單片機原理及應(yīng)用電子教案

<單片機原理與接口技術(shù)>

電子教案

重慶工商職業(yè)學(xué)院第七章

單片機運用系統(tǒng)設(shè)計［內(nèi)容提要］本章主要引見單片機運用系統(tǒng)的設(shè)計。目前單片機的運用領(lǐng)域非常廣泛，可以說，已深化到了包括工業(yè)過程控制、智能化儀器儀表、家用電器等在內(nèi)的各行各業(yè)。本章中列舉的只是單片機眾多運用中的幾個側(cè)面。以單片機為中心的產(chǎn)品的開發(fā)需求單片機開發(fā)系統(tǒng)的支持，本章對單片機開發(fā)系統(tǒng)作了初步引見。［學(xué)習(xí)要求］在本章的學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)主要了解并初步掌握單片機運用系統(tǒng)的設(shè)計，即如何規(guī)劃單片機運用系統(tǒng)軟、硬件之間的關(guān)系，如何合理地選擇外部擴展器件，合理分配單片機資源等?！粜枨螳@取在進入正式開發(fā)之前，必需先從用戶處獲取準(zhǔn)確的需求。在這上面破費相當(dāng)時間是很必要的。工程可以大致分為委托開發(fā)和公司立項開發(fā)兩大類。對于委托開發(fā)，例如給某單位開發(fā)一套該單位公用的系統(tǒng)，普通用戶對于工程要完成哪些功能曾經(jīng)有了一個比較清楚的輪廓，而且往往在開發(fā)合同中曾經(jīng)大致地規(guī)定了。但是，開發(fā)合同上規(guī)定的只是一個大約的框架，在進入開發(fā)之前必需與用戶進展比較詳細的交流和討論，了解清楚用戶心目中的產(chǎn)品終究是什么樣子。這個步驟假設(shè)沒有好好做，往往到了開發(fā)任務(wù)的后期才發(fā)現(xiàn)開發(fā)人員的了解和用戶的要求有一些誤解，那么必然呵斥時間上的浪費。對于公司立項開發(fā)的工程，在開發(fā)之前應(yīng)該做一定的市場調(diào)查任務(wù)，一方面是從經(jīng)濟效益思索，調(diào)查產(chǎn)品的潛在市場有多大，另一方面是從技術(shù)的角度，必需了解清楚潛在用戶對產(chǎn)品的各種功能上的要求，例如，用戶如今運用什么產(chǎn)品，對該產(chǎn)品有什么意見和要求等等，根據(jù)調(diào)查的統(tǒng)計結(jié)果斷定即將開發(fā)的產(chǎn)品的一些技術(shù)目的。7.1單片機運用系統(tǒng)的設(shè)計過程一、合理的開發(fā)流程◆需求分析在了解用戶的需求之后，將需求用一種模型來表示，就是需求分析。強調(diào)幾個問題:▲要分清問題域與系統(tǒng)責(zé)任▲需求獲取與需求分析的關(guān)系▲分析與設(shè)計過程的銜接7.1單片機運用系統(tǒng)的設(shè)計過程一、合理的開發(fā)流程◆設(shè)計過程設(shè)計階段的任務(wù)包括:對分析模型必要的修正。能夠需求對某些類構(gòu)造進展一些修正，這些修正的緣由能夠是編程環(huán)境的要求，或者為了重用以前的某些任務(wù)。定義界面部分、數(shù)據(jù)訪問(數(shù)據(jù)庫)部分。由于目前很多編程言語都可以可視化地設(shè)計界面，所以界面部分任務(wù)往往留到了編碼階段來完成。于是設(shè)計階段的任務(wù)量并不大?！艟幋a進入編碼任務(wù)之后，能夠會發(fā)現(xiàn)前面分析或設(shè)計階段的某些錯誤，這時應(yīng)前往到前面的階段進展必要的修正?！魷y試即使是小工程，也應(yīng)該嚴(yán)厲地進展測試。◆人員安排比較小的工程，往往是幾個人來完成，這幾個人根本上從頭到尾參與開發(fā)。在這幾個人中，有一位工程擔(dān)任人，擔(dān)任分析、設(shè)計和協(xié)調(diào)的任務(wù)。由于工程小，工程擔(dān)任人也要參與編程,那么這人必需把時間合理運用，留意以下以點原那么:▲協(xié)調(diào)幾個人的任務(wù)比本人完成一段編碼更重要由于協(xié)調(diào)上出了破綻，能夠?qū)е潞艽蟮膯栴}，所以工程擔(dān)任人必需隨時監(jiān)控各開發(fā)人員的任務(wù)，包括內(nèi)容能否與要求發(fā)生偏向，進度能否滯后等等。只需在完成這些任務(wù)之后，工程擔(dān)任人剩下的時間才干用于編程?！o每個開發(fā)人員明確的義務(wù)書不論是用面向?qū)ο蠡蛘咂渌椒ㄩ_發(fā)，分析、設(shè)計模型只是從功能的角度來描畫系統(tǒng)。但是，詳細開發(fā)時每個開發(fā)人員必需非常明確本人的義務(wù)，這些義務(wù)應(yīng)該采用明確的文檔來表示。▲讓大家都大致熟習(xí)設(shè)計模型讓每個開發(fā)人員都清楚本人所做的任務(wù)在整個系統(tǒng)中處于什么位置，有時侯能夠會發(fā)現(xiàn)設(shè)計模型中的破綻，防止了各人的代碼編寫終了之后又要修正的后果。7.1單片機運用系統(tǒng)的設(shè)計過程一、合理的開發(fā)流程7.1單片機運用系統(tǒng)的設(shè)計過程二、產(chǎn)品開發(fā)流程框圖1122圖7-1開發(fā)流程圖7.2單片機開發(fā)工具一、開發(fā)手段的選擇仿真插頭單片機運用系統(tǒng)〔用戶系統(tǒng)〕EPROM寫入插口開發(fā)模板通用計算機系統(tǒng)總線圖7-2微機開發(fā)系統(tǒng)◆805l宏匯編言語◆PL/M-51言語◆C-51言語7.2單片機開發(fā)工具二、開發(fā)工具軟件圖7-3偉福仿真器菜單界面義務(wù)描畫：潛水泵自動控制維護器具有兩大功能，第一是維護功能：能在泵體缺水時實施自動維護，并能根據(jù)預(yù)設(shè)時間自動恢復(fù)工作。第二是自動控制功能：能根據(jù)水塔水位，自動啟停水泵?？傮w設(shè)計◆需求分析▲需求獲取本工程最早由一家專門消費潛水泵的廠家提出，該廠家在消費和銷售過程中，不斷接到用戶反響潛水泵燒壞，主要緣由是在抽水過程中，由于水源來水缺乏，潛水泵干抽燒壞，所以提出開發(fā)一種維護安裝，就有了最初的潛水泵自動控制維護器工程的需求，再根據(jù)實踐中，許多情況是給水塔抽水，這樣就要知道水塔缺水和水滿情況，還有在寬廣鄉(xiāng)村有時要計時抽水，這樣就確定最后方案?！O(shè)計開發(fā)義務(wù)書本工程是一個很小的工程，開發(fā)人員為：工程擔(dān)任人一名、一名軟件工程師、一名硬件工程師、一名技術(shù)員。工程擔(dān)任人擔(dān)任協(xié)調(diào)各人員任務(wù)和檢查進度，軟件工程師擔(dān)任程序設(shè)計，硬件工程師擔(dān)任硬件原理圖及PCB板設(shè)計，技術(shù)人員擔(dān)任原器件購買、測試和組裝任務(wù)。7.3單片機運用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制維護器總體設(shè)計◆方案設(shè)計采用89C2051單片機控制、二個鍵〔K1、K2〕用來起動水泵前的參數(shù)設(shè)置，水位器：〔三個〕水池上水位器、水池下水位器、潛水泵水位器，用來檢測水位保證水泵正常任務(wù)，該維護器有兩種任務(wù)方式，一種是自動控制方式，主要用在對水塔抽水，另一種是定時任務(wù)方式主要運用在計時抽水。◆測試方案硬件測試：主要測試各部分硬件能否能正常任務(wù)，每部分經(jīng)過簡單程序來檢測。軟件測試：測試軟件能否符合設(shè)計要求、能否存在BUG。7.3單片機運用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制維護器詳細設(shè)計◆硬件設(shè)計▲主要元器件89C2051一片、78L05一個、LED3個、按鍵二個、水位檢測器三個、MOC3020一個、變壓器一個、及電阻、電容、三極管、燈等假設(shè)干?！鳯ED任務(wù)原理及動態(tài)顯示：本工程采用的是共陽極的3個LED數(shù)碼管，要點亮某個數(shù)碼管的某筆劃，那么相應(yīng)的數(shù)碼管陽極加＋5V電源，相應(yīng)筆劃的陰極端接低電平，本方案三個數(shù)碼管陰極是相連的，所以在陽極必需輪番有效，只需時間合理，在人的視覺就會看到同時亮的結(jié)果。7.3單片機運用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制維護器詳細設(shè)計▲原理圖7.3單片機運用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制維護器詳細設(shè)計◆軟件設(shè)計LED顯示程序LED0 EQU 41H;定義LED顯示緩沖低位單元LED1 EQU 42H;LED2 EQU 43H;定義LED顯示緩沖高位單元 ……LOOP:LCALLDISPLAY……SJMPLOOP……DISPLAY:PUSH ACC MOV A,LED2 LCALL DISP17.3單片機運用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制維護器CLR P3.2LCALLDEL1SETB P3.2MOV A,LED1LCALLDISP1CLR P3.3LCALLDEL1SETB P3.3MOV A,LED0LCALL DISP1CLR P3.4LCALLDEL1

SETB P3.4POP ACC RETDISP1: MOV DPTR,#DBB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A RETDEL1: MOV R3,#10DEL: MOV R4,#50DJNZ R4,$ DJNZ R3,DEL RET;數(shù)碼管字形碼DBB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H;0-6 DB 82H,0F8H,80H,90H ;7-9 END詳細設(shè)計◆軟件設(shè)計7.3單片機運用系統(tǒng)舉例一、潛水泵自動控制維護器義務(wù)描畫：本控制器能根據(jù)用戶設(shè)定的加溫溫限〔最高溫度〕，以及加熱時間、冷卻時間，自動調(diào)理加熱功率，從而到達可調(diào)速加熱的目的。總體設(shè)計◆需求分析▲需求獲取本工程最初由湘潭大學(xué)理化實驗室提出需求，在化學(xué)實驗金屬相圖實驗中，原有的實驗儀〔一臺PC機、一臺加熱爐、一臺測溫儀〕要做一個完好的實驗需求四五個小時以上，并且數(shù)據(jù)要學(xué)生本人記錄并本人計算和給制圖形，往往幾個小時不能完成一個實驗，為理處理這個問題，提出開發(fā)一種新的實驗設(shè)備，新的實驗儀〔PC機一臺、兩臺測溫儀，每臺測溫儀可以接六路溫度傳感器，兩臺加熱爐〕，這樣一臺PC機可同時采集12路數(shù)據(jù)，整個過程由PC機上軟件完成，不需學(xué)生記錄數(shù)據(jù)和繪制圖形和表格，大大提高了實驗速度，實驗結(jié)果更準(zhǔn)確和直觀。同時一個實驗室可以省下一半PC機，節(jié)約了設(shè)備本錢。本工程只是該實驗儀中一部分，也就是加熱爐的控制部分?！O(shè)計開發(fā)義務(wù)書本工程開發(fā)人員如下：工程擔(dān)任人一名，軟件工程師四名、硬件工程師一名、構(gòu)造工程師一名、技術(shù)員一名、采購員一名。其中兩名軟件工程師擔(dān)任PC軟件開發(fā)、一名軟件工程師擔(dān)任測溫儀軟件開發(fā)、一名軟件工程師擔(dān)任加熱爐軟件開發(fā)。7.3單片機運用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐總體設(shè)計◆方案設(shè)計整個方案在這里就不詳述，這里只就加熱爐部分進展闡明，由于一臺PC機同時控制兩臺加熱儀和兩臺測溫儀，所以本臺都有相應(yīng)地址，與PC機通訊采用CAN總線，地址用24C01存儲，加溫速度由PC機根據(jù)當(dāng)時室溫發(fā)送相應(yīng)加熱功率百分比來控制加熱爐。加熱爐由89C1051控制。如接納到PC機發(fā)送的功率是80，那么可經(jīng)過控制加熱爐80%時間翻開電源，20%時間關(guān)斷電源，詳細通訊協(xié)議讀者可以本人制定，并完好好程序，并在做實驗或?qū)嵱?xùn)時調(diào)試。

◆測試方案硬件測試：主要測試各部分硬件能否能正常任務(wù)，每部分經(jīng)過簡單程序來檢測。軟件測試：加熱爐在不同室溫下能不能在一樣時間加熱到指定溫度。7.3單片機運用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐詳細設(shè)計◆硬件設(shè)計▲主要元器件89C2051一片、24C01、雙向可控硅等。▲I2C總線原理及任務(wù)時序：引腳圖7.3單片機運用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐讀寫命令字當(dāng)前讀時序7.3單片機運用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐字節(jié)寫、頁寫時序7.3單片機運用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐隨機讀時序圖7.3單片機運用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐詳細設(shè)計▲原理圖7.3單片機運用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐詳細設(shè)計◆軟件設(shè)計I2C總線的24C02讀寫程序：;**********************************************;*Title:AT24C02與51單片機銜接讀寫程序*;*Date:2005.7.7*;*********************************************************;連線：SCL—P3.4,SDA—P3.5,WP—接地;〔R3〕=器件地址，〔R4〕=片內(nèi)字節(jié)地址，;〔R5〕=延續(xù)讀寫字節(jié)數(shù)，〔R1〕=欲讀寫數(shù)據(jù)存放地址指針;*********************************************************7.3單片機運用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐SCL EQU P30SDA EQU P31;寫24C02子程序I2C_WRITE:SETB SDASETB SCLCLR SDA;發(fā)開場信號MOV A,R3;發(fā)器件地址ACALL SEND;調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序MOV A,R4;送片內(nèi)字節(jié)地址ACALL SENDI2CW_AGAIN:MOV A,@R1ACALL SENDINC R1DJNZ R5,I2CW_AGAIN ;延續(xù)寫N個字節(jié)CLR SDA;SDA位置0，預(yù)備送停頓信號ACALL DELAY ;延時以滿足傳輸速率要求SETB SCL ;發(fā)送停頓信號ACALL DELAYSETB SDARETSEND: MOV R0,#08HI2CW_LOOP:CLRSCL ;開場[信號之后的]寫地址操;作,SCL清'0'RLC AMOV SDA,C7.3單片機運用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐NOPSETB SCL ;寫完一位打操作后,SCL置'1'ACALL DELAYDJNZ R0,I2CW_LOOPCLR SCLCALL DELAYSETB SCL ;ACKLP: MOV C,SDAJC ACKLP ;判別應(yīng)對到否，未到那么等待CLR SCLRET

;********************************;讀24C02子程序I2C_READ: SETB SDA SETB SCL7.3單片機運用系統(tǒng)舉例二、可調(diào)速加熱控制爐 CLR SDA ;發(fā)開場信號 MOV A,R3 ;發(fā)器件地址 ACALL SEND ;調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序 MOV A,R4 ;送片內(nèi)字節(jié)地址 ACALL SEND SETB SDA SETB SCL CLR SDA ;發(fā)開場信號