第十章 单片机应用系统设计
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。
单片机应用系统总体设计
目 录
• 单片机应用系统概述 • 单片机应用系统的硬件设计 • 单片机应用系统的软件设计 • 单片机应用系统的调试与测试 • 单片机应用系统的实际案例分析
01 单片机应用系统概述
单片机的定义与特点
单片机是一种集成电路芯片，它集成了 中央处理器、存储器、定时器/计数器、 输入/输出接口等基本功能模块，具有 体积小、功耗低、可靠性高、成本低等
工业自动化控制系统
系统功能
控制机械臂、传感器数据采集、生产流程控制等。
技术特点
高精度、实时性、抗干扰能力强。
医疗设备控制系统
要点一
系统功能
控制医疗设备、监测生理参数、数据存储与分析等。
要点二
技术特点
高安全性、低功耗、易于集成。
智能仪表控制系统
系统功能
数据采集、仪表控制、通信接口等。
技术特点
高精度、低功耗、易于扩展性。
优点。
单片机具有高度的集成性和灵活性，可 单片机具有丰富的外设接口，可以方便
以根据不同的应用需求进行定制和扩展， 地与各种传感器、执行器等外围设备进
广泛应用于智能仪表、工业控制、智能
行连接统的应用领域
智能仪表
单片机在智能仪表领域的应用非常广泛 ，如水表、电表、燃气表等，可以实现 远程抄表、数据采集、控制等功能。
考虑微控制器的开发工具和编程环境，确保易于开发与调试。
存储器设计
01
根据系统需求选择适当的存储器类型，如RAM、ROM、 EEPROM等。
02
确定存储器容量，以满足程序运行和数据存储的需求。
03
考虑存储器的访问速度和功耗，以确保系统性能和稳定性。
输入输出接口设计
根据系统输入输出需求，选择适当的接口芯片和 电路。
单片机原理及应用教程
10.3.2 开发系统简介 1. DICE系列仿真开发器 系列仿真开发器 DICE系列单片微机仿真开发器是一种高性能的单片机开 发装置。 DICE-5928型是属高档通用型单片微机仿真开发器。本机 采用三CPU一体式结构。这样，一机即为可开发Intel MCS-51系列、MCS-96系列以及PHILIPS-80C51系列单片 微机的多用型在线仿真、开发器。不同CPU的仿真、开发， 只需切换一只开关，而不需更换CPU。 2. DAIS系列仿真开发器 系列仿真开发器 DAIS系列仿真开发器是北京启东达爱思电子有限公司开 发生产的系列产品。 10.4 单片微机系统应用开发举例 10.4.1 系统简介 本项目中的实验、教学综合楼是这样设定的：建筑楼层共
/* T0工作方式2计数，T1工作方式1定 /* T0计数初始值 */ /* T1定时125ms的初始值 */ /* 启动定时器T0 */ /* 启动定时器T1 */
while(1) { for( n=4; n>0; n-- ) /* 0.5s到否？ */ { while( TF1==0 ); /* 125ms到否？ */ TF1=0; TH1 = 0x0B; /* T1重新设置125ms定时初始 值 */ TL1 = 0xDC; } TR0=0; /* 关闭定时器T0 */ nPulseCount = TL0; /* 读出当前计数值 */ TR0=1; /* 开启定时器T0 */ P1=~nPulseCount; /* 取反、显示当前计数值*/ } }
6层，每层分成试验室区和多媒体投影教室区。实验室区中 的实验室涉及仓库、办公区，化工类实验室，电子类实验室， 嵌入式计算机类实验室和软件实验室等。多媒体教室的设备 配置大体相同，具有投影、音响等基本教学设备等。我们欲 通过本系统的应用实现在完全保证教学活动的前提下，使整 个建筑成为一个节能、安全、高效、科学的教学单位。其各 个教室即可独立控制，又可以在总控室的统一控制下协调运 作。同时本楼的控制系统本身又可以作为高年级电子类学生 的实验实习、科技创新校内基地的一部分。 10.4.2 总体设计与模块功能分配 1. 需求分析与总体设计 由于本系统针对的建筑物各楼层之间甚至同一层之内的教学 科研功能各不相同，因此总体结构上已采用三层结构：总控 室，楼层控制器，教学单元控制器。根据现代化智能教学楼 的节能、舒适、安全、有序的要求，其中每个教室或实验室 具有一个功能可剪裁的“单元控制器”使教室/试验室可以 独立运转。实现对教学单位内的温度、湿度、光照度、空间 使用状态、设备使用状态、风机/空调器运行与否等等信息 进
第10章 单片机应用系统设计及-单片机原理与应用及C51程序设计(第4版)-谢维成-清华大学出版社
第10章 单片机应用系统设计及举例
章节
10.1 单片机应用系统的开发过程 10.2 单片机电子时钟的设计 10.3 单片机多点温度测量系统设计 10.4 单片机电子密码锁设计
3
第10章 单片机应用系统设计及举例
10.1.1 单片机应用系统开发的基本过程
1. 明确系统的任务和功能要求 2. 系统的总体方案设计 3．系统详细设计 4．系统仿真与制作 5．系统调试与修改 6．生成正式系统或产品
13
第10章 单片机应用系统设计及举例
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2) 日历、时钟寄存器
第10章 单片机应用系统设计及举例
15
第10章 单片机应用系统设计及举例
3) 片内RAM
DS1302片内有31个RAM单元，对片内RAM的操作有单字节方式 和多字节方式两种。当控制命令字为C0H～FDH时为单字节读写方式， 命令字中的D5～D1用于选择对应的RAM单元，其中奇数为读操作，偶 数为写操作。当控制命令字为FEH、FFH时为多字节操作(表10.1中的 RAM突发模式)，多字节操作可一次把所有的RAM单元内容进行读写。 FEH为写操作，FFH为读操作。 4) DS1302的输入/输出过程
第10章 单片机应用系统设计及举例
单片机原理与应用
教材：单片机原理与应用及C51程序设计（第4版） 清华大学出版社
谢维成，杨加国
西华大学
第10章 单片机应用系统设计及举例
第10章 单片机应用系统设计及举例
主要内容： 本章将首先介绍单片机应用系统
设计的开发过程，而后以几个典型的 例子介绍单片机应用系统设计。
第10章 单片机应用系统设计及举例
尽可能选择典型通用的电路，并符合单片机的常规用法。 系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统当前的
第10章单片机应用系统设计
JNB P1.4，FAN ；判断正转还是反转
ZHENG： MOV A，R4
MOVC A，@A+DPTR
JZ
AA2
；旋转一圈后转回AA2
MOV P1，A
；控制步进电机旋转
ACALL
DELAY
；延时，控制速度
INC
R4 ；控制步数加1
DJNZ R3，ZHENG
；步数未完继续模型偏移量 ADD A，#07H MOV R4，A
•
AJAMP
ZHENG
• DELAY： （延时833μs）
• STEP： DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H， 00H；正向控制模型
•
DB 01H，05H，04H，06H，02H，03H，00H；
反向控制模型
10.3 设计实例2—数字电压表的设计
• END
加电流脉冲
• 正转：A→AB→B→BC→C→CA→A • 反转：A→AC→C→CB→B→BA→A
3.设计方案
• 步进电机速度控制的方法就是改变各通电脉冲 的时间间隔，由脉冲延时程序控制即可。在输 出控制电平后，由延时程序控制每一步的时间， 即可达到控制步进电机速度的目的。如本设计 要求2秒旋转10圈，则每一步需要的时间为：
10.1.2 硬件设计
1．程序存储器 2．数据存储器 3．I/O接口 4．总线驱动器 5．抗干扰电路
10.1.3 软件设计
开始
系统定义
在线仿真调试
软件结构设计 建立数学模型 绘制程序流程图
有错否？ N
Y 修改程序
编写程序
固化
汇编
结束
1．系统定义
（1）定义说明各输入/输出口的功能。 （2）在程序存储器和数据存储器区域中，合 理分配存储空间。 （3）对面板控制开关、按键等输入量以及显 示、打印等输出量也必须给予定义。 （4）针对可能出现的由干扰引起的错误进行 容错设计，给出错误处理方案。
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。
单片机原理及应用系统设计-基于STC可仿真的IAP15W4K58S4系列课件第10章
3
为确保转换结果的精确度，A/D转换器必须满足一定的转换 精度和速度。转换精度和转换速度是衡量A/D转换器的重要 技术指标。此外还有分辨率、量程、量化误差、线性度等。
1. 分辨率 ➢ 分辨率表示A/D转换器对微小输入信号变化的敏感程度，
通常用转换后数字量的位数来表示。 ➢ N位转换器，其数字量变化范围为0～2N-1。 ➢ 例 如 8 位 A/D 转 换 器 ， 输 入 5V 满 量 程 电 压 ， 则 分 辨 率 为
• #define P1ASF_2
0x04 //设置P1.2口为ADC端口
• #define P1ASF_3
0x08 //设置P1.3口为ADC端口
• #define P1ASF_4
CLK_DIV/PCON中，用于控制ADC转换结果存放的位置。 ➢ 其各位定义如表10-5所示。
➢ ADRJ：ADC转换结果存储格式调整控制位 • ADRJ=0：ADC_RES存放高8位ADC结果， ADC_RESL存放低2位ADC结果。 • ADRJ=1：ADC_RES存放高2位ADC结果， ADC_RESL存放低8位ADC结果 17
,中速（转换时间＜1ms）和低速（转换时间＜1s）等。
在实际应用中，应从系统数据总的位数、精度要求、输入 模拟信号的范围及输入信号极性等方面综合考虑A/D转换 器的选用。
第10章单片机应用系统的设计-PPT文档资料
10.2.4 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。 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。
10.2.4 硬件设计
硬件设计原则
尽可能选择典型通用的电路，并符合单片机的常规用法。 为硬件系统的标准化、模块化奠定良好的基础。 系统的扩展与外围设备配置应在满足应用系统当前功能 的同时，留有适当余地，便于以后产品升级和功能扩充。 硬件结构应结合软件方案一并考虑。 元器件性能要匹配。 单片机外围电路较多时，必须考虑驱动能力。 设计一个较复杂的系统时，要考虑把硬件系统设计成模 块化结构。
10.2.4 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。 在中低频应用系统(晶振频率小于20 MHz)中，走线转角 可取45°；在高频系统中，必要时可选择圆角模式。尽 量避免使用90°转角。
第10章单片机应用系统设计方法
第10章单片机应用系统设计方法单片机应用系统设计方法指的是在实际工程应用中，如何设计和实现一个具有一定功能的单片机应用系统的过程。
设计一个单片机应用系统需要考虑多个因素，包括系统功能、系统硬件、系统软件以及系统的可靠性和稳定性等。
首先，设计一个单片机应用系统需要明确系统的功能需求。
通过分析用户需求和系统的工作环境，确定系统需要完成的具体功能。
比如，设计一个温度控制系统，需要确定系统测量和控制温度的范围，控制系统的精度和稳定性等。
在确定了系统的功能需求之后，设计一个单片机应用系统还需要考虑硬件部分的设计。
硬件设计包括选择合适的单片机芯片、外围电路的设计和连接方式等。
在选择单片机芯片时，需要根据系统的功能需求和性能要求来选择合适的芯片。
在设计外围电路时，需要根据系统的功能需求和硬件资源来设计传感器、模块、接口电路等。
在硬件设计完成后，还需进行系统软件的编写。
系统的软件设计包括编写主控程序、驱动程序以及中断服务程序等。
主控程序负责实现系统的主要功能，驱动程序负责控制硬件资源，中断服务程序负责处理硬件的中断请求。
在编写软件程序时，需要充分考虑系统的实时性、效率和可靠性。
除了功能和性能的考虑，设计一个单片机应用系统还需要考虑系统的可靠性和稳定性。
在硬件设计中，需要考虑电源电压的稳定性、抗干扰能力、抗震动能力等因素。
在软件设计中，需要注意编写健壮性良好的程序，避免死循环、越界访问数组等问题。
最后，设计一个单片机应用系统还需要进行系统测试和调试。
通过对系统的各个功能进行测试，验证系统的正确性和稳定性。
在调试过程中，需要对系统的硬件和软件进行排查和修复，找出问题的根源并解决。
总之，设计一个单片机应用系统需要考虑多个方面，包括系统功能、硬件设计、软件设计以及系统的可靠性和稳定性等。
通过合理的设计和实现，可以开发出具有一定功能和性能的单片机应用系统。
单片机应用系统设计 子列
单片机应用系统设计一、引言单片机应用系统设计是指在单片机芯片的基础上，通过软硬件结合的方式，开发出满足特定需求的电子系统。
本文将深入探讨单片机应用系统设计的相关内容。
二、单片机的基本概念单片机是一种集成了微处理器、存储器、输入输出接口以及计时器等功能于一体的特殊集成电路芯片。
单片机应用系统设计是以单片机为核心，通过编程控制其各个部分，实现特定功能。
2.1 单片机的特点•芯片集成度高•体积小，功耗低•性价比高•可编程性强2.2 单片机的分类•8位单片机•16位单片机•32位单片机根据具体应用需求和性能要求选择合适的单片机。
三、单片机应用系统设计的关键步骤3.1 硬件设计1.确定需求和功能2.选择合适的单片机型号3.设计电路原理图4.PCB设计与制作5.元器件选择与布局6.硬件调试3.2 软件设计1.编写程序框架2.设计算法与逻辑3.编写程序代码4.调试与优化5.烧录程序到单片机3.3 系统整合与测试1.连接硬件与单片机2.验证功能与性能3.优化系统设计4.进行系统测试与验证5.完善文档与用户指南四、单片机应用系统设计的案例4.1 温度监测系统4.1.1 硬件设计•使用温度传感器获取环境温度•单片机采集温度传感器数据•通过LCD显示温度数值4.1.2 软件设计•初始化单片机与传感器•循环读取温度数值•将温度数值转换为显示格式•将温度数值显示在LCD上4.1.3 系统整合与测试•将温度传感器与单片机连接•验证数据采集功能•验证LCD显示功能•进行温度数据验证与校准4.2 智能家居控制系统4.2.1 硬件设计•选择合适的无线通信模块•设计传感器与执行器的连接电路•设计电源与供电电路4.2.2 软件设计•初始化无线通信模块•设计传感器数据采集与执行器控制逻辑•设计用户交互界面4.2.3 系统整合与测试•连接无线通信模块与单片机•验证数据传输与接收功能•验证传感器数据采集与执行器控制功能•进行系统整体测试与性能优化五、总结本文综述了单片机应用系统设计的基本概念、关键步骤以及相关案例。
第10章单片机应用系统设计20100929
第10章单片机应用系统设计单片机应用系统是以单片机为核心的软硬件结合的智能系统，根据不同的应用目标，系统的构成、规模、功能、复杂程度都有差异，设计内容也不尽相同。
但无论系统如何变化， 系统的逻辑结构是相同的， 设计方法是一致的，设计过程中应遵循的规律和注意的问题是相 似的。
因此，深入了解单片机应用系统的基本构成，全面掌握单片机应用系统的设计方法， 是设计开发高质量单片机应用系统的基础。
本章基于洗衣机控制系统的设计思想， 对单片机应用系统的设计做一个实例演示。
10.1单片机应用系统构成虽然单片机应用领域广泛，应用系统功能各异、组成千变万化，但从逻辑结构上看，任 何单片机应用系统都可分为单片机、输入通道、输出通道、通信接口、人机接口等几个部分。
如图10-1所示。
样。
对于数字量，可以直接送入单片机；对于开关量，经过整形、隔离后送入单片机；对于 模拟量，通常需要经过放大、 A/D 转换后送入单片机；对于频率信号，可以经隔离后送单片 机。
在设计输入通道时应注意以下问题。
▼F/V先电先电光电人执对诸D/A—►―»F/Tf图10-1单片机应用系统构成1. 输入通道输入通道是指将被测信号正确合理输入单片机所需的所有电路, 他的主要任务是将被测单 片光电f 光电殘匸I卄，境它14■堀信号转化为单片机可以接收的标准数字信号。
根据被测信号的性质不同，所需的电路也不一信号形式多样。
由于所采集的对象不同，信号形式也不相同。
如开关量、模拟量、数字量等，往往不能直接满足单片机输入的要求，需要信号变换调节电路进行转换。
如测量放大器、电压/频率（V/F）变换、模拟/数字（A/D）转换、整形电路等。
干扰信号多。
输入通道往往处于生产现场，环境复杂、干扰源多，是现场干扰进入的主要通道，是整个系统抗干扰设计的重点部位。
电路性质复杂。
检测的对象不同时，需要的电路也不相同。
因此，输入通道往往是一个模拟、数字混合电路系统。
2. 输出通道输出通道是指将单片机输出的数字信号转化为控制对象能接收的开关量或模拟信号所需的所有电路。
单片机应用系统的设计与开发30页PPT
系统软件设计时，应根据系统软件功能要求，
将系统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， 设计出合理地软件总体结构。通常在编制 程序前，先根据系统输入和输出变量建立 起正确的数学模型，然后画出程序流程框 图，流程框图应结构清晰、简捷、合理。 画流程框图时，还要对系统资源作具体的 分配和说明。编制程序时，一般采用自顶 向下的程序设计技术，先设计监控程序， 再设计各应用程序模块。多功能程序应模 块化、子程序化。子程序化，这样不仅便 于测试和连接，还便于修改和移植。
10.2.6 资源分配
1．ROM/EPROM资源的分配 按照51单片机的复位及中断入口的规定，002FH 以前的地址单元作为中断、复位入口地址区。在 这些单元中，一般都设置了转移指令，用于转移 到相应的中断服务程序或复位启动程序。当程序 存储器中存放的功能程序及之程序数量较多时， 应尽可能为它们设置入口地址表。一般将常数、 表格集中设置在表格区，二次开发扩展区则尽可 能放在高位地址区。
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3．人机通道的结构及其特点
单片机应用系统中的人机通道是用户为了 对应用系统进行干预（如启动、参数设置 等）以及了解应用系统运行状态所设置的 对话通道，主要有键盘、显示器、打印机 等通道接口。
4．相互通道及其特点
（7）为了提高运行的可靠性，在应用软件中 设置自诊断程序，在系统运行前先运行自 诊断程序，用以检查系统各特征参数是否 正常。
10.2.4 硬件设计
1．程序存储器 若单片机内无程序存储器或存储容量不够， nizifn mynzf mynzf mynzg
mynzg mynzg mljsgf mljnzf
第十章 单片机应用系统设计
10.2 设计实例：交通信号灯控制系统
（1）控制要求： 设有一个南北（SN）向和东西(WE)向的十字路口，两方向各有两 组相同交通控制信号灯，每组各有四盏信号灯，分别为直行信号灯 （S）、左拐信号灯（L）、红灯（R）和黄灯（Y），交通控制信
号灯布置如图7.1所示。
根据交通流量不同，交通信号灯的控制自动控制和分为手动控制两 种。平时使用自动控制，高峰区可使用手动控制。
第十章
10.1 10.2
单片机应用系统设计
单片机应用系统设计概述 设计实例 —交通灯控制
10.1 单片机应用系统设计概述 设计要求
高可靠性
较强的环境适应能力
较好的实时性
易于操作和维护
具有一定的可扩充性
具有通信功能
பைடு நூலகம் 设计步骤
需求分析
总体方案设计 硬件设计 软件设计 具有一定的可扩充性 系统功能调试与测试 产品验收和维护 文档编制和技术归档
手动控制时，用户通过键盘对交通信号灯进行人工控制；自动控制
时，交通信号灯控制规律可用图7.2状态转换图来描述。
（2）硬件设计
8051
结构框图
CPU和存储器部分电路
功率开关接口和交通信号灯控制部分电路
显示器和键盘部分电路
（3）
软
件
设
计
程序流程图
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第十章 单片机应用系统设计
10.3.2 资源分配 在这些资源分配中，定时/计数器、中断、串行口等分配比较容易， 这里介绍程序存储器和数据存储器的分配。 一．程序存储器ROM/EPROM资源的分配 程序存储器ROM/EPROM用于存放程序和数据表格。按照MCS-51 单片机的复位及中断入口的规定，002FH以前的地址单元作为中断、 复位入口地址区。在这些单元中一般都设置了转移指令，用于转移 到相应的中断服务程序或复位启动程序。当程序存储器中存放的功 能程序及子程序数量较多时，应尽可能为它们设置入口地址表。一 般的常数、表格集中设置在表格区。二次开发，扩展部分尽可能放 在高位地址区。 二．数据RAM资源分配 RAM分为片内RAM和片外RAM。片外RAM的容量比较大，通 常用来存放批量大的数据，如采样结果数据；片内RAM容量较少， 应尽量重叠使用，比如数据暂存区与显示、打印缓冲区重叠。 对于MCS-51单片机来说，片内RAM是指00H~7FH单元， 这128个单元的功能并不完全相同，分配时应注意发挥各自的特点， 做到物尽其用。
第十章 单片机应用系统设计
二．可行性分析 可行性分析的目的是对系统开发研制的必要性及可行性作 出明确的判定结论。根据这一结论决定系统的开发研制工作是否 进行下去。 可行性分析通常从以下几个方面进行论证： 1）市场或用户的需求情况。 2）经济效益和社会效益。 3）技术支持与开发环境。 4）现在的竞争力与未来的生命力。
第十章 单片机应用系统设计
第十章 单片机应用系统设计
10.1 单片机应用系统的基本结构 10.1.1 单片机应用系统的硬件组成
数字量输入 被 控 对 开关量输出 象 模拟量输出 模拟量输入 输 单 入 A/D 输 光电隔离 光电隔离 出 片 I/O 接 显示器、键 盘 接口 功能芯片 接口
光电隔离
扩展存储器
系统硬件、软件调试通过后，就可以把调试完毕的软件固化在 EPROM中，然后脱机（脱离开发系统）运行。如果脱机运行正常， 再在真实环境或模拟真实环境下运行，经反复运行正常，开发过程 即告结束。
第十章 单片机应用系统设计
10.2 单片机应用系统的硬件设计
10.2.1 硬件系统设计原则 一个单片机应用系统的硬件电路设计包括三个部分内容：一是单 片机芯片的选择，二是单片机系统扩展，三是系统配置。 一、是单片机芯片的选择 二、是单片机系统扩展 单片机系统扩展是指单片机内部的功能单元(如程序存储器、 数据存储器、I/O口、定时器/计数器、中断系统等)的容量不能满 足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，这时应选择适当的 芯片，设计相应的扩展连接电路；系统配置是按照系统功能要求 配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D转换器、D/A转换 器等，设计相应的接口电路。
第十章 单片机应用系统设计
四．系统详细设计与制作 系统详细设计与制作就是将前面的系统方案付诸实施，将硬件 框图转化成具体电路，并制作成电路板，软件框图或流程图用程序加 以实现。 五．系统调试与修改 系统调试是检测所设计系统的正确性与可靠性的必要过程。 单片机应用系统设计是一个相当复杂的劳动过程，在设计、制作 中，难免存在一些局部性问题或错误。系统调试可发现存在的问 题和错误，以便及时地进行修改。调试与修改的过程可能要反复 多次，最终使系统试运行成功，并达到设计要求。 六．生成正式系统或产品
第十章 单片机应用系统设计
10.2.2 硬件设计
一．程序存储器 二．数据存储器 三．I/O接口 四．译码电路 五．总线驱动器 六．抗干扰电路ຫໍສະໝຸດ 第十章 单片机应用系统设计
10.3 单片机应用系统的软件设计
一个应用系统中的软件一般是由系统监控程序和应用程序两部分构成 的。其中，应用程序是用来完成诸如测量、计算、显示、打印、输出 控制等各种实质性功能的软件；系统监控程序是控制单片机系统按预 定操作方式运行的程序，它负责组织调度各应用程序模块，完成系统 自检、初始化、处理键盘命令、处理接口命令、处理条件触发和显示 等功能。 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。
第十章 单片机应用系统设计
10.3.1 软件设计的特点 一个优秀的应用系统的软件应具有以下特点： （1）软件结构清晰、简捷、流程合理。 （2）各功能程序实现模块化，系统化。这样，既便于调试、连接， 又便于移植、修改和维护。 （3）程序存储区、数据存储区规划合理，既能节约存储容量，又能 给程序设计与操作带来方便。 （4）运行状态实现标志化管理。各个功能程序运行状态、运行结果 以及运行需求都设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、控制都 可通过状态标志来控制。 （5）经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改“痕迹”。规 范化的程序便于交流、借鉴，也为今后的软件模块化、标准化打下基 础。 （6）实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是计算机应用系统提高 可靠性的有力措施。 （7）为了提高运行的可靠性，在应用软件中设置自诊断程序，在系 统运行前先运行自诊断程序，用以检查系统各特征参数是否正常。
开关量输入
机
接 口 口
D/A
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10.1.2 单片机应用系统开发的基本过程 一．系统需求与方案调研
系统需求与方案调研的目的是通过市场或用户了解用户对拟 开发应用系统的设计目标和技术指标。通过查找资料，分析研究， 解决以下问题： 1）了解国内外同类系统的开发水平、器材、设备水平、供应状态； 对接收委托研制项目，还应充分了解对方技术要求、环境状况、技 术水平，以确定课题的技术难度。 2）了解可移植的硬、软件技术。能移植的尽量移植，以防止大量 低水平重复劳动。 3）摸清硬、软件技术难度，明确技术主攻方向。 4）综合考虑硬、软件分工与配合方案。单片机应用系统设计中， 硬、软件工作具有密切的相关性。
第十章 单片机应用系统设计
三、是系统配置 系统扩展和配置设计遵循的原则： （1）尽可能选择典型通用的电路，并符合单片机的常规用法。 （2）系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统当前 的功能要求，并留有适当余地，便于以后进行功能的扩充。 （3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。 （4）整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。 （5）可靠性及抗干扰设计是硬件设计中不可忽视的一部分。 （6）单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。
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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。
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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。 目前国内使用的通用单片机的仿真开发系统很多，如复旦大学 研制的SICE系列、启东计算机厂制造的DVCC系列、中国科大研制 的KDV系列、南京伟福实业有限公司的伟福E2000以及西安唐都科 教仪器公司的TDS51开发及教学实验系统。它们都具有对用户程序 进行输入、编辑、汇编和调试的功能。此外，有些还具备在线仿真 功能，能够直接将程序固化到EEPROM中。一般都支持汇编语言编 程，有的可以通过开发软件，支持C语言编程。例如可通过Keil C51 软件来编写C语言源程序，编译连接生成目标文件、可执行文件， 仿真、调试、生成代码并下载到应用系统中。