第12章 单片机应用系统设计举例
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是一种集成电路芯片，其中包含了微处理器、存储器、输入输出接口等功能模块。
它具有体积小、功耗低、性能高、可编程性强等特点，被广泛应用于各种电子设备和嵌入式系统中。
单片机原理和应用系统设计主要包括以下几个方面：1. 单片机的基本原理：单片机通常由CPU、存储器和外设接口等组成。
CPU负责执行指令，存储器用于储存指令和数据，外设接口用于与外部设备的连接。
2. 单片机的编程：单片机可以通过编写程序来实现各种功能。
常用的编程语言有汇编语言和高级语言（如C语言）。
编程时，需要先了解单片机的指令集和寄存器等硬件特性，然后使用适当的编译器将程序转换成机器码，最后通过下载工具将程序下载到单片机中执行。
3. 单片机应用系统的设计方法：在设计单片机应用系统时，首先需要明确系统的功能需求和硬件资源限制。
然后，依据需求选择适当的单片机型号，并设计硬件电路连接与外设接口。
接着，进行软件设计，编写相应的程序。
最后，通过仿真和测试验证系统的功能和性能。
4. 单片机应用系统案例：单片机在各个领域都有广泛的应用。
以家电控制为例，可以通过单片机设计实现智能家居系统。
通过单片机控制开关、传感器、驱动器等，实现家电设备的自动控制和远程控制，提高生活的便利性和舒适度。
5. 单片机的优点和挑战：单片机具有体积小、功耗低、成本低、可编程性强等优点，使得它在嵌入式系统中得到广泛应用。
但单片机的资源有限，编程和调试难度较大，对程序的效率和硬件资源的合理利用要求较高。
综上所述，单片机原理及应用系统设计涉及到单片机的原理、编程、应用系统设计方法、案例等方面内容。
掌握这些知识，可以帮助我们更好地理解和应用单片机技术，实现各种电子设备和嵌入式系统的设计与开发。
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。
单片机原理及应用实例
单片机原理及应用实例单片机是一种集成电路芯片，其中包含了处理器核心、存储器、输入输出接口等功能模块，广泛应用于各个领域的电子设备中。
以下是单片机的原理及应用实例。
原理：单片机的工作原理是通过执行存储在其存储器中的一系列指令，来完成特定的任务。
在电路中提供时钟信号，单片机依次执行指令并处理各种输入输出信号。
应用实例：1. 温度控制器：单片机配合温度传感器可以实现温度的实时监测和控制。
例如，可以通过单片机根据温度传感器的反馈信号自动控制加热器的温度，保持恒定的温度范围。
2. 智能家居系统：单片机可以作为智能家居系统的核心控制单元，实现对家庭电器和设备的控制和管理。
例如，可以通过单片机控制灯光的开关、调光和颜色变化，同时监控家庭安防系统。
3. 电子琴：使用单片机控制音频输出、按键扫描和琴键发声等功能，实现电子琴的演奏效果。
单片机可以处理按键的状态和音频信号，然后输出相应的音符。
4. 智能交通系统：单片机可以用于红绿灯的控制，实现车辆和行人交通的有序进行。
通过单片机根据各个方向的车流情况和人流情况，来动态调整红绿灯的时间间隔和优先级，以提高交通效率。
5. 电子记分牌：单片机可以用于控制电子记分牌的显示和计分功能。
可以通过单片机接收输入信号（例如比赛计分器、计时器等）并进行处理，然后在数字显示屏上进行实时显示。
6. 智能健身设备：单片机可以用于监测和记录运动数据，实现智能健身设备的功能。
例如，可以通过单片机配合加速度传感器和心率传感器来监测运动轨迹、速度、心率等，然后将数据显示在屏幕上或上传到云端进行分析。
单片机在各个领域的应用非常广泛，几乎涵盖了所有需要控制和处理信号的电子设备。
这些应用实例只是其中的一部分，单片机的应用前景非常广阔。
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。
第12章 单片机应用系统开发与设计实例
12.3.2 单片机应用系统的制版
• 单片机应用系统的制版，其实质是将设计好的硬件电路通 过EDA软件（如Protel等）绘制电路原理图，并形成PCB 制版图，最后检验无误后将PCB图交给制版公司，加工制 造成电路板。
12.3.3 单片机应用系统的调试
• 单片机应用系统的调试包括硬件调试和软件调试。但硬件 调试和软件调试并不能完全分开，许多硬件错误是在软件 调试过程中被发现和纠正的。通常Байду номын сангаас先排除明显的硬件故 障，再进行软件和硬件综合调试。
第12章 单片机应用系统开发与 设计实例
本章主要内容
12.1 单片机应用系统的设计 12.2 单片机应用软件的开发 12.3 单片机应用系统的开发
12.1 单片机应用系统的设计
单片机应用系统的设计从两方面入手：硬件电路和应用软件的设计。 • 在设计单片机应用系统的硬件前，先明确开发内容及技术要求；然后确定系 统的总体设计方案及相应的功能模块，如信号测量、控制、人机接口、通信 功能模块等；再根据功能的需求，选择合适的单片机、对关键元器件选型； 最后制作相应的印制电路板。 • 在设计硬件电路时，要考虑元器件的驱动及带负载能力，有时还要考虑系统 的扩展性及通用性。在制作印制电路板时，要考虑模拟电路、数字电路、高 频电路、低频电路、高压电路、低压电路的布线规则、方法，印制电路板导 线宽度及所能承受的电压、电流、抗干扰能力等。 • 单片机应用系统的软件设计，要充分考虑硬件系统。软件编程时，可使用汇 编语言或单片机C语言编写源程序；编写好源程序后，对其进行调试、仿真 并生成.hex文件；将生成的.hex文件烧写到单片机中或相应的程序存储器中； 最后将目标芯片插入电路板进行脱机运行，从而完成单片机系统的设计。 • 为保证系统可靠、稳定地工作，在软、硬件的设计中还应包括系统的抗干扰 设计。
单片机应用系统课程设计实例
数字钟设计实例利用AT89C51的定时器和6位7段数码管，设计一个电子时钟，显示格式“XX XX XX”，从左向右分别是：时、分、秒1、硬件设计2、软件设计说明：定时器每1000us中断一次，在中断服务程序中，对中断次数计数，100us计数10000次就是1s，然后再对秒计数得到分和小时，并送入显示缓存。
LEDBUF EQU 30H ;显示码缓存区HOUR EQU 40HMINUTE EQU 41HSECOND EQU 42HC100us EQU 43HTICK EQU 10000 ;置中断次数T100us EQU 256-100 ;置定时器初始值LJMP START ;跳转至主程序ORG 000BH ;定时器0中断入口T0INT: PUSH PSW ;状态保护PUSH ACCMOV A,C100us+1JNZ GOON ;计数值是否为0DEC C100usGOON: DEC C100us+1MOV A,C100usORL A,C100us+1JNZ EXITMOV C100us,#HIGH(TICK) ;重置计数值MOV C100us+1,#LOW(TICK)INC SECOND ;秒值加一MOV A,SECONDCJNE A,#60,EXIT ;判断秒值是否为60MOV SECOND,#0 ;秒值为60,则清0INC MINUTE ;分值加一MOV A,MINUTECJNE A,#60,EXIT ;判断分值是否为60MOV MINUTE,#0 ;分值为60,则清0INC HOUR ;小时值加一MOV A,HOURCJNE A,#24,EXIT ;判断小时值是否为24MOV HOUR,#0 ;小时值为24,则清0 EXIT: POP ACCPOP PSWRETIDELAY: ;延时子程序MOV R7,#0FFHDELAYLOOP:DJNZ R7,DELAYLOOPDJNZ R6,DELAYLOOPRETLEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH ;八段数码管显示码DB 66H,6DH,7DH,07HDB 7FH,6FH,77H,7CHDB 39H,5EH,79H,71HDISPLAYLED:MOV R0,#LEDBUFMOV R1,#6 ;共6个八段管MOV R2,#B ;位扫描码初值LOOP: MOV A,#0MOV P0,A ;关所有八段管MOV A,@R0MOV P0,AMOV A,R2MOV P3,A ;显示一位八段管MOV R6,#01HCALL DELAYMOV A,R2 ;显示下一位RR AMOV R2,AINC R0DJNZ R1,LOOPRETT0LED: MOV DPTR,#LEDMAP ;将字段码转换显示码MOVC A,@A+DPTRRETSTART: MOV TMOD,#02H ;定时器工作方式2 MOV TH0,#T100us ;置定时器初始值MOV TL0,#T100usMOV IE,#B ;EA=1，IT0=1MOV HOUR,#0 ;显示初始值MOV MINUTE,#0MOV SECOND,#0MOV C100us,#HIGH(TICK)MOV C100us+1,#LOW(TICK)SETB TR0 ;启动定时器0MLOOP: MOV A,HOUR ;显示小时值十位MOV B,#10DIV ABCALL T0LEDMOV LEDBUF,A ;将十位值送显示码缓存区MOV A,B ;显示小时值个位CALL T0LEDORL A,#80H ;显示小数点MOV LEDBUF+1,A ;送显示码缓存区MOV A,MINUTE ;显示分钟值十位MOV B,#10DIV ABCALL T0LEDMOV LEDBUF+2,A ;将十位值送显示码缓存区MOV A,B ;显示分钟个位值CALL T0LEDORL A,#80H ;显示小数点MOV LEDBUF+3,A ;送显示码缓存区MOV A,SECONDMOV B,#10 ;显示秒十位值DIV ABCALL T0LEDMOV LEDBUF+4,A ;送显示码缓存区MOV A,BCALL T0LEDMOV LEDBUF+5,ACALL DISPLAYLED ;调用显示子程序LJMP MLOOPEND。
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
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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。
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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12章 STC单片机应用系统设计实例1
• 复位操作通常有两种基本形式：上电自动复位和开关复位 。图12-2 中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。 上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和 RESET 相连，电压全部加在了电阻上，RESET 的输入为 高，芯片被复位。随之+5V电源给电容充电，电阻上的电 压逐渐减小，最后约等于0，芯片正常工作。并联在电容 的两端为复位按键，当复位按键没有被按下的时候电路实 现上电复位，在芯片正常工作后，通过按下按键使RST管 脚出现高电平达到手动复位的效果。一般来说，只要RST 管脚上保持10ms 以上的高电平，就能使单片机有效的复 位。图中所示的复位电阻和电容为经典值，实际制作是可 以用同一数量级的电阻和电容代替，读者也可自行计算 RC 充电时间或在工作环境实际测量，以确保单片机的复 位电路可靠。
复位电路 STC89C52 单片机 时钟电路
电源电路
输入/输出接口 STC89C52单片机最小系统
图12-1
• 如图12-1 所示的STC单片机最小系统框架图，进行STC 单片机最小系统电路的开发与实现，如图12-2所示。
•
图12-2
1.电源模块
• 对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就 是为整个系统提供电源供电模块，电源模块 的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。 STC单片机虽然使用时间最早，应用范围最 广，但在实际使用过程中，一个典型的问题 就是相比其他系列的单片机，STC单片机更 容易受到干扰而出现程序跑非得现象，克服 这种现象出现的一个重要手段就是为单片机 系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。下 图为电源模块的基本构成。
• 另外值得一提的是如果读者自己在设计单片机系 统的印刷电路板（PCB） 时，晶体和电容应尽可 能与单片机芯片靠近，以减少引线的寄生电容， 保证振荡器可靠工作。检测晶振是否能起振的方 法可以用示波器可以观察到XTAL2 输出的十分漂 亮的正弦波，也可以使用万用表测量（ 把挡位打 到直流挡，这个时候测得的是有效值）XTAL2 和 地之间的电压时，可以看到2V 左右一点的电压 。
单片机应用系统设计实例与程序
3．制造商历史及可购买性
● 产品的性价比以及是否可靠？
● 购买途径是否顺畅？
● 供货量是否充足稳定？
● 是否停产？
● 是否在改进之中？
总结
依据上述三个原则进行单片机的选型，应可以选择出最 能适用于具体应用系统的单片机，同时可以保证应用系 统具有高可靠性、高性价比、高使用寿命及可升级换代 性。
仿真调试
仿真调试分硬件调试、软件调试和系统联调三个阶段。 （1）硬件调试
硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示 波器等），通过执行开发系统有关命令或测试程序，检查用 户系统硬件中存在的故障。它又可分为静态调试和动态调试 两步：
● 静态调试即用户系统什未么是工硬作件时调的试一？种硬件检查。一 般采用目测、万用表测试、加电测试等方法对印制电路板 及各芯片、器件进行检查。
合、先单步后连续。
（3）系统联调
什么是软件调试？
系统联调是指让用户系统的软件在其硬件上实际运
行，并进行软、硬件联合调试。
单片机应用系统设计实例和程序
4．程序固化及独立运行 5．文件编制阶段
文件应包括： 任务描述； 设计的指导思想及设计方案论证； 性能测定及现场试用报告与说明； 使用指南； 软件资料（流程图、子程序使用说明、地址分配、程 序清单）； 硬件资料（电路原理图、元件布置图及接线图、接插 件引脚图、印制线路板图、注意事项等）。
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。
单片机应用系统设计实例和程序
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12章 单片机应用系统设计
引脚编号 使用说明 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 PWM脉冲信号 PWM脉冲信号 进水阀门使能 排水阀门使能 电机运转使能 液晶RS信号 液晶RW信号 液晶E信号
硬件和软件功能划分 技术路线 核心器件选择
12.2.4 硬件设计
硬件设计的任务主要包括硬件功能模块划分、电路原 理图设计、系统仿真、印刷电路板（PCB板）绘制、 元器件的焊接与测试 硬件系统设计应采用模块化 系统原理图的设计是硬件设计最重要的一步 在PCB板设计过程中要充分考虑元器件分放位置的 合理性 在产品开发时，IC芯片多采用焊接插座的方法，如 果是批量生产，除了易损坏的IC芯片外，应把IC芯 片直接焊在PCB板上。 硬件电路焊接完成后，就可以进行测试。最好的测试 方法是分模块进行，再进行综合调试。
第12章 单片机应用系统设计
12.1 单片机应用系统构成 12.2 单片机应用系统设计方法 12.2.1 需求分析 12.2.2 可行性分析 12.2.3 系统体系结构设计 12.2.4 硬件设计 12.2.5 软件设计 12.2.6综合调试 12.3 全自动洗衣机控制器设计 12.3.1 需求分析 12.3.2 可行性分析 12.3.3系统体系结构设计 12.3.4 硬件设计 12.3.5软件设计 12.3.6 综合调试
串行口通信协议。 专用芯片 传输距离
4.人机对话
人机对话通道是“人—机”联系的主要手段 常用的人机对话部件有键盘、显示器、打印机等 设计人机对话接口时应注意以下问题
设备规模 电路形式
计算机硬件技术
无操作系统的单片机系统的软件是一个无限的循环
#include “msp430.h”
……
main( )
{ ……
// 初始化部分
while(1)
// 主循环
{
task1( );
task2( );
……
}
}
完全由用户程序控制单片机系统的运行。
硬件系统 设计与调试
软件系统 设计与仿真调试
软硬联调 产品化及交付使用
结束
硬件系统设计和制作流程
选型单片机
依据设计的系统功能， 确定所需I/O引脚数、存储系统ROM和RAM空间大小、 功能模块的性能参数(如有无所需中断源、定时器、外围模块等)、 CPU的处理能力
设计硬件电路原理图
设计硬件电路印刷电路板图及制版
PDIP（PDIP Plastic Dual In-Line Package）塑料双列直插式封装 TSSOP (Thin Shrink Small Outline Package) 薄的缩小型小尺寸封装
MSP430G2x13 和MSP430G2x53, 28 引脚, 只有 TSSOP 封装
DVCC P1.0/TA0CLK/ACLK/A0/CA0 P1.1/TA0.0/UCA0RXD/UCA0SOMI/A1/CA1 P1.2/TA0.1/UCA0TXD/UCA0SIMO/A2/CA2 P1.3/ADC10CLK/CAOUT/VREF-/VEREF-/A3/CA3 P1.4/SMCLK/UCB0STE/UCA0CLK/VREF+/VEREF+/A4/CA4/TCK P1.5/TA0.0/UCB0CLK/UCA0STE/A5/CA5/TMS
P2.0/TA1.0 P2.1/TA1.1 P2.2/TA1.1
单片机系统课程设计举例
优势：高可靠性、低成本、易于维护和升级。
智能仪表和传感器系统
智能仪表：用于测量和控制各种物理量，如温度、压力、流量等 传感器系统：用于采集环境中的各种信息，如温度、湿度、光照等
单片机系统：用于处理和分析传感器采集到的数据，并控制智能仪表进行相应的操作
应用领域：智能家居、工业自动化、医疗设备等
编程语言：C 语言、汇编 语言等
调试方法： 单步调试、 断点调试、 观察变量等
常见问题： 内存溢出、 堆栈溢出、 死循环等
解决方案： 优化代码、 增加内存、 修改堆栈大 小等
系统测试和优化
测试方法：单元测试、集成测试、系统测试等 测试工具：模拟器、示波器、逻辑分析仪等 优化目标：提高系统性能、降低功耗、提高稳定性等 优化方法：算法优化、硬件优化、软件优化等
Part Five
单片机系统应用举 例
智能家居控制系统
功能：实现家庭设备的智能控 制，如灯光、空调、窗帘等
特点：远程控制、定时控制、 智能联动、节能环保
技术：单片机、传感器、无线 通信、人工智能等
应用：家庭、酒店、办公楼等 场所
工业自动化控制系统
简介：单片机系统在工业自动化控制系统中得到广泛应用，如智能仪表、 电机控制等。 应用领域：工业自动化、智能制造、机器人技术等。
单片机应用领域
家用电器：如洗衣机、冰 箱、空调等
医疗设备：如医疗仪器、 医疗电子设备等
航空航天：如卫星、航天 器等
工业控制：如自动化生 产线、机器人等
汽车电子：如汽车电子 控制系统、车载导航系
统等
通信设备：如手机、路 由器等
军事领域：如武器装备、 军事通信等
单片机系统组成
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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单片机原理及应用
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4．上位机监控软件的设计
计算机和单片机的串行通信一般采用RS-232、RS-422 或RS-485总线标准接口。
从硬件上讲，计算机的串行口是RS232电平的，而单片 机的串口是TTL电平的。因此，要实现单片机与计算机之间 的串行通信，必须通过电路实现TTL电平和232电平的转换。 常用的电平转换集成电路是MAX232。MSC1211中集成了两个 UART，一般情况下，UART0用于用户的程序的下载和调试， 因此，在系统中采用MSC1211的UART1实现与计算机的串行 通信功能。 从软件的角度讲，要实现上位机监控软件的设计，需 要掌握目前流行的基于Windows操作系统的软件设计。可以 选择较容易上手的Visual Basic开发环境，进行监控软件 的设计。当然，如果涉及到数据库的存储和管理问题，如 每隔一定的时间，将压力值存入到数据库，并且具备数据 查询功能，则可以选择数据库应用程序的强大开发工具 PowerBuilder。
a
d e dp f g dp
dp
CH451
a)
com
......
DIG0
DIG7
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12.4 系统软件设计
单片机的检测报警程序采用C语言编写。
系统采用每10ms循环采样的方式采集压力 信号。使用定时器0实现10毫秒的定时。报警声 音通过PWM控制蜂鸣器发出，监测的压力值超过 上限时，发出上限报警声音（高音调）；监测 的压力值低于下限时，发出下限报警声音（低 音调）。不管发生哪种报警，报警指示灯闪烁 （亮500ms，灭500ms，通过毫秒定时器实现）。 如果没有报警，则不出现报警声音和闪烁信号。 系统运行指示灯使用秒定时器定时输出高低脉 冲控制D1。
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单片机原理及应用
KEY1 0
SEG0 KEY2
SEG1 KEY3 1
2
SEG2 KEY4
SEG3 3
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5．键盘和显示控制电路
VCC 470uF/25V C12 + C13 0.01UF 15 16 17 GND RST N.C. 2 U6 8×200 VCC SEG0 SEG1 SEG2 SEG3 SEG4 SEG5 SEG6 SEG7 DIG0 DIG1 DIG2 DIG3 DIG4 DIG5 DIG6 DIG7 18 SEG0 R9 19 SEG1 R10 20 SEG2 R11 21 SEG3 R12 22 SEG4 R13 23 SEG5 R14 24 SEG6 R15 1 SEG7 R16 14 DIG0 13 DIG1 12 11 10 9 8 7 DIG2 DIG3 DIG4 DIG 5 DIG6 DIG7
1．CPU基本单元电路
1 2 15pF 3 4 11.0592MHz 5 P WM 6 7 C2 8 9 VCC 15pF 10 11 12 C3 13 0.1μ F VCC 14 VCC 15 16 17 AIN0 18 19 20 21 22 23 24 25 AINCOM 26 C4 27 0.1μ F 28 VCC 29 30 31 C5 32 0.1μ F
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3．RS232通信接口电路
C7 + 1μ F 5 9 4 8 3 7 2 6 1 DB9 C8 + 1μ F 1 3 5 4 13 14 U3 16 C1+ C1C2C2+ VCC 2 V+ 6 V15 GND 12 11 RXD1 T XD1 R1IN R1OUT T IOUT T 1IN MAX232 C10 1μ F + C9 1μ F + 1μ F + C11 VCC
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单片机原理及应用 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。
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12.2 需求分析
1．单片机选型
进行单片机选型时，应尽量了解较多种类单片机的性能 指标和包含的资源。根据系统的要求，选用合适的单片机。 目前许多单片机具有较高的集成度，因此，如果有模拟量检 测的要求时，应尽量选择带有A/D转换模块的单片机。并且， 应该注意所设计系统的应用场合，选择适当的芯片等级（军 用级、工业级和商用级）。 MSC1211单片机片内集成了8通道24位的∑－△模数转换 器，并且，具有较多的通用I/O和片上外设（定时器、UART 等），因此，在本系统的设计中，可以考虑采用MSC1211作 为系统的检测与控制中心。当然，如果系统中没有模拟量的 输出控制要求，可以选用不带D/A输出的MSC1210。除了没有 集成D/A模块和I2C模块以外，其他资源与MSC1211相同，其 设计开发手段也相同。
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为了显示系统的工作状态，设计一个运行指示灯。当系统正常运行时，能 够以一定的频率闪烁。
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3．继电器控制
单片机I/O引脚本身的驱动能力有限，因此，一般 情况下，不能使用单片机的I/O引脚直接控制继电器。 在一般的控制系统中，往往利用单片机I/O引脚加上驱 动电路驱动小功率继电器，这个小功率继电器作为中间 继电器，再用中间继电器驱动控制大功率继电器。
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12.3 系统硬件设计
C1
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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 osit iv e 37 N egat ive 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
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2．声光报警电路
D1 R1 220 D2 Alarm PWM R4 1K 220 Q1 BELL D5 VCC VCC U2 VCC R21 390
Run
+ C14 47μ F
R2
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第12章 单片机应用系统设计举例
12.1 系统要求 12.2 需求分析 12.3 系统硬件设计 12.4 系统软件设计
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ห้องสมุดไป่ตู้
单片机原理及应用
12.1 系统要求
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设计一压力测控系统，系统的具体要求如下： 1）压力检测 检测来自压力传感器输出的电压信号（0～5V），通过A/D转换器进行转换。 2）工程变换 将转换结果进行工程变换，即将转换结果再转换为压力大小（仅保留整数部 分）。 3）键盘 用于设置压力的报警值。 4）数码LED显示 用于显示压力报警值的上限和下限，并显示当前压力值。压力值在0～100之间。 5）报警控制 当前压力值超过报警值时，通过蜂鸣器报警，并控制电机执行相应的动作。 压力值低于下限时，合上控制电机正转的继电器，控制电机正转，压力升高，压 力值升高到正常范围后，打开正转继电器，电机停转；压力值高于上限时，合上 控制电机反转的继电器，控制电机反转，压力值下降到正常范围后，打开反转继 电器，电机停转。没有超过报警值时，继电器都打开，电机不转。 6）上位机监控软件设计 通过计算机显示当前的压力值以及报警值。
连接单片机I/O引脚和中间继电器的驱动电路，可 以使用现成的集成驱动电路，如ULN2803，也可以利用 分离元件自行设计。为了提高系统的抗干扰能力，在单 片机的I/O引脚和中间继电器之间最好采用光电隔离技 术。由于本系统只需要控制两个继电器，因此，这里的 驱动电路使用分离元件进行设计。