路路路路路
b）路测路路
增强型8051单片机实用开发技术
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4．电机驱动电路 ．
U11 PWMP PWMN VCC R29 1K R30 1K 3 19 13 18 20 1 9 10 11 12 IN1 IN2 D2 D1 DNC AGND PGND PGND PGND PGND MC33886 OUT1 OUT1 OUT2 OUT2 DNC V+ V+ V+ Ccp FS 6 7 14 15 8 4 5 16 17 2 VBAT J1 2 1 Header 2
U13 IN GND OUT OUT 2 4 C14 47uF
VCC
REG1117-5
C15 0.1uF
增强型8051单片机实用开发技术
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12.1.4 12.1.4 系统软件设计
单片机的检测报警程序采用C语言编写。 单片机的检测报警程序采用 语言编写。 语言编写 单片机的7个 单片机的 个ADC转换通道对小车路径检测的模拟量进 转换通道对小车路径检测的模拟量进 行采样， 行采样，进行二值化和坐标变换后得到小车中心与路径的 偏差， 偏差，然后根据偏差大小对舵机转角和小车速度进行相应 的调整。由于舵机和电机驱动对PWM频率要求差别较大， 的调整。由于舵机和电机驱动对 频率要求差别较大， 频率要求差别较大 驱动电机的PWM由单片机内部 由单片机内部PWM模块产生，而驱动舵 模块产生， 驱动电机的 由单片机内部 模块产生 机的PWM则由定时器 产生。 则由定时器T0产生 机的 则由定时器 产生。
增强型8051单片机实用开发技术
具体程序请参见教材！！！ 具体程序请参见教材！！！
增强型8051单片机实用开发技术
12.2 基于实时操作系统 基于实时操作系统uC/OS-II的压力测控系统 的压力测控系统
第七章单片机应用系统设计
连接POD52仿真头(适配器) 拔下仿真头后可以当作下载 可以直接在keil中实现对51 线使用，支持AT89S系列单片机 的ISP下载 系列芯片的ISP下载编程 仿真器决定大体类型，如PIC或51或AVR，仿真头决定具体 型号的芯片如51中的ATmel里的AT89C52还是AT89S52等。
SST 89 -AT89 系列单片机比较： SST 89系列:
二、单片机应用系统的开发工具
开 发 工 具
软件工具
+ 硬件工具
集成开发环境(IDE:Keil)
电脑 编程器（即写入器,带ISP可免) 仿真器 （紫外线擦除器） 学习用开发板(实验板)
单片机只是一块芯片而已，本身并无开发能力，编程序、调试 程序、烧程序、擦除程序、下载程序等都要借助于开发工具。
7.2 伟纳电子 开发板
内部Flash擦写次数达1万次以上,程序保存时间可达到100年. 片内提供两块FLASH空间，可做程序和数据空间： 程序空间:8-64K 内部 Flash擦写次数达 1万次以上，程序保存时间可达到100年 数据空间 :8K
AT 89系列:
内部 8k可反复擦写1000次的Flash ROM ,实为1000-10000次.
交流蜂鸣器 继电器
串口座
硕飞科技最新开发 的真正USB2.0接 口ICE52专业仿真 器和编程器
PS/2键盘接口
SUB接口
电源开关 电源输入
5V电源输出接口 ISP下载/仿真接口
8位AD/DA 转换器 P0口
40Pin外扩接口 引出CPU信号 到外部电路
P2口 16 路LED 插单片机用的 普通40pin锁紧 插座
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SP51嵌入式仿真器
单片机应用系统课程设计 检查点
单片机应用系统课程设计检查点
1 任务目标
（1）深刻理解单片机应用系统的技术原理，熟悉单片机应用系统集成设计的流程，掌握计算机辅助设计技术；
（2）具备解决实际问题的能力，能使用相关的硬件和软件，利用单片机实现自己的设计；
（3）提高实践能力和高级思维能力，培养创新精神和创新意识；
（4）为单片机应用开发方面的研究打下坚实的基础。
2 检查点
（1）完成课程设计主题、要求及内容，把课程设计的全部内容完整而系统地组织起来；
（2）熟悉课程设计的基本技术框架、研究现状、系统的组成和技术要求；
（3）了解系统的硬件设备以及软件设计原理，深入理解单片机系统的典型控制方法；
（4）掌握单片机应用系统集成设计的流程，能利用计算机辅助设计技术进行系统验证和系统调试；
（5）能熟练使用各种仿真软件对系统模块的多种结构、多种控制方法以及多种参数进行仿真，并得到较满意的结果；
（6）能够设计出合理的电路，独立实现单片机应用系统，并能够编写原理性程序；
（7）具备解决实际应用问题的能力，能熟练的应用已有的硬件
和软件，在芯片上利用单片机实现自己的设计；
（8）熟悉技术框架，掌握设计流程，掌握验证技术，熟练应用硬件设备以及软件元件；
（9）能正确认识实际问题，并能综合运用所学知识，掌握设计的全过程，切实提高实践能力和思维能力；
（10）能够完成课程设计，并切实体现出创新的意识。
片机应用系统设计与实例
高频电路，采用多点接地
寄生电感及分布电容将造成各接地线间的耦合， 影响突出。
频率小于1MHz时，采用一点接地；频率高于 10MHz时，采用多点接地；频率处于1至10MHz 时，若采用一点接地，其地线长度不应超过波长 的二十分之一。否则，应采用多点接地。
逻辑器件接地线呈辐射网状，避免环形 地线尽量加宽。最好不小于3mm 旁路电容地线不要太长 功率地应较宽，必须与小信号地分开
四、信号电缆
双绞线，有抑制电磁干扰的作用 屏蔽线，有抑制静电感应干扰的作用。
屏蔽层最佳的接地点在信号源侧（一点接地）。
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9.2.3 其它提高系统可靠性的方法
一、使用微处理器监控电路
直流开关电源 无工频变压器，体积小、重量轻、效率高、电网 电压范围宽、变化时不易输出过电压和欠电压，同 时还具有较好的初、次级隔离作用。
DC－DC变换器
输入电压范围大、输出电压稳定且可调整、效
率高、体积小、有多种封装形式。
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9.2.2 地线干扰及其抑制
一、一点接地和多点接地的应用
低频电路，采用一点接地
单片机应用系统的设计应包括：硬件设计和软件设计。
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2
9.1.1 设计步骤
一、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：根据用户要求，设计出符合现场条件的软硬件方 案。既要满足用户要求，又要使系统简单、经济、可靠
基本功能： 上电复位 监控电压变化 Watchdog功能 片使能 备份电池切换开关等
单片机原理与应用系统设计 第09章 单片机应用系统设计实例
9.1.3 控制程序：总体设计
系统上电
中断服务程序入口 保护现场 清除中断标志 TF2
上电初始化
启动定时器
读取 AD转换的结果
读 P1口数据
CPU工作指示 启动 AD转换 计算控制量
根据 P1口数据查 表，得到 Kp,Kv,Ka Ki四个增益参数
N
停机？
更新 PWM脉宽 恢复现场 中断服务程序返回
率管GS极上导通电压14.3V，关断电压为-0.7V。关断负压的设计可以使得
功率管可靠地截止。此外，栅极驱动电阻取为20Ω。
9.1.2 电路设计：驱动与吸收保护电路
(1) 续流和吸收保护电路 电磁铁是感性元件，为此应使用快恢型二极管D1为电感L提供续流回 路，以防止MOSFET关断时漏极电位急剧上升而损坏功率管。图中，R、C、 D组成的吸收网络能够吸收MOSFET在开关时刻的电压和电流尖峰。其中，C 用于限制MOSFET的漏极-源极间电压突变，R用于限制MOSFET开通时C的放 电电流，D则便于在MOSFET关断时，C能迅速吸收MOSFET上的关断尖峰。
磁悬浮球演示系统是一个典型的嵌入式数字控制系统，由电磁铁、 铁磁性小球及控制部分组成，其电磁铁通电后产生磁场，吸引铁磁性小
球，动态调节电磁铁中的电流，可使其产生的电磁吸力等于小球的重量，
从而使小球悬浮在空中保持不动。这个动态调节的过程称为磁悬浮控制。 本例进行磁悬浮球演示系统的设计，首先介绍系统组成以及磁悬浮控制
9.1.1 组成及工作原理：悬浮控制原理
d0 , i0 线性化后，可得到系统的传递函数为：
G s d s Ki i s ms2 K d
设额定悬浮间隙为 d 0 ，额定电磁铁平均电流为i0 ，将上述模型在
增强型8051单片机应用系统设计
功能定义
根据需求调研结果，明确 系统需要实现的功能，并 对其进行分类和整理。
性能指标
根据功能定义，制定系统 的性能指标，包括响应时 间、稳定性、可靠性等。Leabharlann 系统架构设计架构规划
根据系统需求和性能指标， 设计系统的整体架构，包 括硬件和软件两部分。
模块划分
将系统划分为若干个模块， 明确每个模块的功能和接 口，便于后续的硬件和软 件设计。
算法设计
根据系统需求和架构设计，设计系统的算法，包 括数据处理、控制策略等。
程序编写
使用C语言等编程语言，编写系统的程序代码，实 现算法的功能。
程序调试
通过仿真、实际测试等方式，对程序进行调试和 优化，确保软件的稳定性和可靠性。
04
实际应用案例
智能家居控制系统
系统功能
通过无线通信技术、传感器技术和智能控制算法，实现对家庭照明、空调、门 窗、安防等设备的远程控制和定时控制，提高家庭生活的便利性和舒适性。
具备高可靠性和稳定性，适应恶劣的工业环境；支持多种通 信协议和工业标准，方便与工业控制系统的集成；具备强大 的数据处理和算法处理能力，可实现复杂的控制逻辑和数据 处理。
智能仪表系统
系统功能
通过采集各种传感器数据和执行器状 态，实现对水、电、气等能源的自动 计量、远程抄表和智能控制，提高能 源利用效率和降低能源消耗。
重要性和应用范围。
通过实际案例和应用场景，展 示了增强型8051单片机在智能 家居、工业控制、物联网等领
域的应用效果和优势。
分析了增强型8051单片机在应 用系统设计中需要考虑的关键 因素，包括硬件设计、软件编 程、系统集成等方面。
总结了增强型8051单片机应用 系统设计的优点和不足，并提 出了改进和优化的建议。
单片机原理及应用课程设计
单片机原理及应用课程设计一、引言单片机（Microcontroller，MCU）是一种高度集成的微处理器系统，具有处理器核、存储器、输入输出接口和定时计数器等基本功能模块，并且这些模块都集成在一个芯片上。
单片机具有体积小、功耗低、可靠性高、成本低等优点，广泛应用于家用电器、汽车电子、工业自动化等领域。
本文将介绍单片机的原理及应用，并设计一个基于单片机的智能温控系统。
二、单片机原理1. 单片机结构单片机由CPU（Central Processing Unit）、存储器和外设组成。
其中CPU包括运算器（ALU）、控制器（CU）和寄存器组；存储器包括ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）和EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）；外设包括输入输出接口、定时计数器和串行通信接口等。
2. 单片机工作原理当单片机上电后，CPU从ROM中读取程序指令，并将其存放在RAM 中执行。
程序指令由操作码和操作数两部分组成，操作码表示指令类型，操作数表示指令参数。
CPU根据程序指令逐条执行相应的操作，完成各种任务。
3. 单片机编程单片机编程是指将程序代码翻译成单片机能够识别的指令，然后通过编程器将指令下载到单片机中。
常用的单片机编程语言有汇编语言、C 语言和BASIC语言等。
三、智能温控系统设计1. 系统功能本系统旨在实现对室内温度的监测和控制。
当室内温度超过设定值时，系统会自动启动降温设备，直到温度降至设定值以下。
当室内温度低于设定值时，系统会自动启动加热设备，直到温度升至设定值以上。
2. 系统硬件设计本系统采用AT89S52单片机作为控制核心，DS18B20数字温度传感器作为温度检测模块，LCD1602液晶显示屏作为人机交互界面，继电器模块作为输出控制模块。
3. 系统软件设计(1) 初始化：设置IO口方向、液晶显示初始化、定时器初始化等。
12单片机原理与应用(同济出版社魏鸿磊)：第十二章 单片机应用系统设计
while(i--) //南北绿灯闪5秒
while(i--) //南北绿灯闪5秒
{
{
second = 0;
second = 0;
while(second < 1);
while(second < 1);
GREEN_E = !GREEN_E;
GREEN_W = !GREEN_W;
}
}
GREEN_E = 1;
uchar count=0;
uchar second=0;
DATE: 2019/6/25
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三、单片机应用系统设计举例
void init() {
TMOD = 0x01; //选择16位的定时器 EA=1; //开总中断和定时器0中断 ET0=1; //开定时器0中断 TL0 = (65536-46083)%256; TH0 = (65536-46083)/256; //定时器设定50ms溢出 RED_S = 0; //南方向的红灯 YELLOW_S = 1; //南方向的黄灯 GREEN_S = 1; //南方向的绿灯 RED_N = 0; //北方向的红灯 YELLOW_N =1; //北方向的黄灯 GREEN_N =1; //北方向的绿灯 RED_E = 0; //东方向的红灯 YELLOW_E = 1; //东方向的黄灯 GREEN_E = 1; //东方向的绿灯 RED_W = 0; //西方向的红灯 YELLOW_W = 1; //西方向的黄灯 GREEN_W = 1; //西方向的绿灯 }
GREEN_W = 1;
YELLOW_E = 0;
YELLOW_W = 0;
while(second < 5); //5秒延时
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6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 外部扩展资源和扩展编址技术概述 并行I/O口扩展 大容量闪速存储器Flash的扩展 单片机系统中的键盘接口技术 单片机系统中的LED数码显示器 单片机系统中的LCD液晶显示器 日历时钟接口芯片及应用
单片机外部扩展资源及应用
单片机外部扩展资源及应用
1. 用锁存器扩展输出接口
通过 P0 口扩展输出接口时，锁存器被视为一个外部 RAM 地 址单元，使用 MOVX @DPTR，A 指令向输出口输出数据。图 7.10 是 AT89C52 通过 74HC573 扩展输出口的原理图。
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A15 = 1 且 WR =0 时单片机将数据打入到 74HC573 的输出口 并锁存。74HC573 在外部的 RAM 地址为 8000H（大于等于 8000H 即可） ，如执行如下指令： #define HC573_OUTPUT XBYTE[0x8000] 74HC573 输出口地址 */ HC573_OUTPUT = 0x55; 则扩展输出口输出 01010101。 /* 定 义
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6.1.2 单片机系统扩展结构 与编址技术
当扩展数据存储器或程序存储器 时，必须用到P0口和P2口。 P0－用作数据线和低位地址线 P2－用作高位地址线 还需要控制线: ALE－地址锁存信号 WR－写信号 RD－读信号
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以MOVX DPTR,A为例了解一下过程： 假定DPTR=0x1234,A=0x55 在第1个机器周期： P0=0x34－用作低位地址线 P2=0x12－用作高位地址线 地址锁存器把P0数据锁存。 在第2个机器周期： P0=0x55－用作数据线 P2=0x12－用作高位地址线
单片机外部扩展资源及应用
下图是扩展2K RAM的原理图。
单片机外部扩展资源及应用
下图是扩展2K RAM的原理图。
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关于芯片引脚的说明： Ai:表示地址，一般都 接P0的锁存输出或接 P2 Di:数据线，只能直接 在P0口。 CS,CE:片选线。按地 址线的接法。 OE,RD:接P3.7引脚 WE,WR:接P3.6引脚
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在单片机数据总线上用74HCXX系列芯片扩展I/O接口， 74HCXX芯片被视为80C51的片外RAM单元，用 MOVX指令对其进行读写。以80C51的信号对它们进 行读写控制时需要注意三点： 输出锁存。 输入三态。 用RD、WR和地址线产生的有效选片信号（可能高、 也可能低），作为数据输入或输出控制信号。
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6.3 大容量闪速存储器Flash的扩展
本节以Super Flash 28SF040A存储器为例，介绍闪速存 储器Flash存储器在单片机系统中的使用方法。
6.3.1 Super Flash 28SF040A简介
28SF040A是一个容量为512KB的CMOS快速闪存，可 块擦除、字节编程的Flash EEPROM，引脚与EPROM、 EEPROM兼容。
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1. 外部程序存储器ROM 当单片机内部程序存储器ROM容量无法满足应用系 统要求时，需要在外部进行扩展。 2. 外部数据存储器RAM 由于单片机的内部数据存储器容量较小，在需要大量数 据缓冲的单片机应用系统中（如语音系统、商场收费 POS）仍然需要在外部扩展数据存储器。 外部数据存储器有SRAM、Flash EEPROM
单片机外部扩展资源及应用
8255内部结构如图6.5所示。
单片机外部扩展资源及应用
2. 8255芯片引脚与CPU的连接
单片机外部扩展资源及应用
6.2.2 用74HC系列芯片扩展I/O接口
在80C51单片机应用系统中，采用74HC系列的锁存器和 触发器通过P0口也可以构成各种类型的输入/输出接口， 这种I/O口具有电路简单、成本低、配置灵活方便等优点。 故在单片机应用系统中也被广泛采用。
6.8 单片机数据采集系统
6.9 I2C 总线接口电路EEPROM及应用
6.10 RS-232C和 RS-485/422通信接口 本章小结
单片机外部扩展资源及应用
6.1 外部扩展资源和扩展编址技术概述
6.1.1 单片机外部扩展资源分类
单片机外部扩展资源包含有：外部RAM/ROM、键盘、 显示、A/D、D/A、I/O扩展、中断扩展、串行通信、 总线驱动、电源监控、看门狗等一些最基本的模块， 它们都是大多数单片机应用系统必不可少的关键部分。
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6. 模数转换A/D A/D转换接口将外设输入的模拟量转换为计算机使用的 数字量，常用的A/D转换芯片有ADC0808/0809、 ADC0816/0817、ADC1140、ADC71/76、AD574A等。 7. 数模转换D/A D/A转换接口将计算机的数字量转换为外设使用的模拟 量，常用的D/A转换芯片有DAC0832、DA7520、 DAC1208、DAC1230等。
单片机外部扩展资源及应用
3. 并行I/O口资源扩展 在较为复杂的控制系统（尤其是工业控制系统，如可 编程控制器）中，经常需要扩展I/O口。常用的I/O接 口芯片有74HC系列锁存器/寄存器、8255和8155等。
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4. 键盘和显示器
键盘和显示器提供了用户与单片机应用系统之间的人机 界面，用户通过键盘向单片机系统输入数据或程序，而 通过显示器用户可以了解单片机系统的运行状态。
单片机外部扩展资源及应用 2. 用总线驱动器扩展输入接口
通过P0口扩展输入接口时，总线驱动器被视为一个外部 RAM地址单元。使用MOVX A，@DPTR指令从输入口 读取数据。图6.11是AT89C52通过74HC245扩展输入口 的原理图。
A15 = 1 和 RD = 0 时单片 机可从扩展输入口读取 数据，74HC245 在外部 的 RAM 地址为 8000H （大于 8000H 即可）
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8. 电源监控和硬件看门狗 在电源不稳定或有强大的干扰源时，系统经常会出现 “程序跑飞”等异常情况，给系统的开发和实际应用带 来了极大的不便，严重时会使系统瘫痪，甚至发生工业 事故。为此需要使用专用的电源监控复位芯片，人们常 把此类电路称为硬件看门狗，当系统电压下降和“程序 跑飞”时，它能发出复位信号，保证系统正常工作。常 用的电源监控复位芯片有CSI24C161、DS1232、 X5045等。
28SF040A的其他特殊操作命令包括扇区擦除 单片机外部扩展资源及应用 （Sector_Erase）、芯片擦除（Chip_Erase）、字节 编程、复位、读ID号、软件数据写保护、软件数据写 保护打开。
命 令 描 述 扇区擦除 字节写入 片擦除 复位 读 ID 号
设置软件数 据保护 取消软件数来自据保护单片机外部扩展资源及应用
1. 线选法
线选法一般用于扩展少量的片外存储器和I/O接口芯片。 所谓线选法通常是将单片机的高8位地址线A8～A15 中的某几根与外部接口芯片的片选端一一相连，当 该地址线为0时（对0选通有效的外部芯片而言）， 与该地址线相连接的外部芯片被选通。这种方法的 缺点是：全部地址空间是断续的，每个接口电路的 地址空间又可能是重叠的。
单片机外部扩展资源及应用
图 7.4 是扩展程序存储器典型电路。当 ROM 容量小于 64KB 时，用单片机的 A15 直 接 ROM 的 CS 端，如图 7.4（a）所示；当 ROM 容量等于 64KB 时，用单片机的 PSEN 接 ROM 的 CS 和 OE 端, 如图 7.4（b）所示。
单片机外部扩展资源及应用
单片机外部扩展资源及应用
1. 28SF040A 存储器的主要特点 容量 512KB。 可全片或分扇区（每扇区 256B）擦除。 字节写入时间 35 s。 字节读出时间 90 ns。 页面擦除时间 2 ms。 单 5V 电压编程。 可擦写次数达 100 000 次。 数据保存期 100 年。 读写状态电流 15mA。 备用状态电流 5A。 可进行硬件及软件写保护。
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外部资源地址的确定
当A11＝0时选中该芯片 所以其地址范围为：
11110000 00000000 – 11110111 11111111
即：0xF000-0xF7FF
其实只要A11为0，不 管其他值为多少均能访 问U5！！！ 所以0xF700，0x2700与0x700都能访问0x700单元！
6.2 并行I/O口扩展
6.2.1 8255可编程并行I/O接口芯片
1. 8255 的电路结构和功能 8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3 个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程 并行接口芯片（40引脚）。 其各口功能可由软件选择， 使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设 连接时的中间接口电路。
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2. 引脚排列及芯片特殊操作命令
其引脚功能如下：A0～A18 为地址线。DQ7～DQ0 为数据 I/O 总线，读周期输出数据，在写周期接收数据。CE 为片选线， 低电平时芯片被选中。 OE 为输出使能端。 WE 为写信号使能端。 VCC 为电源，接＋5V；GND 接地。
对28SF040A的读操作非常简单，类 似于SRAM，这里不再赘述。
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U5地址：0xF000 – 0xF7FF U7地址：0xE800 – 0xEFFF
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U5地址：0xF000 – 0xF7FF U7地址：0xF800 – 0xFFFF
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0x7FFC-0x7FFF
0x7CFF 0x7DFF 0x7EFF 0x7FFF
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