单片机应用系统设计方法-PPT课件
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单片机原理与应用电子课件
单片机应用系统 设计方法
2019/3/16 1
本章主要内容
10.1 单片机典型应用系统组成
10.2 单片机典型应用系统开发过程
2019/3/16
2
10.1 单片机典型应用系统组 成单片机典型应用系统组成 10.1
单片机典型应用系统组成如图10-1所示。
图10-1单片机典型应用系统组成
低，使系统有较高的性价比。
2019/3/16 10
(3)芯片加密功能完善
如果所选芯片加密功能完善，则软件不容易破解，
使委托方与开发者的利益都可以得到保护。
(4)尽量选择用户广泛、技术成熟而设计人员又熟悉的
单片机类型 选择用户广泛、技术成熟而设计人员又熟悉的单片 机类型，在研制任务重、时间紧的情况下，可以较快地 进行系统设计。
2019/3/16
8
2.CPU的合理选型 目前世界上生产单片机的厂商有几十家，单片机芯 片的型号有上千种，其中应用较多的产品有Intel公司 的MCS-51及其兼容芯片(如ATMEL公司的89S5X系列、 Philips公司的51系列等)、MCS-51派生型芯片(如SST 公司的89E5XRD2系列、华邦Winbond的W78与 W77系列、 Philips公司的LPC76X与LPC900系列等)、 ATMEL公司的AVR系列、Microchip公司的PIC系列、 Motorola公司的M68HC系列、TI公司的TMS430系 列等MCU芯片以及以ARM为内核的32位MCU芯片。 一般来说，在选择单片机类型时应综合考虑以下几 2019/3/16 9 个因素：
输入及结果的显示。
2019/3/16 4
单片机系统是将硬件和软件合理的结合起来，构成
一个完整的系统装置来完成特定的功能或任务。
其中 ◆软件是用以实现有关功能的“思想或灵魂”； ◆硬件是保证这种工作进程的“平台或介质”。
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5
10.2单片机典型应用系统开发过程 单片机应用系统开发过程包括总体设计、硬件设计、 软件设计、仿真调试、性能测试、可靠性实验和产品化 等几个阶段，如图10-2所示。但各阶段不是绝对独立 的，有时是交叉进行的。
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3.关键器件的选择
确定单片机类型后，通常还需要对系统中一些严重
影响系统性能指标的器件进行选择。例如，在精确测控
系统中，传感器、前置微弱信号放大器的精度或使用条
件等因素直接影响系统的控制效果，必须慎重选择。 4.绘制总体框图 根据选择的器件和要实现的功能，绘制系统总统组 成框图。
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1．系统硬件电路设计的一般原则
◆尽可能选择典型电路、采用硬件移植技术、力求硬件
电路标准化、模块化；
◆尽可能选择功能强的芯片，简化电路的设计；
◆系统配置及扩展必须充分满足系统的功能要求，并留
有余地，以便于系统的二次开发； ◆在不影响系统功能的条件下，采用“以软代硬”方法，
以简化系统的硬件电路，降低成本，提高系统的可靠性。
2019/Βιβλιοθήκη Baidu/16
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在应用中，系统的软/硬件功能划分要根据系统的要 求而定，一些硬件电路的功能可以由软件来实现，反之 亦然。 用硬件来实现某些功能可以提高系统反应速度、减 少存储容量、缩短软件开发周期，但会增加系统硬件成 本，使系统的灵活性与适应性变差；相反，若用软件来 实现某些硬件功能，可以节省硬件开支，增强灵活性和 适应性，但系统反应速度会下降，软件设计费用和所需 存储器容量也相应增加。 对于产品量大、价格敏感的小产品，原则上能用软 件实现的功能，不靠硬件电路完成。但如果系统对实时 性要求较高，应采用硬件实现。因此在在总体设计时， 必须权衡利弊，仔细划分好硬件和软件的功能。
(1)货源稳定、充足
所选单片机芯片在国内元器件市场上货源要稳定、
充足，并且有成熟的开发设备(主要指仿真器和编程器)。
对于MCS-51及其兼容芯片来说，在研制阶段可选择带
Flash ROM存储器的CPU芯片，如89S5X系列，借助 ISP编程器即可反复修改监控程序，便于调试。 (2)性价比高 在保证性能指标的情况下，所用芯片价格要尽可能
●以单片机作为控制核心，通过A/D接口实现模拟 信号的采集；
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●通过D/A接口，输出模拟量的控制信号，实现对执行 机构的控制； ●通过开关量输入输出通道，实现开关信号的检测和控
制；
●通过通信接口，实现系统和外界（单片机或PC）的数
据交换和远程传输；
●通过人机界面，沟通用户和系统，实现数据和命令的
般先进行总体设计。总体设计包括以下内容：
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1.项目调研、方案论证
设计人员接到研制任务后，首先应对用户提出的
任务进行深入细致的分析和项目调研，参考国内外同
类或相关产品的有关资料和标准，根据系统的工作环
境、用途、功能和技术指标，经过反复论证拟定出性 价比最高的一套方案。这是系统设计的依据和出发点， 也是决定系统设计是否成功的关键。
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10.2.3系统硬件设计 单片机应用系统由硬件和软件两部分组成。硬件部
分以CPU为核心，包括了扩展存储器、输入/输出接口
电路及设备等；软件部分包括各种控制程序。只有硬件
和软件的密切配合、协调一致，才能组成一个高性能的
单片机应用系统。硬件设计时应考虑系统资源及软件实 现方法，而软件设计时又必须了解硬件的工作原理。
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◆系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。例如选用 CMOS芯片单片机构成低功耗的系统时，系统中全部芯 片都应选择低功耗器件。 ◆单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。若驱 动能力不足，则系统工作不可靠。这时应增设线驱动器 或者减少芯片功耗，降低总线负载。 ◆可靠性与抗干扰设计：去耦滤波、合理布线、信号隔 离、看门狗电路等； ◆工艺设计，包括机架机箱、面板、配线、接插件等， 必须兼顾电磁兼容的要求以及安装、调试、维护等操作 是否方便的要求。 2019/3/16 16
图10-2单片机典型应用系统开发过程
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10.2 单片机典型应用系统开 发过程 10.2.1 确定任务
首先要细致分析、研究实际问题，明确设计目的，
综合考虑系统的先进性、可靠性、可维护性以及成本、
经济效益，拟订出合理可行的技术性能指标，编写设计
任务书。
10.2.2总体设计
设计人员在接到单片机应用系统的研制任务后，一
单片机应用系统 设计方法
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本章主要内容
10.1 单片机典型应用系统组成
10.2 单片机典型应用系统开发过程
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10.1 单片机典型应用系统组 成单片机典型应用系统组成 10.1
单片机典型应用系统组成如图10-1所示。
图10-1单片机典型应用系统组成
低，使系统有较高的性价比。
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(3)芯片加密功能完善
如果所选芯片加密功能完善，则软件不容易破解，
使委托方与开发者的利益都可以得到保护。
(4)尽量选择用户广泛、技术成熟而设计人员又熟悉的
单片机类型 选择用户广泛、技术成熟而设计人员又熟悉的单片 机类型，在研制任务重、时间紧的情况下，可以较快地 进行系统设计。
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2.CPU的合理选型 目前世界上生产单片机的厂商有几十家，单片机芯 片的型号有上千种，其中应用较多的产品有Intel公司 的MCS-51及其兼容芯片(如ATMEL公司的89S5X系列、 Philips公司的51系列等)、MCS-51派生型芯片(如SST 公司的89E5XRD2系列、华邦Winbond的W78与 W77系列、 Philips公司的LPC76X与LPC900系列等)、 ATMEL公司的AVR系列、Microchip公司的PIC系列、 Motorola公司的M68HC系列、TI公司的TMS430系 列等MCU芯片以及以ARM为内核的32位MCU芯片。 一般来说，在选择单片机类型时应综合考虑以下几 2019/3/16 9 个因素：
输入及结果的显示。
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单片机系统是将硬件和软件合理的结合起来，构成
一个完整的系统装置来完成特定的功能或任务。
其中 ◆软件是用以实现有关功能的“思想或灵魂”； ◆硬件是保证这种工作进程的“平台或介质”。
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10.2单片机典型应用系统开发过程 单片机应用系统开发过程包括总体设计、硬件设计、 软件设计、仿真调试、性能测试、可靠性实验和产品化 等几个阶段，如图10-2所示。但各阶段不是绝对独立 的，有时是交叉进行的。
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3.关键器件的选择
确定单片机类型后，通常还需要对系统中一些严重
影响系统性能指标的器件进行选择。例如，在精确测控
系统中，传感器、前置微弱信号放大器的精度或使用条
件等因素直接影响系统的控制效果，必须慎重选择。 4.绘制总体框图 根据选择的器件和要实现的功能，绘制系统总统组 成框图。
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1．系统硬件电路设计的一般原则
◆尽可能选择典型电路、采用硬件移植技术、力求硬件
电路标准化、模块化；
◆尽可能选择功能强的芯片，简化电路的设计；
◆系统配置及扩展必须充分满足系统的功能要求，并留
有余地，以便于系统的二次开发； ◆在不影响系统功能的条件下，采用“以软代硬”方法，
以简化系统的硬件电路，降低成本，提高系统的可靠性。
2019/Βιβλιοθήκη Baidu/16
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在应用中，系统的软/硬件功能划分要根据系统的要 求而定，一些硬件电路的功能可以由软件来实现，反之 亦然。 用硬件来实现某些功能可以提高系统反应速度、减 少存储容量、缩短软件开发周期，但会增加系统硬件成 本，使系统的灵活性与适应性变差；相反，若用软件来 实现某些硬件功能，可以节省硬件开支，增强灵活性和 适应性，但系统反应速度会下降，软件设计费用和所需 存储器容量也相应增加。 对于产品量大、价格敏感的小产品，原则上能用软 件实现的功能，不靠硬件电路完成。但如果系统对实时 性要求较高，应采用硬件实现。因此在在总体设计时， 必须权衡利弊，仔细划分好硬件和软件的功能。
(1)货源稳定、充足
所选单片机芯片在国内元器件市场上货源要稳定、
充足，并且有成熟的开发设备(主要指仿真器和编程器)。
对于MCS-51及其兼容芯片来说，在研制阶段可选择带
Flash ROM存储器的CPU芯片，如89S5X系列，借助 ISP编程器即可反复修改监控程序，便于调试。 (2)性价比高 在保证性能指标的情况下，所用芯片价格要尽可能
●以单片机作为控制核心，通过A/D接口实现模拟 信号的采集；
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●通过D/A接口，输出模拟量的控制信号，实现对执行 机构的控制； ●通过开关量输入输出通道，实现开关信号的检测和控
制；
●通过通信接口，实现系统和外界（单片机或PC）的数
据交换和远程传输；
●通过人机界面，沟通用户和系统，实现数据和命令的
般先进行总体设计。总体设计包括以下内容：
2019/3/16 7
1.项目调研、方案论证
设计人员接到研制任务后，首先应对用户提出的
任务进行深入细致的分析和项目调研，参考国内外同
类或相关产品的有关资料和标准，根据系统的工作环
境、用途、功能和技术指标，经过反复论证拟定出性 价比最高的一套方案。这是系统设计的依据和出发点， 也是决定系统设计是否成功的关键。
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10.2.3系统硬件设计 单片机应用系统由硬件和软件两部分组成。硬件部
分以CPU为核心，包括了扩展存储器、输入/输出接口
电路及设备等；软件部分包括各种控制程序。只有硬件
和软件的密切配合、协调一致，才能组成一个高性能的
单片机应用系统。硬件设计时应考虑系统资源及软件实 现方法，而软件设计时又必须了解硬件的工作原理。
2019/3/16 15
◆系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。例如选用 CMOS芯片单片机构成低功耗的系统时，系统中全部芯 片都应选择低功耗器件。 ◆单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。若驱 动能力不足，则系统工作不可靠。这时应增设线驱动器 或者减少芯片功耗，降低总线负载。 ◆可靠性与抗干扰设计：去耦滤波、合理布线、信号隔 离、看门狗电路等； ◆工艺设计，包括机架机箱、面板、配线、接插件等， 必须兼顾电磁兼容的要求以及安装、调试、维护等操作 是否方便的要求。 2019/3/16 16
图10-2单片机典型应用系统开发过程
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10.2 单片机典型应用系统开 发过程 10.2.1 确定任务
首先要细致分析、研究实际问题，明确设计目的，
综合考虑系统的先进性、可靠性、可维护性以及成本、
经济效益，拟订出合理可行的技术性能指标，编写设计
任务书。
10.2.2总体设计
设计人员在接到单片机应用系统的研制任务后，一