单片机应用课程设计

计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。单片机就在这种情况下诞生了。截止到今日，单片机应用技术飞速发展，纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，但飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，这些都离不开单片机。

单片机即单片微型计算机，是集CPU，RAM，ROM，定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51系列单片机是各单片机中最为典型和最具代表性的一种。在这学期中，我们主要学习的就是89C51单片机，本论文通过对单片机应用系统的设计过程，89C51单片机系统的硬件电路设计，89C51单片机系统的软件设计和调试，89C51的应用系统设计实例，以及89C51单片机应用的新创意，这几方面进行论述，从而达到认识，学习，设计以及应用等方面的能力。

1.单片机应用系统的设计过程

单片机应用系统设计包括总体方案、硬件系统、软件系统设计, 系统仿真调试和运行维护等。在对应用对象论证、分析的基础上，确定总体方案，在合理的安排系统软件、硬件的技术要求。硬件系统设计包括原理图设计、PCB（印制电路板）设计、制版和组装、硬件调试等工作。软件系统设计技术根据总体方案和硬件电路，设计出实现系统功能的控制程序。系统的测试包括功能测评、技术指标的测量、系统的优化等工作。系统固化后，系统运行，投入正常的工作中，开发工作完成。

1.1 单片机的组成和特点

典型的单片机应用系统除主机外，还包括以下几部分：

（1）系统的前向通道(即输入部分)。一般包括数字量、开关量、模拟量信号(A/D)的输入。（2）后向通道(即输出部分)。一般包括数字量、开关量、模拟量信号(D/A )的输出。

（3）人机对话通道，即人机交互部分。一般包括键盘、显示器、打印机、看门狗(监视)电路等。

单片机应用系统设计的特点：

（1）单片机应用系统一般规模比较小。设计开发过程要借助专用的开发器、仿真器或开发系统来进行。

（2）设计中要综合考虑硬件、软件的组成,以达到较高性能价格比。可以采用软件固化实现部分硬件功能，也可以采用硬件来实现某些软件的功能。

（3）单片机应用系统要求可靠性高，特别是工作于无人值守、不间断工作的环境中，必须保证安全可靠。要从电路设计、软件程序等加以考虑。看门狗监视电路就是其中一种。

（4）单片机应用系统要尽量作到低功耗、小体积。

（5）软件程序固化在单片机内的程序存储器

中。要在专门的编程器或下载设备中完成。

1.2单片机应用系统的设计过程

一般情况下，单片机应用系统的设计过程主

要包括以下几部分：

（1）总体方案设计

（2）硬件系统设计

（3）软件系统设计

（4）系统仿真调试

（5）运行维护

这5个部分不是孤立的，而是相互关联、相

互依靠、互相制约的。

（1）软件系统设计

首先根据市场需求, 进行分析, 提出本项目的任务。要对项目的可行性进行调研和分析最好提出可行性报告，以此为开篇依据。

其次熟悉和了解控制对象,确定合理可行的技术指标。最为设计者都要对被控对象的工作过程和现场的要求进行深入调研分析，了解系统控制要求，而且尽可能多的了解外国产品资料加以分析对比，对设计系统有一个合理定位。

再次确定系统功能具体实现形式, 选择出适合该项目，能迅速开发出性能价格比高的应用系统的单片机。

然后合理地划分硬件和软件两部分的功能要求。

最后确定总体方案，拟定设计任务书。按照软件工程的思想，列出各子系统的任务书, 以及软件、硬件及它们之间的接口标准、技术要求。

（2）硬件系统设计

首先根据功能要求, 选择系统的CPU、存储器、I/O接口以及传感器、继电器、显示器、键盘等元器件。其次原理图和PCB板(印制电路板)的设计。使用专门的EDA (电子设计自动化)

工具软件(如Protel)它们有强大的自动设计能力, 高速有效的编辑功能, 使得设计过程简便高效。然后制版和组装。设计完成后,交付制版生产厂家。在PCB板和元器件齐套时，焊接组装。最后硬件调试。利用电子仪器及编写测试程序，进行硬件调试。

（3）软件系统设计

软件系统设计的任务是根据总体方案提出的要求和具体的硬件电路，设计出实现应用系统功能要求的控制程序。首先应该根据实际情况选择软件的开发环境，好的开发环境的支持是完成软件系统设计的保障。其次，建立一个好的数学模型是非常必要的。根据任务的要求，描述出各个输出变量和输入变量之间的数学关系。再次，由于应用系统的软件和硬件之间密不可分的联系，在软件设计的开始，把软件要实现的功能和硬件的结合进行具体定义。在具体编写软件程序之前，要根据功能实现的过程，画出程序的主流程图，将各个模块、子程序的工作流程形象化的表现出来。最后，在绘制好的流程图的基础上，就可以编写程序了。（4）系统仿真调试

应用系统测试工作包括：

首先功能测评。根据技术指标要求, 逐项测试。完成功能测试, 指标测量, 追踪程序执行, 分析执行时间等。然后系统优化。如硬件电路去除冗余器件,提升性能指标,降低功耗等。软件程序存储空间、循环优化等。最后可靠性测试。检验其抗干扰能力、可靠性等。

系统仿真调试要在集成开发环境中完成。软件仿真中, 在虚拟硬件平台上验证程序的正确性。硬件仿真通过仿真器、开发系统、ICE设备等，借助示波器、逻辑分析仪等电子测量仪器，对开发的目标系统进行实时在线仿真。

（5）系统运行与维护

应用系统在仿真调试环境中成功后, 确定硬件和软件基本正确，将程序代码固化到单片机的程序存储器中。独立运行该应用系统。在系统独立运行中，随时观察系统，有时需要对其进行改进。如果运行正常，就可以投入正常的工作中。一般来说，在连续工作的过程中，有可能出现调试中没有遇到的问题，需要设计人员进一步改进。经过一定时间的监护，系统运行正常，单片机应用系统的开发工作胜利完成。

2. 89C51单片机系统的硬件电路设计

2.1 硬件系统设计过程

首先根据功能要求, 选择系统的CPU、存储器、I/O接口以及传感器、继电器、显示器、键盘等元器件。其次原理图和PCB板(印制电路板)的设计。使用专门的EDA (电子设计自动化)工具软件(如Protel)。然后制版和组装设计完成后,交付制版生产厂家。在PCB板和元器件齐套时，焊接组装。最后硬件调试利用电子仪器及编写测试程序，进行硬件调试。

时钟电路：时钟信号的产生的基础是振荡脉冲产生电路，电路产生一个固定频率的振荡脉冲信号。有两种产生方法：一种是利用片内振荡电路的时钟电路；另一种是引入外部脉冲