单片机系统设计的方法和步骤 典型实例的设计过程 单片机应用系统调试方法
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3、软件抗干扰 指令复执 数字滤波 程序卷回 开关量输入方法 程序执行过程中的软件抗干扰 WATCHDOG
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-9 温湿度检测仪硬件总体框图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-10 Cu100桥式电路图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
一个应用系统中的软件一般是由系统的监控程序和应用程 序两部分构成的。
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，设计出合理的软件总体结构。
13.3.5 资源分配
1、ROM/EPROM资源的分配 ROM/EPROM用于存放程序和数据表格。
13.4.1 单片机应用系统调试工具
在单片机应用系统调试中，最常用的调试工具有以下几种： 单片机开发系统 万用表 逻辑笔 逻辑脉冲发生器与模拟信号发生器 示波器 逻辑分析仪
13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法
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运行适当的测试程序 (也可以是与硬件有关的部分用户程序段)，检查用户系统硬 件中存在的故障。
13.3 单片机应用系统的设计方法
系统性能主要由精度、速度、功耗、体积、重量、价格、可 靠性的技术指标来衡量。系统研制前，要根据需求调查结果给 出上述各指标的定额。一旦这些指标被确定下来，整个系统将 在这些指标限定下进行设计。系统的速度、体积、重量、价格、 可靠性等指标会左右系统软、硬件的功能的划分。系统功能尽 可能用硬件完成，这样可提高系统的工作速度，但系统的体积、 重量、功耗、硬件成本都相应地增大，而且还增加了硬件所带 来的不可靠因素。用软件功能尽可能地代替硬件功能，可使系 统体积、重量、功耗、硬件成本降低，并可提高硬件系统的可 靠性，但是可能会降低系统的工作速度。因此，在进行系统功 能的软、硬件划分时，一定要依据系统性能指标综合考虑。
第13章 单片机综合实例分析
本章要点
单片机系统设计的方法和步骤 典型实例的设计过程 单片机应用系统调试方法 单片机应用系统的开发工具单片机双机通信 的应用程序设计
本章大纲
• 13.1 单片机应用系统开发设计 • 13.2 单片机应用系统的开发工具 • 13.3 单片机应用系统的设计方法 • 13.4 单片机应用系统调试 • 13.5 单片机系统的抗干扰技术 • 13.6 基于51单片机的温湿度检测仪 • 13.7 家庭安全报警系统 •思考与练习
10.5 家庭安全报警系统
图13-28 系统电源
10.5 家庭安全报警系统
图13-29 红外传感器信号放大电路
10.5 家庭安全报警系统
图13-30 看门狗复位电路
10.5 家庭安全报警系统
图13-31 时钟脉冲发生电路
10.5 家庭安全报警系统
图13-32 声光报警电路
10.5 家庭安全报警系统
（3）系统的动态性能指标(包括精度、速度参数)是否满足设计 要求。
13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法
4、现场调试 一般情况下，通过系统联调后，用户系统就可以按照设计
目标正常工作了。但在某些情况下，由于用户系统运行的环 境较为复杂(如环境干扰较为严重、工作现场有腐蚀性气体 等)，在实际现场工作之前，环境对系统的影响无法预料，只 能通过现场运行调试来发现问题，找出相应的解决方法；或 者虽然已经在系统设计时考虑到抗干扰的对策，但是否行之 有效，还必须通过用户系统在实际现场的运行来加以验证。 另外，有些用户系统的调试是在用模拟设备代替实际监测、 控制对象的情况下进行的，这就更有必要进行现场调试，以 检验用户系统在实际工作环境中工作的正确性。
采样启动A/D
N
成源自文库读取7135？
N Y
存储数据
越限报警
Y
是否越限？
N
修改采样通道
是否8路温度 都采样了？
Y
返回
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
8路湿度采样 程序
选择采样通道
N
每来一个周期 计数器+1
1S是否到？
Y N
存储数据
频率转换成 相对湿度
越限报警
Y
是否越限？
N
修改采样通道
是否8路温度 都采样了？
图13-11 本设计中AD转换电路图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-12 调量程电路
图13-13 调零电路
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-14 湿度检测电路电路图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-15 报警电路电路图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-16 12864LCD与单片机的接口图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-16 12864LCD与单片机的接口图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-17 键盘电路
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-18 220V交流电转换为5V直流电电路图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
Y
返回
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
扫描键盘 程序
扫描键盘
Keyset 是否被按下？
Y
延时30ms
Keyset 是否被按下？
Y
LCD12864显示
N
选择相应值设定
相应值+1
N
Keyup被按下 （30ms去抖） 什么键被按下？
Keydown被按下 （30ms去抖）
相应值-1
Keyout被按下（30ms去抖） 返回
硬件中存在的器件内部故障、器件间连接逻辑错误等的一种 硬件检查。由于单片机应用系统的硬件动态调试是在开发系 统的支持下完成的，故又称为联机仿真或联机调试。
动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。
13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法
2、软件调试 软件调试主要解决问题：
（1）程序跳转错。 （2）程序错误。 （3）动态错误。 （4）加电复位电路的错误。
13.5 单片机系统的抗干扰技术
1、常见干扰的种类
13.5 单片机系统的抗干扰技术
图13-4 内部和外部干扰示意图
13.5 单片机系统的抗干扰技术
2、硬件抗干扰 （1）电源抗干扰的基本方法 （2）多路模拟开关抗干扰方法 （3）放大器抗干扰方法 （4）抗干扰稳压电源 （5）输入输出隔离 （6
13.5 单片机系统的抗干扰技术
软件调试的基本方法： （1）先独立后联机 （2）先分块后组合 （3）先单步后连续
13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法
3、系统联调 系统联调主要解决以下问题：
（1）软、硬件能否按预定要求配合工作，如果不能，那么问 题出在哪里，如何解决。
（2）系统运行中是否有潜在的设计时难以预料的错误。如硬 件延时过长造成工作时序不符合要求，布线不合理造成有信 号串扰等。
应用系统中的应用软件是根据系统功能设计的，应可靠地 实现系统的各种功能。
13.3.3 硬件设计
程序存储器 数据存储器 I/O接口 译码电路 总线驱动器 抗干扰电路
13.3.4 软件设计
整个单片机应用系统是一个整体。在进行应用系统总体设 计时，软件设计和硬件设计应统一考虑，相结合进行。当系 统的硬件电路设计定型后，软件的任务也就明确了。
图13-33 电平转换电路
10.5 家庭安全报警系统
图13-34 TC35I外围电路
10.5 家庭安全报警系统
图13-34 TC35I外围电路
思考与练习
1.概念题 1） 单片机应用系统有了硬件上的抗干扰技术，为什么还需要软
件滤波程序？ 2）什么叫“软件陷阱”？作用是什么？ 3）什么是数字滤波？有哪些优点？ 4）单片机应用系统调试的基本方法是什么？ 5）单片机应用系统硬、软件的设计原则是什么？
13.1 单片机应用系统开发设计
图 13-1 单 片 机 应 用 系 统 开 发 设 计 流 程 图
13.2 单片机应用系统的开发工具
图13-2 仿真机的使用
13.2 单片机应用系统的开发工具
芯
编
片
程
PC
座
器
图13-3 编程器与计算机的连接
13.3 单片机应用系统的设计方法
系统功能主要有数据采集、数据处理、输出控制等。每一个 功能又可细分为若干个子功能。比如数据采集可分为模拟信号 采样与数字信号采样。模拟信号采样与数字信号采样在硬件支 持与软件控制上是有明显差异的。数据处理可分为预处理、功 能性处理、抗干扰等子功能，而功能性处理还可以继续划分为 各种信号处理等。输出控制按控制对象不同可分为各种控制功 能，如继电器控制、D/A转换控制、数码管显示控制等。
硬件调试可分静态调试与动态调试两步进行。 （1）静态调试
静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检查。 静态调试的第一步为目测。 第二步为万用表测试，目测检查后，可进行万用表测试。 第三步为加电检查。 第四步是联机检查。
13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法
（2）动态调试 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统
13.3.1 系统基本结构组成
1、单片机选型 主要考虑因素： 单片机性价比。 开发周期。 2、存储空间分配 3、I/O通道划分 4、I/O方式的确定 5、软、硬件功能划分
13.3.2 单片机应用系统硬、软件的设计原则
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两部分内容：一
是单片机系统扩展，即单片机内部的功能单元(如程序存储器、 数据存储器、I/O、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，选择适当的 芯片，设计相应的扩展连接电路；二是系统配置，即按照系 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，要设计合适的接口电路。 2、应用软件设计的特点
2、RAM资源分配 RAM分为片内RAM 和片外RAM。片内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。
13.4 单片机应用系统调试
单片机应用系统的调试主要是指使用调试工具对系统进行 软件、硬件和系统联调等几个方面的测试。
图13-19 ICL7660接线图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-20 单片机最小系统
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-21 0Ω电阻连接图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
开始 初始化LCD
8路温度采样 程序
选择采样通道
初始化T0 关总中断 8路温度采样 8路温度显示 8路湿度检测 8路湿度显示 扫描键盘
13.5 单片机系统的抗干扰技术
所谓干扰, 一般是指有用信号以外的噪声, 在信号输入、 传输 和输出过程中出现的一些有害的电气变化现象。这些变化迫使 信 号的传输值、 指示值或输出值出现误差, 出现假像。
干扰对电路的影响, 轻则降低信号的质量, 影响系统的稳定 性; 重则破坏电路的正常功能, 造成逻辑关系混乱, 控制失灵。
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-9 温湿度检测仪硬件总体框图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-10 Cu100桥式电路图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
一个应用系统中的软件一般是由系统的监控程序和应用程 序两部分构成的。
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，设计出合理的软件总体结构。
13.3.5 资源分配
1、ROM/EPROM资源的分配 ROM/EPROM用于存放程序和数据表格。
13.4.1 单片机应用系统调试工具
在单片机应用系统调试中，最常用的调试工具有以下几种： 单片机开发系统 万用表 逻辑笔 逻辑脉冲发生器与模拟信号发生器 示波器 逻辑分析仪
13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法
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运行适当的测试程序 (也可以是与硬件有关的部分用户程序段)，检查用户系统硬 件中存在的故障。
13.3 单片机应用系统的设计方法
系统性能主要由精度、速度、功耗、体积、重量、价格、可 靠性的技术指标来衡量。系统研制前，要根据需求调查结果给 出上述各指标的定额。一旦这些指标被确定下来，整个系统将 在这些指标限定下进行设计。系统的速度、体积、重量、价格、 可靠性等指标会左右系统软、硬件的功能的划分。系统功能尽 可能用硬件完成，这样可提高系统的工作速度，但系统的体积、 重量、功耗、硬件成本都相应地增大，而且还增加了硬件所带 来的不可靠因素。用软件功能尽可能地代替硬件功能，可使系 统体积、重量、功耗、硬件成本降低，并可提高硬件系统的可 靠性，但是可能会降低系统的工作速度。因此，在进行系统功 能的软、硬件划分时，一定要依据系统性能指标综合考虑。
第13章 单片机综合实例分析
本章要点
单片机系统设计的方法和步骤 典型实例的设计过程 单片机应用系统调试方法 单片机应用系统的开发工具单片机双机通信 的应用程序设计
本章大纲
• 13.1 单片机应用系统开发设计 • 13.2 单片机应用系统的开发工具 • 13.3 单片机应用系统的设计方法 • 13.4 单片机应用系统调试 • 13.5 单片机系统的抗干扰技术 • 13.6 基于51单片机的温湿度检测仪 • 13.7 家庭安全报警系统 •思考与练习
10.5 家庭安全报警系统
图13-28 系统电源
10.5 家庭安全报警系统
图13-29 红外传感器信号放大电路
10.5 家庭安全报警系统
图13-30 看门狗复位电路
10.5 家庭安全报警系统
图13-31 时钟脉冲发生电路
10.5 家庭安全报警系统
图13-32 声光报警电路
10.5 家庭安全报警系统
（3）系统的动态性能指标(包括精度、速度参数)是否满足设计 要求。
13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法
4、现场调试 一般情况下，通过系统联调后，用户系统就可以按照设计
目标正常工作了。但在某些情况下，由于用户系统运行的环 境较为复杂(如环境干扰较为严重、工作现场有腐蚀性气体 等)，在实际现场工作之前，环境对系统的影响无法预料，只 能通过现场运行调试来发现问题，找出相应的解决方法；或 者虽然已经在系统设计时考虑到抗干扰的对策，但是否行之 有效，还必须通过用户系统在实际现场的运行来加以验证。 另外，有些用户系统的调试是在用模拟设备代替实际监测、 控制对象的情况下进行的，这就更有必要进行现场调试，以 检验用户系统在实际工作环境中工作的正确性。
采样启动A/D
N
成源自文库读取7135？
N Y
存储数据
越限报警
Y
是否越限？
N
修改采样通道
是否8路温度 都采样了？
Y
返回
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
8路湿度采样 程序
选择采样通道
N
每来一个周期 计数器+1
1S是否到？
Y N
存储数据
频率转换成 相对湿度
越限报警
Y
是否越限？
N
修改采样通道
是否8路温度 都采样了？
图13-11 本设计中AD转换电路图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-12 调量程电路
图13-13 调零电路
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-14 湿度检测电路电路图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-15 报警电路电路图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-16 12864LCD与单片机的接口图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-16 12864LCD与单片机的接口图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-17 键盘电路
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-18 220V交流电转换为5V直流电电路图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
Y
返回
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
扫描键盘 程序
扫描键盘
Keyset 是否被按下？
Y
延时30ms
Keyset 是否被按下？
Y
LCD12864显示
N
选择相应值设定
相应值+1
N
Keyup被按下 （30ms去抖） 什么键被按下？
Keydown被按下 （30ms去抖）
相应值-1
Keyout被按下（30ms去抖） 返回
硬件中存在的器件内部故障、器件间连接逻辑错误等的一种 硬件检查。由于单片机应用系统的硬件动态调试是在开发系 统的支持下完成的，故又称为联机仿真或联机调试。
动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。
13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法
2、软件调试 软件调试主要解决问题：
（1）程序跳转错。 （2）程序错误。 （3）动态错误。 （4）加电复位电路的错误。
13.5 单片机系统的抗干扰技术
1、常见干扰的种类
13.5 单片机系统的抗干扰技术
图13-4 内部和外部干扰示意图
13.5 单片机系统的抗干扰技术
2、硬件抗干扰 （1）电源抗干扰的基本方法 （2）多路模拟开关抗干扰方法 （3）放大器抗干扰方法 （4）抗干扰稳压电源 （5）输入输出隔离 （6
13.5 单片机系统的抗干扰技术
软件调试的基本方法： （1）先独立后联机 （2）先分块后组合 （3）先单步后连续
13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法
3、系统联调 系统联调主要解决以下问题：
（1）软、硬件能否按预定要求配合工作，如果不能，那么问 题出在哪里，如何解决。
（2）系统运行中是否有潜在的设计时难以预料的错误。如硬 件延时过长造成工作时序不符合要求，布线不合理造成有信 号串扰等。
应用系统中的应用软件是根据系统功能设计的，应可靠地 实现系统的各种功能。
13.3.3 硬件设计
程序存储器 数据存储器 I/O接口 译码电路 总线驱动器 抗干扰电路
13.3.4 软件设计
整个单片机应用系统是一个整体。在进行应用系统总体设 计时，软件设计和硬件设计应统一考虑，相结合进行。当系 统的硬件电路设计定型后，软件的任务也就明确了。
图13-33 电平转换电路
10.5 家庭安全报警系统
图13-34 TC35I外围电路
10.5 家庭安全报警系统
图13-34 TC35I外围电路
思考与练习
1.概念题 1） 单片机应用系统有了硬件上的抗干扰技术，为什么还需要软
件滤波程序？ 2）什么叫“软件陷阱”？作用是什么？ 3）什么是数字滤波？有哪些优点？ 4）单片机应用系统调试的基本方法是什么？ 5）单片机应用系统硬、软件的设计原则是什么？
13.1 单片机应用系统开发设计
图 13-1 单 片 机 应 用 系 统 开 发 设 计 流 程 图
13.2 单片机应用系统的开发工具
图13-2 仿真机的使用
13.2 单片机应用系统的开发工具
芯
编
片
程
PC
座
器
图13-3 编程器与计算机的连接
13.3 单片机应用系统的设计方法
系统功能主要有数据采集、数据处理、输出控制等。每一个 功能又可细分为若干个子功能。比如数据采集可分为模拟信号 采样与数字信号采样。模拟信号采样与数字信号采样在硬件支 持与软件控制上是有明显差异的。数据处理可分为预处理、功 能性处理、抗干扰等子功能，而功能性处理还可以继续划分为 各种信号处理等。输出控制按控制对象不同可分为各种控制功 能，如继电器控制、D/A转换控制、数码管显示控制等。
硬件调试可分静态调试与动态调试两步进行。 （1）静态调试
静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检查。 静态调试的第一步为目测。 第二步为万用表测试，目测检查后，可进行万用表测试。 第三步为加电检查。 第四步是联机检查。
13.4.2 单片机应用系统的一般调试方法
（2）动态调试 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统
13.3.1 系统基本结构组成
1、单片机选型 主要考虑因素： 单片机性价比。 开发周期。 2、存储空间分配 3、I/O通道划分 4、I/O方式的确定 5、软、硬件功能划分
13.3.2 单片机应用系统硬、软件的设计原则
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两部分内容：一
是单片机系统扩展，即单片机内部的功能单元(如程序存储器、 数据存储器、I/O、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，选择适当的 芯片，设计相应的扩展连接电路；二是系统配置，即按照系 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，要设计合适的接口电路。 2、应用软件设计的特点
2、RAM资源分配 RAM分为片内RAM 和片外RAM。片内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。
13.4 单片机应用系统调试
单片机应用系统的调试主要是指使用调试工具对系统进行 软件、硬件和系统联调等几个方面的测试。
图13-19 ICL7660接线图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-20 单片机最小系统
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
图13-21 0Ω电阻连接图
13.6 基于51单片机的温湿度检测仪
开始 初始化LCD
8路温度采样 程序
选择采样通道
初始化T0 关总中断 8路温度采样 8路温度显示 8路湿度检测 8路湿度显示 扫描键盘
13.5 单片机系统的抗干扰技术
所谓干扰, 一般是指有用信号以外的噪声, 在信号输入、 传输 和输出过程中出现的一些有害的电气变化现象。这些变化迫使 信 号的传输值、 指示值或输出值出现误差, 出现假像。
干扰对电路的影响, 轻则降低信号的质量, 影响系统的稳定 性; 重则破坏电路的正常功能, 造成逻辑关系混乱, 控制失灵。