单片机应用系统设计与实例
第6章 单片机应用系统设计实例
定时器中断子 程序流程图
主要程序举例 正弦波离散输出表：
uchar code sine_tab[256]={ //输出电压从0到最大值（正弦波1/4部分） 0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c, 0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc, 0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0x d8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec, 0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0 xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff, //输出电压从最大值到0（正弦波1/4部分） 0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0 xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,
第六章 单片机应用系统设计实例
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 8051系列单片机实现计算器功能 简易波形发生器 简易广告屏设计 寻迹小车的设计 无线呼叫系统设计
6.1 8051单片机实现计算器功能
一 设计目标和实现方法
满足计算器要求，进行加减乘除运算； 打开计数器时，初始显示数字为0123； 实现简单的数据运算，不支持连续运算； 仿真和调试要用到Protues 和Keil 软件。
四 软件设计
模块化程序设计是单片机应用中最常用的 程序设计方法； 模块化程序设计的中心思想是把一个复杂 应用程序按整体功能划分成若干相对独立 的程序模块,各模块可以单独 设计,编程和 调试,然后组合起来； 本系统的程序模块主要分为主程序，键值 获取程序和处理子程序等，其流程图分别 如下图所示：
单片机系统的应用设计举例
单片机系统的应用设计举例1．作息时间控制钟硬件：时钟电路片软件：片内定时器在单片机计时的过程中，每一次秒加1，都与规定的作息时间比较，如比较相等就进行电铃或扩音设备的开关控制。
本系统共有4项控制内容：接通电铃和断开电铃；接通和断开扩音设备。
由P1口输出控制码进行控制，其控制码定义为：接通电铃：0FEH断开电铃：0FDH接通扩音设备：7FH断开扩音设备：0BFH(1) 主程序：为时钟记时程序，使用内部RAM 单元：20H 秒单元21H 分单元22H 时单元每运行一次秒加1操作时，都调用时间比较子程序。
(2)时间比较子程序：记时时间与存储字中的预置时间进行比较：相等：作息时间已到，发出开关控制码，控制电铃或扩音设备的开/断； 不等：子程序返回。
50H ——存储区首地址； R0 ——存储区地址指针；2EH ——存储区地址指针暂存单元； 6AH ——存开关控制码；6BH ～6DH ——依次存放存储字的小时值、分值和秒值。
构造4个字节的存储字，放在外部RAM （6116）50H 开始的存储区中： 格式： 开关设备控制码字节 时字节 分字节存储单元 开控制码 时 分 秒 关控制码 时 分 秒 50H ～57H 0FEH 08 00 00 0FDH 08 00 10 58H ～5FH 0FEH 08 50 00 0FDH 08 50 10 60H ～67H 0FEH 09 00 00 0FDH 09 00 10 68H ～6FH 0FEH 09 50 00 0FDH 09 50 10 70H ～77H 7FH 09 52 00 0BFH 10 05 00 78H ～7FH 0FEH 10 10 00 0FDH 10 10 10 80H ～87H 0FEH 11 00 00 0FDH 11 00 10 88H ～8FH 0FEH 11 10 00 0FDH 11 10 10 90H ～97H 0FEH 12 00 00 0FDH 12 00 10 98H ～9FH 0FEH 13 30 00 0FDH 13 30 10 0A0H ～0A7H 0FEH 14 20 00 0FDH 14 20 10 0A8H ～0AFH 0FEH 14 30 00 0FDH 14 30 10 0B0H ～0B7H 0FEH 15 20 00 0FDH 15 20 10 0B8H ～0BFH 7FH 15 21 00 0BFH 15 50 00 0C0H ～0C3H 00H(返× × ×LOOP1：MOV R0，#4CH ；存储字存储区首地址减4MOV 2EH，R0 ；送存储区地址指针暂存单元LOOP2：MOV R0，2EHMOV R3，#04H ；循环4次MOV R1，#23HLOOP3：INC R0 ；地址指针加4，得开关控制码地址DJNZ R3，LOOP3MOV 2EH，R0 ；暂存开关控制码地址MOV R3，#03H ；循环3次MOVX A，@R0 ；读取控制码JZ A，LOOP5 ；控制码为“0”（结束）则返回MOV 6AH，A ；存控制码LOOP4：INC R0 ；地址指针增量：50H→51H（时）→52H（分）→53H（秒）DEC R1 ；记时单元地址减量：23H→22H（时）→21H（分）→20H（秒）MOVX A，@R0 ；读取作息时间（时、分、秒）MOV 6BH，A ；存作息时间MOV A，@R1 ；读取记时时间CJNE A，6BH，LOOP2 ；记时时间（A）与预置作息时间（6BH）比较：不等则转，继续读下面的控制码（时、分、秒）DJNZ R3，LOOP4 ；共读取3次MOV A，6AH ；开关控制码送ACPL A ；取反（增大驱动能力）MOV P1，A ；开关控制码输出LOOP5：RET ；返回。
单片机第12章 单片机应用系统设计举例
12.3 系统硬件设计
C1
U1 XOUT NC XIN P 2.0 RXD0 P 2.1 T XD0 P 2.2 P 3.2 P 2.3 P 3.3/P WM P 2.4 P 3.4 P 2.5 P 3.5 P 2.6 P 3.6 DGND P 3.7 DVDD DVDD P 2.7 DGND P SEN RST ALE DVDD EA DVDD P 0.7 RDAC0 P 0.6 VDAC0 P 0.5 IDAC0/AIN0 P 0.4 IDAC1/AIN1 P 0.3 VDAC2/AIN2 P 0.2 VDAC3/AIN3 P 0.1 AIN4 P 0.0 AIN5 P 1.0 AIN6/EXT D P 1.1 AIN7/EXT A DGND AINCOM DVDD AGND RXD1 AVDD T XD1 REF INP 1.4/SS REF IN+/REFOUT MOSI VDAC1 MISO/SDA RDAC1 SCLK/SCL 33 34 Run 35 Alarm 36 P ositiv e egative 37 N 38 39 VCC 40 41 42 43 44 45 R3 48 46 100K 47 49 50 51 52 53 54 55 56 LOAD 57 58 C6 59 RXD1 60 T XD1 0.1μ F 61 62 SP IOUT VCC 63 SP IIN 64 SP ICLK
2．人机接口的设计选型
系统要求使用键盘设置压力的报警上限值和下限值，使用LED进行显示。 在此，选用4×4的键盘作为系统键盘，选用8位LED显示，用以显示压力的报警 值（上限、下限）和当前值。 传统的键盘和LED显示电路设计，一般采用扫描的方式。即，键盘采用扫 描方式，LED显示采用动态扫描方式。键盘和LED设计时，公用其中的某些口线。 有的设计方案中，键盘采用扫描方式，而LED采用串行－并行转换（如采用 74LS164芯片）进行显示。这些设计方案都存在占用单片机I/O口线较多的缺点。 并且，编程也较复杂。 目前，市场上出现了很多用于键盘和LED显示控制的专用芯片。特别是， 出现了很多具有SPI接口的键盘显示芯片，常见的有ZLG7289A、CH451等。可以 使用这些专用的键盘显示控制芯片，实现键盘和LED显示的电路设计。这种设 计方案的最大优点是，可以节省单片机宝贵的I/O资源，并且，编程比较简单。 除了LED显示外，常见的信息显示方式还有LCD显示（即液晶显示）。限于 篇幅，有关LCD显示的内容，放在与本教材配套的实验指导书中讲解。
51单片机技术与应用系统开发案例精选
51单片机技术与应用系统开发案例精选随着科技的不断进步和发展，单片机技术已经在各个领域得到了广泛的应用。
单片机技术作为嵌入式系统的核心，具有体积小、功耗低、成本低等特点，因此在自动化控制、电子产品、通信设备等领域都有着重要的应用价值。
本文将从多个案例出发，介绍一些51单片机技术的应用系统开发案例，以期帮助读者更好地了解单片机技术的应用和发展。
1. 智能家居系统智能家居系统是当今物联网技术中的热门应用之一，而单片机技术在智能家居系统中扮演着重要的角色。
通过使用51单片机，可以实现家庭灯光、空调、窗帘等设备的远程控制，从而提高家居的智能化水平。
通过单片机技术，还可以实现家庭安防系统的监控和报警功能，保障家庭成员的安全。
2. 工业控制系统在工业领域，单片机技术也有着广泛的应用。
在自动化生产线上，通过单片机可以实现对设备运行状态的实时监测和控制，提高生产效率和产品质量。
单片机技术还可以应用于温度、湿度、压力等参数的采集和控制，为工业生产提供可靠的技术支持。
3. 智能交通系统随着城市交通的不断发展以及车辆数量的持续增加，智能交通系统的需求也日益凸显。
通过单片机技术，可以实现智能交通信号灯的控制、车辆导航系统的优化等功能，提高交通系统的智能化水平，减少交通拥堵和交通事故的发生。
4. 医疗器械在医疗器械领域，单片机技术应用也十分广泛。
通过单片机可以实现医疗设备的精准控制和监测，比如体温计、血压计、心电图仪等设备，都可以通过单片机实现对生理参数的准确测量和分析，为临床诊断提供可靠的数据支持。
5. 智能手环智能手环作为一种智能可穿戴设备，通过内置的传感器和单片机芯片，可以实现对用户的健康数据进行实时监测和分析，比如步数、心率、睡眠质量等。
通过单片机技术，可以实现智能手环与手机的蓝牙通信，将用户的健康数据同步到手机App上，为用户提供科学的健康管理方案。
通过以上案例的介绍，我们可以看出，51单片机技术在各个领域都有着重要的应用价值，为各行业的发展提供了强大的技术支持。
单片机开发案例
单片机开发案例在现代科技的浪潮中，单片机以其强大的功能和广泛的应用领域，成为了电子工程师们手中的得力工具。
从智能家居到工业自动化，从医疗设备到消费电子，单片机的身影无处不在。
下面，让我们一起来深入了解几个单片机开发的案例。
案例一：智能温度控制系统在工业生产中，对温度的精确控制至关重要。
为了实现这一目标，我们基于单片机开发了一套智能温度控制系统。
首先，我们选用了一款性能稳定、功能强大的单片机，如 STM32系列。
它具有丰富的外设资源和较高的运算速度，能够满足系统的实时性要求。
温度传感器采用了高精度的热敏电阻或热电偶，将温度变化转化为电信号。
这些电信号经过放大、滤波等处理后，输入到单片机的模拟数字转换器（ADC）中，单片机对转换后的数字信号进行处理和计算，得到当前的温度值。
根据设定的温度范围，单片机通过控制继电器或可控硅等器件，来调节加热或冷却设备的工作状态。
例如，当温度低于下限值时，单片机控制加热设备开启；当温度高于上限值时，控制冷却设备启动。
为了实现人机交互，我们还配备了液晶显示屏（LCD）和按键。
通过显示屏可以实时显示当前温度和设定的温度范围，按键则用于设置温度上下限等参数。
在软件方面，我们采用了 C 语言进行编程。
通过合理的算法和控制逻辑，实现了温度的精确控制和稳定运行。
同时，还加入了故障检测和报警功能，当传感器故障或温度异常时，系统能够及时发出警报，提醒工作人员进行处理。
案例二：智能家居灯光控制系统随着人们生活水平的提高，对家居智能化的需求也日益增长。
智能家居灯光控制系统就是其中的一个重要应用。
在这个系统中，我们选用了低功耗的单片机，如 Arduino 系列。
它具有简单易用、成本低廉的特点，非常适合智能家居应用。
灯光控制采用了智能灯泡或 LED 灯带，通过蓝牙或 WiFi 模块与单片机进行通信。
用户可以通过手机 APP 或语音指令，向单片机发送控制信号。
单片机接收到控制信号后，解析并执行相应的操作。
单片机应用系统设计 引例
单片机应用系统设计引例单片机应用系统设计是一门涉及电子技术、计算机技术和控制技术的综合学科。
它主要研究如何通过单片机这种微型计算机来完成各种应用系统的设计和开发。
单片机应用系统设计既可以应用于家用电器、汽车电子、工业控制等领域，也可以应用于智能家居、智能交通、智能医疗等领域。
在现代社会中，单片机应用系统设计已经成为了各行各业不可或缺的一部分。
在单片机应用系统设计中，首先需要明确设计的目的和需求。
设计者需要了解用户的需求，明确系统的功能和性能要求，确定系统的硬件和软件结构，制定开发计划和进度安排。
在设计过程中，设计者需要根据系统的功能需求选择合适的单片机芯片，并设计相应的硬件电路，编写嵌入式软件程序，实现系统的各项功能。
设计者还需要进行系统的调试和测试，确保系统稳定可靠，符合设计要求。
单片机应用系统设计涉及到多个方面的知识和技术。
首先是单片机的选型和应用。
不同的单片机芯片有着不同的性能和功能特点，设计者需要根据系统的需求选择合适的单片机芯片，并了解其特点和应用。
其次是硬件设计和电路原理。
设计者需要根据系统的功能需求设计硬件电路，包括输入输出接口、传感器和执行器等，保证系统能够正常工作。
再次是嵌入式软件开发。
设计者需要编写嵌入式软件程序，实现系统的各项功能，包括数据采集、数据处理、控制算法等。
最后是系统的调试和测试。
设计者需要对系统进行全面的测试，发现和解决问题，确保系统稳定可靠。
在实际的单片机应用系统设计中，设计者需要具备扎实的电子技术和计算机技术知识，熟练掌握单片机的原理和应用，具有良好的逻辑思维能力和解决问题的能力。
设计者还需要具备团队合作精神，能够与硬件工程师、软件工程师、测试工程师等多个团队合作，共同完成系统的设计和开发工作。
此外，设计者还需要具备不断学习和自我提升的意识，了解最新的技术和发展动态，不断提高自己的设计水平和能力。
总的来说，单片机应用系统设计是一项复杂而又有趣的工作。
通过对电子技术、计算机技术和控制技术的综合运用，设计者可以实现各种应用系统的设计和开发，为现代社会的发展和进步做出贡献。
第10章 单片机应用系统设计与实例(ghl)
第10章 单片机应用系统设计
11.1.3 系统软件程序的设计 电子时钟的软件系统由主程序和子程序组成， 主程序程序包含初始化参数设置、按键处理、数 码管显示模块等，在设计时各个模块都采用子程 序结构设计，在主程序中调用。由于定时器/计数 器采用中断方式处理，因此还要编写定时器/中断 服务子程序，在定时器/计数器中断服务程序中对 时钟进行调整。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第10章 单片机应用系统设计
三．系统方案设计
系统功能设计包括系统总体目标功能的确定及 系统硬、软件模块功能的划分与协调关系。 系统功能设计是根据系统硬件、软件功能的划 分及其协调关系，确定系统硬件结构和软件结构。 系统硬件结构设计的主要内容包括单片机系统扩展 方案和外围设备的配置及其接口电路方案，最后要 以逻辑框图形式描述出来。系统软件结构设计主要 完成的任务是确定出系统软件功能模块的划分及各 功能模块的程序实现的技术方法，最后以结构框图 或流程图描述出来。
第10章 单片机应用系统设计
10.3.3 单片机应用系统开发工具
一个单片机应用系统经过总体设计，完成硬件 开发和软件设计，就进行硬件安装。硬件安装好后， 把编制好的程序写入存储器中，调试好后系统就可以 运行了。 但用户设计的应用系统本身并不具备自开发的能 力，不能够写入程序和调试程序，这必须借助于单片 机开发系统才能完成这些工作。单片机开发系统是能 够模拟用户实际的单片机，并且能随时观察运行的中 间过程和结果，从而能对现场进行模仿的仿真开发系 统。通过它能很方便的对硬件电路进行诊断和调试， 得到正确的结果。
第10章 单片机应用系统设计
软件设计时，应根据系统软件功能要求，将软件 分成若干个相对独立的部分，并根据它们之间的联系 和时间上的关系，设计出软件的总体结构，画出程序 流程框图。画流程框图时还要对系统资源作具体的分 配和说明。根据系统特点和用户的了解情况选择编程 语言，现在一般用汇编语言和C语言。 汇编语言编写程序对硬件操作很方便，编写的程 序代码短，以前单片机应用系统软件主要用汇编语言 编写； C语言功能丰富，表达能力强，使用灵活方便， 应用面广，目标程序效率高，可移植性好，现在单片 机应用系统开发很多都用C语言来进行开发和设计。
(单片机应用实例开发)实例十一单片机应用系统实例
测试数据和结果分析
功能测试结果
记录各项功能的测试结果，包括正常情 况下的操作以及异常情况下的容错处理。
可靠性测试报告
记录可靠性测试的过程和结果，包括 故障现象、故障原因、故障处理等信
息。
性能测试数据
记录性能测试的各项指标数据，如处 理速度、响应时间、功耗等，并对数 据进行分析和比较。
传感器模块
用于实时监测家居环境参数，并将数 据传输给单片机进行处理。
系统组成和架构
通信模块
实现系统与手机APP、语音控制等外部设备的通信功能。
执行器模块
接收单片机的控制信号，驱动相应的家居设备执行相应动作。
系统组成和架构
架构
输标02入题
系统采用分层架构设计，包括感知层、控制层和应用 层。
01
03
软件调试和优化
1 2
软件调试方法
采用单步调试、断点调试等手段，对程序进行逐 步跟踪和调试，确保程序的正确性和稳定性。
性能优化措施
针对程序运行效率、内存占用等方面进行优化， 如采用更高效的算法、压缩代码体积等。
3
可靠性保障措施
通过冗余设计、故障检测等手段，提高系统的可 靠性和稳定性，确保系统能够长时间稳定运行。
智能家居
智能家居系统中大量使用 单片机，如智能门锁、智 能照明、智能家电等。
医疗设备
医疗设备中常常需要用 到单片机，如血压计、 血糖仪、心电图机等。
交通运输
交通运输领域也大量使用单 片机，如汽车电子控制系统
、智能交通信号控制等。
优势和局限性分析
体积小、功耗低
单片机集成度高，体积小，功耗低， 便于携带和安装。
05
单片机应用系统测试与验 证
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
第12章 单片机应用系统的设计举例
STC12C5A60S2
XTAL2 XTAL1
P WM1/P 4.3 P 3.7 P 4.2 P 2.0 P 2.1
P 1.0/ADC0 P 1.1/ADC1 P 1.2/ADC2 P 1.3/ADC3 P 1.4/ADC4 P 1.5/ADC5
P 1.6/ADC6
VCC GND
P 0.0 P 0.1 P 0.2 P 0.3
IN OUT GND OUT
2 4
REG1117-5
VCC
C14
C15
47uF
0.1uF
2020/3/21
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7个ADC转换通道对小车路径检测的模拟量 进行采样，进行二值化和坐标变换后得到小车中心与路径 的偏差，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 ，驱动电机的PWM由单片机内部PWM模块产生，而驱动 舵机的PWM则由定时器T0产生。
RXD/P 3.0 TXD/P 3.1 P 4.7/RST
INT0/P 3.2
43 AIN0 44 AIN1 45 AIN2 46 AIN3 47 AIN4 2 AIN5 3 AIN6
6 RXD 8 TXD 5
9 IC0
2020/3/21
R3 1KΩ
2．人机接口电路
VCC
330x4 P00 P01 P02 P03
P WMP P WMN
VCC R29 1K R30 1K
U11 3
IN1 19
IN2 13
D2 18
D1
OUT1 OUT1 OUT2 OUT2
20 DNC DNC
单片机应用系统设计实例
初始化：
uchar code a[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //段码组合,共阴极
uchar m=0; //计数循环变量
uint n=0; //计数值
3
2
1
void timer0(void) interrupt 1 { TH0=0x3C; TL0=0xB0; m++; if(m==19) {m=0; n++; P1_0=~P1_0; } }
05
中断初始化
06
延时功能
07
中断服务程序设计
3.2软件设计
中断服务程序设计
中断初始化
触发方式设置
中断允许控制
中断初始化
IT0=1;
EA=1;
EX0=1;
中断服务程序
函数名（）interrupt n [using m ]
{ }
Void int0(void) interrupt 0
/* 外部中断0的服务函数定义，使用第二组工作寄存器组*/
}
如何设计硬件和软件？
用1个LED发光二极管，设计一个循环闪烁的指示灯。
注意：在接下来的仿真中，省略时钟及复位电路。
1.2软件设计
01
初始化
02
51头文件、宏定义
03
主程序，即main（）程序
04
灯的亮灭控制
05
延时功能
06
延时子程序设计
void main(void) { while(1) { P1_0=0; delay(5000); P1_0=1; delay(5000); } }
单片机应用系统设计方法与实例
第11章 单片机应用系统设计方法与实例
第一节 单片机应用系统的研发步骤
11.1.4 系统调试、测试与运行
在系统调试阶段，考查的重点是解决本系统与其它设备的连接适应性、外观造型与机箱结构设计、长期运行可靠性、发热情况的影响等。测试不仅包括定性测试，更要做严格的定量测试，以确保精度、速度等满足设计指标，还要进行安全测试、EMC测试、高低温工作与存储等耐候性测试，以便于及早发现设计中的不足并改进。正式投产之前，还要进行一定数量的试生产，以验证批量产品的一致性、是否适合批量生产工艺等。
第11章 单片机应用系统设计方法与实例
第二节 单片机应用系统设计方法
3. 接 地
接地分为两大类：一是真正的接大地，如设备的机箱外壳、机架等裸露的金属部分均要求通过较低阻抗接入大地，这也称为安全地，主要为确保接触设备的人的安全而设置。二是工作地，即设备用电回路的电压参考点。工作地是为保障电路系统正常工作而设置，一个设备中如果有多个独立电源及用电回路，就存在多个工作地。
实例1：公交车车上人数统计器
功能
第11章 单片机应用系统设计方法与实例
公交车内的人数一般不会超过100人，采用2位LED数码管显示即可，当前车内人数=总上车人数-总下车人数，因此，只要能够分别检测旅客上车和下车的信息，即可进行统计，为此规定公交车的前门上车，后门下车，分别在上车门和下车门上安装开关型传感器，人每经过上车门或下车门，即发出一个脉冲进入到单片机。信号以中断的方式进行检测，上车门检测到脉冲，车上人数加1，下车门检测到脉冲，车上人数减1。
11.2 硬件设计过程
第11章 单片机应用系统设计方法与实例
第二节 单片机应用系统设计方法
主要器件选型
原理图设计
确定器件封装
单片机应用系统设计及举例
0
0
0
0
0
年的十位
0
0
A/P HR
日的十位
0
1或0
0
0
0
0
TCS
TCS TCS TCS DS
D3 D2 D1 D0 秒的个位 分的个位
小时的个位
日的个位
月的个位
星期几
年的个位
0
00
DS
RS RS
2020/3/29
1
14
第9章 单片机应用系统设计及举例
4) DS1302的输入/输出过程
• DS1302通过 -RST引脚驱动输入/输出过程，当 置过 -RST高电平启动输入/ 输出过程，在SCLK时钟的控制下，首先把控制命令字写入DS1302的控制 寄存器，其次根据写入的控制命令字，依次读写内部寄存器或片内RAM 单元的数据，对于日历、时钟寄存器，根据控制命令字，一次可以读写 一个日历、时钟寄存器，也可以一次读写8个字节，对所有的日历、时钟 寄存器(表10.5中的时钟突发模式)，写的控制命令字为0BEH，读的控制命 令字为0BFH；对于片内RAM单元，根据控制命令字，一次可读写一个字 节，一次也可读写31个字节。当数据读写完后，过 -RST变为低电平结束 输入/输出过程。无论是命令字还是数据，一个字节传送时都是低位在前， 高位在后，每一位的读写发生在时钟的上升沿。
2020/3/29
1
2
第9章 单片机应用系统设计及举例
9.1.2 单片机应用系统的硬件系统设计
1. 是单片机芯片及主要器件的选择
• 1） 程序存储器 • 2） 数据存储器 • 3） 集成的外部设备 • 4） 并行I/O接口 • 5） 系统速度匹配
2. 系统扩展和配置。
第9章单片机应用系统的设计与实例
1. 系统组成及工作原理
图9.2 电阻炉温度控制系统原理图
1. 系统组成及工作原理
(1) 温度检测元件和变送器 温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度及精度 等级有关。0~1000范围内的温度可以选用镍铬/镍铝热电 偶，其输出电压为0~41.32mV。这个信号比较小，故需要 变送器将其变换成A/D转换器所需的电压范围。 变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成。毫伏变 送器用于把热电偶输出的0~41.32mV变换成0~10mA范围 内的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的 0~10mA电流变换成0~5V范围内的电压。为了提高测量精 度，变送器可以进行零点迁移。例如：若温度测量范围为 400~1000，则热电偶输出为16.4~41.32mV，毫伏变送器零 点迁移后输出0~10mA范围电流。这样，采用8位A/D转换 器就可使量化温度误差达到±2.34以内。
9.1 单片机应用系统的设计方法
系统总体方案的确定
• 可行性调研 • 系统总体方案设计 • 设计方案细化
9.1 单片机应用系统的设计方法
应用系统的硬件设计
• 确定各输入输出数据的传送方式是中断方式、查询方 式还是无条件方式等。 • 根据系统需要确定使用何种结构，确定系统中主要电 路是最小系统，还是扩展系统。除单片机外，系统中 还需要哪些扩展芯片、模拟电路等。 • 资源分配：各输入输出信号分别使用哪个并行口、串 行口、中断、定时器/计数器等。 • 电路连接：根据以上各步完成完整的线路连接图。
9.1 单片机应用系统的设计方法
应用系统的抗干扰设计
• 电压检测及掉电保护技术 • 切断来自传感器、各功能模块部分的干扰 • 对系统中用到的元器件要进行筛选，要选择 标准化以及互换性好的器件或电路 • 电路设计时要注意电平匹配 • 软件的抗干扰设计 • 加密保护技术
单片机应用系统开发与实例课件
VS
详细描述
基于单片机的温度控制系统主要由温度传 感器、单片机控制器和执行器组成。温度 传感器负责实时监测温度，并将数据传输 给单片机控制器。单片机控制器根据预设 的温度值和实际温度值进行比较，输出控 制信号给执行器，调节温度。该系统广泛 应用于工业控制、智能家居等领域。
基于单片机的智能门禁系统
要点一
将软硬件结合，进行系统测试，验证 系统功能和性能是否达到预期要求。
软件调试
对程序进行调试，确保程序逻辑正确 、运行稳定。
03
单片机开发工具与技术
单片机开发板
开发板选择
根据项目需求选择合适的单片 机开发板，考虑性能、接口、
扩展性等因素。
开发板硬件资源
熟悉开发板上集成的各种硬件 资源，如处理器、内存、IO接 口、通信接口等。
单片机在机器人控制系统中主要负责运动控制、传感器 数据处理和通信。
机器人控制系统可以实现的功能包括：运动控制、感知 与决策、人机交互等。
机器人控制系统的发展趋势是模块化、开放化和智能化 ，以适应不同领域的需求。
05
单片机应用系统开发案 例分析
基于单片机的温度控制系统
总结词
通过单片机实现温度的实时监测和控制 ，具有高精度、低成本、易于实现等优 点。
06
单片机未来发展趋势与 展望
物联网时代的单片机应用
物联网技术为单片机提供了广阔的应 用空间，如智能家居、智能农业等领 域。
随着物联网技术的发展，单片机将不 断升级和优化，以适应更复杂的应用 场景。
单片机在物联网中作为传感器节点和 执行器节点，负责数据采集和设备控 制。
人工智能技术在单片机领域的应用前景
调试与仿真技巧
调试与仿真注意事项
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二、数字地与模拟地的连接原则
数字地是数字逻辑电路的接地端，以及 A/D、D/A转换器的数字地。
模拟地是指放大器、采样保持器和A/D、 D/A中模拟信号的接地端。
数字地和模拟地应分别接地。 避免数字回路通过模拟电路的地线再返回 到数字电源对模拟信号产生影响。
三、印刷电路板的地线分布原则
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
Hale Waihona Puke ●任务分析 ●确定功能、性能要求 ●制定总体方案
总 体 设 计
●系统功能分配 ●确定软硬件功能关系 ●拟定调试方案
硬 ●绘制硬件原理图 件 ●绘制印制板图 设 ●配置元器件 计 ●硬件功能分调
软 ●确定算法与数据结构 件 ●程序模块划分 设 ●绘制程序流程图 计 ●程序编写与仿真调试
样 机 联 调
●在样机中运行软件 ●软硬件修改与完善 ●反复调试以达设计要求
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 寄生电感影响小，一点接地可以减少地线造成的 地环路。 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。
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
总体设计：根据方案论证的结果，进行系统的总体设计
二、硬件设计
单片机基本系统设计
主要完成时钟电路、复位电路、供电电路的设计。
单片机系统的扩展部分设计 主要包括：存储器扩展和接口扩展。 存储器的扩展指程序存储器和数据存储器的扩展； 接口的扩展指I/O接口和其它功能器件的扩展。
利用PC上的集成开发软件编写用户源程序，经汇编 (或编译)生成目标文件(.hex)
三、仿真调试
仿真调试包括： 对用户源程序的软件调试 对用户样机的硬件调试
仿真调试可以分为两种方式： 软件模拟：模拟开发软件 硬件仿真：硬件仿真器
四、目标程序写入
单片机程序仿真通过后，可将最终生成的目标文件 (.hex)装入到单片机芯片或存储器芯片中。
常用的方法：
利用编程器
PC机及编程软件
编程器及芯片
利用在系统编程（ISP）技术 用ISP应用软件将程序写入到CPU中
PC机及ISP应用软件
目标板及具有ISP功能的CPU
五、运行
写入了目标程序的单片机或存储器芯片插到单片机应 用系统电路板上，这一应用系统就可以独立运行了。
设计开发过程 ：
总 体 论 证
9.1 单片机应用系统设计
单片机应用系统是指以单片机为核心，配以一定的外围电路 和软件，能实现某种或几种功能的应用系统。
单片机应用系统由硬件和软件两部分组成。
单片机应用系统的设计应包括：硬件设计和软件设计。
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。
设计注意
绘制程序流程图 合理分配系统资源
9.2 单片机应用系统开发与调试 9.2.1 单片机应用系统的开发与开发工具 一、单片机应用系统的开发
正确无误的硬件设计和良好的软件功能设计是一 个实用的单片机应用系统的设计目标。
完成这一目标的过程称为单片机应用系统的开发。
二、单片机应用系统的开发工具
目前，使用较多的仿真开发系统分为两类：
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）。
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
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
典型产品
MAX703～MAX709/813L，MAX791等 。
考 机 定 型
●现场运行样机 ●组装定型、软件固化 ●编写技术报告及说明书
9.2 提高系统可靠性的一般方法 9.2.1 电源干扰及其抑制
一、交流电源干扰及其抑制
V
t
～220V
电源 滤波器
～220V
交流电源综合配置 ：
1:1 隔离变压器
电源变压器
+
～220V
交流 稳压器
电源 滤波器
直流 稳压器
U
-
人机界面设计 主要完成按键、开关、显示器、报警等电路的设计 绘制系统的电路原理图、底板图 手工、PROTEL 组装样机 制电路板、购买元件、焊接
三、软件设计
设计单片机应用系统时，在完成硬件设计之后，必须 配备相应的应用软件。
应用软件
数据采集 数据处理 控制算法实现 人机联系 数据管理
设计方法
模块化设计 自顶向下设计
通用型单片机开发系统
目标板
PC机+仿真软件
在线仿真器
仿真头
软件模拟开发系统
这种系统是由通用PC加模拟开发软件构成。 常用的模拟开发软件有： 1、Keil公司的μVision 2、Proteus
9.2.2 单片机应用系统的开发过程 一、电路板(用户样机)制作
底板图
制板
焊接
原理图 硬件电路
电路板
二、目标文件生成
…
NOP
NOP
LJMP 0000H
9.3 多路数字电压表的设计
9.3.1 多路数字电压表的原理及功能
多路数字式电压表应用系统主要利用A/D转换器。
二、直流电源抗干扰措施
集成稳压路单独供电 采用低纹波高质量集成稳压电路。每个稳压电 路单独对电压过载进行保护。
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。
二、软件抗干扰措施 输入/输出抗干扰
开关量输入，多次读入，比较无误再确认。 开关量输出，进行回读，比较无误再输出。
按钮、开关，软件延时避免抖动误读 条件控制：循环采样、处理、控制输出。
可能酿成重大事故的输出，要设置人工干预。
（2）避免系统“死机”的方 法
硬件Watchdog 软件陷阱 办法是在未用到的中断矢量区及其它未使用的 EPROM区设置如下指令：