9章 單片機工程應(yīng)用技術(shù)教學(xué)課件教學(xué)課件

1、第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)陜西科技大學(xué)吉濤第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)內(nèi)容提要：了解單片機工程應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)工程設(shè)計的步驟、方法；（重點）熟悉單片機應(yīng)用中的硬件抗干擾和軟件抗干擾技術(shù)；（重點）了解單片機穩(wěn)壓電源模塊設(shè)計；掌握常用接口驅(qū)動電路的應(yīng)用技術(shù)。（重點）學(xué)習(xí)難點：工程項目設(shè)計的方法和技巧；單片機應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試；抗干擾技術(shù)及應(yīng)用 。 第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)：包括單片機系統(tǒng)、用于測控目的的前向傳感器輸入通道，用于輸出

2、控制的后向伺服控制通道以及基本的人機界面通道，在較復(fù)雜的測控系統(tǒng)中，還可能使用到多機系統(tǒng)，會增加包括機-機之間進行通信的信息交互通道。軟件系統(tǒng)：指應(yīng)用程序，如D/A或A/D 轉(zhuǎn)換程序，數(shù)據(jù)采樣程序、數(shù)字濾波程序、標度變換程序、鍵盤處理程序、顯示程序、過程控制程序（如PID運算程序、數(shù)字控制程序）等。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件的基本構(gòu)成 第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的要求與內(nèi)容設(shè)計要求：高可靠性：要求在設(shè)計時將安全可靠性放在第一位。包括選用可靠性高的單片機及接口、外圍設(shè)備，盡可能選擇典型電路，另外還要考慮出故障時的預(yù)防措施和備用設(shè)備方案的選擇；操作性好：單片機控制系

3、統(tǒng)要操作方便、維修簡單；實時性強：單片機控制系統(tǒng)大多用于實時控制，設(shè)計時要合理設(shè)置中斷資源、分配中斷級別，確保能及時處理各種緊急事件和故障；通用性好：硬件設(shè)計方便進行二次開發(fā)和系統(tǒng)維修；軟件設(shè)計采用標準模塊化結(jié)構(gòu)，便于按系統(tǒng)要求繼承和遷移；性能價格比高：系統(tǒng)在設(shè)計時要力求“夠用就行”的設(shè)計原則，在滿足功能需求的前提下，盡可能降低成本。 第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的要求與內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容 單片機系統(tǒng)設(shè)計：根據(jù)工程項目需求，在眾多的MCS-51兼容系列中選擇一款，以最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)擴展，構(gòu)成一個完善的單片機系統(tǒng)；通道與接口設(shè)計：分類設(shè)計系統(tǒng)需要的各

4、種通道，設(shè)計接口電路。由于通道大都是通過I/O口進行配置的，與單片機本身的聯(lián)系不甚緊密，故大多數(shù)接口電路都能方便地移植到選定的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中；系統(tǒng)抗干擾設(shè)計：抗干擾設(shè)計貫穿應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的全過程。從具體方案、器件選擇到電路系統(tǒng)設(shè)計，從硬件系統(tǒng)設(shè)計到軟件系統(tǒng)設(shè)計，都要把抗干擾設(shè)計列為一項重要工作；應(yīng)用軟件設(shè)計：按照功能需求和硬件電路模塊，設(shè)計應(yīng)用軟件。第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程及方法 總體設(shè)計：對系統(tǒng)功能和性能的認識和合理分析，系統(tǒng)單片機及關(guān)鍵芯片的選型，系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的確立和軟、硬件功能的劃分。 硬件設(shè)計：任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計給出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，逐個設(shè)計每

5、一個功能單元的詳細電路原理圖，最后綜合成為一個完整的硬件系統(tǒng)。 軟件設(shè)計：關(guān)鍵是確定軟件應(yīng)完成的任務(wù)及選擇相應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)調(diào)試：目的是要查出用戶系統(tǒng)中硬件設(shè)計與軟件設(shè)計中存在的錯誤及可能出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)問題，以便修改設(shè)計，最終使用戶系統(tǒng)能正確可靠地工作。 第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程及方法應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試方法系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟、硬件聯(lián)調(diào)。 硬件調(diào)試：對印刷電路板、所用的元器件進行質(zhì)量檢查、測試以及對照；采用萬用表、示波器、信號發(fā)生器等一般調(diào)試工具和測試軟件對硬件電路電氣性能測試，看是否能正常工作；軟件調(diào)試：一般是聯(lián)機調(diào)試，另一種是模擬調(diào)試，

6、經(jīng)常采用兩種方法：PC+在線仿真器+編程器 PC+模擬仿真軟件+編程器 軟、硬件聯(lián)調(diào) 最后還需將系統(tǒng)投入工程應(yīng)用現(xiàn)場進行試運行 系統(tǒng)調(diào)試過程 第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試工具 常用的開發(fā)調(diào)試工具包括硬件和軟件工具 軟件工具主要指電子電路設(shè)計軟件、電路仿真軟件、單片機集成調(diào)試環(huán)境軟件等； 硬件包括與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)有關(guān)的所有硬件工具 單片機開發(fā)系統(tǒng)單片機開發(fā)系統(tǒng) ：第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試工具 硬件包括與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)有關(guān)的所有硬件工具 單片機開發(fā)系統(tǒng)單片機開發(fā)系統(tǒng) ：第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)

7、單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試工具 硬件包括與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)有關(guān)的所有硬件工具 其他調(diào)試工具：萬用表：萬用表：用于測量硬件電路的通斷、測試點處穩(wěn)定電流或電壓值；邏輯筆：邏輯筆：主要用于測試數(shù)字電路中測試點的電平狀態(tài)(高或低)及脈沖信號的有無；信號發(fā)生器：信號發(fā)生器：它可作為系統(tǒng)測試時的數(shù)字電路輸入源和模擬電路輸入源，對于模擬調(diào)試階段是非常有用；示波器：示波器：可以測量電平、模擬信號波形及頻率，還可以同時觀察兩個或三個信號的波形及它們之間的相位差。邏輯分析儀：邏輯分析儀：能夠以單通道或多通道實時獲取與觸發(fā)事件的邏輯信號，可保存顯示觸發(fā)事件前后所獲取的信號，供操作者隨時觀察， 第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)

8、單片機工程應(yīng)用技術(shù)干擾源分析 外部干擾：主要來源有電源電網(wǎng)電壓的波動； 內(nèi)部干擾：由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、制造工藝所引入的。如分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場輻射感應(yīng)，長線傳輸造成的波反射；多點接地造成的電位差引入的干擾；裝置及設(shè)備中各種寄生振蕩引入的干擾以及熱噪聲、閃變噪聲、尖峰噪聲等引入的干擾；甚至元器件產(chǎn)生的噪聲等。干擾竄入的渠道主要有三條： 空間干擾，即場干擾，通過電磁波輻射竄入系統(tǒng)； 過程通道干擾，干擾通過與主機相聯(lián)的前向通道、后向通道及與其他主機的相互通道進入； 供電系統(tǒng)干擾。第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)硬件抗干擾設(shè)計 電源系統(tǒng)的抗干擾；接地系統(tǒng)抗干擾；前向、后

9、向通道的抗干擾傳輸線的抗干擾 電路板布線的抗干擾 軟件抗干擾設(shè)計 數(shù)據(jù)采集中的軟件抗干擾程序運行中的抗干擾 第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機系統(tǒng)的直流供電形式主要有兩種，一種是采用電池供電，另一種是使用直流穩(wěn)壓電源供電。直流穩(wěn)壓電源主要有線性電源和開關(guān)電源兩種類型對于單片機這樣的低成本應(yīng)用系統(tǒng)，更多的還是采用簡易的線性電源，制作非常容易。本節(jié)將介紹常用的以三端式集成穩(wěn)壓器為核心的單片機直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計。 三端穩(wěn)壓器介紹 ： 集成穩(wěn)壓器只有輸入端、輸出端和公共端三個引腳端，故稱為三端集成穩(wěn)壓器。第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)基于三端穩(wěn)壓器的電源穩(wěn)壓電路設(shè)計 ： 單片機的工作電壓在5V左右，設(shè)計中可以選用7805組成單片機電源電路 T 工頻交流脈動直流 直流整流濾波穩(wěn)壓負載第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)三極管驅(qū)動電路 單三極管驅(qū)動電路 復(fù)合管驅(qū)動電路 光電耦合器件驅(qū)動電路 光電耦合器概念 光電耦合隔離電路 晶閘管驅(qū)動電路繼電器驅(qū)動電路 第第9章章單片機工程應(yīng)用技術(shù)單片機工程應(yīng)用技術(shù)介紹了單片機工程應(yīng)用系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)