【大学课件】单片机应用系统设计举例PPT.ppt
第12章 单片机应用系统设计举例,12.1 系统要求,12.2 需求分析,12.3 系统硬件设计,12.4 系统软件设计,12.1 系统要求,设计一压力测控系统，系统的具体要求如下：1）压力检测 检测来自压力传感器输出的电压信号（05V），通过A/D转换器进行转换。2）工程变换 将转换结果进行工程变换，即将转换结果再转换为压力大小（仅保留整数部分）。3）键盘 用于设置压力的报警值。4）数码LED显示 用于显示压力报警值的上限和下限，并显示当前压力值。压力值在0100之间。5）报警控制 当前压力值超过报警值时，通过蜂鸣器报警，并控制电机执行相应的动作。压力值低于下限时，合上控制电机正转的继电器，控制电机正转，压力升高，压力值升高到正常范围后，打开正转继电器，电机停转；压力值高于上限时，合上控制电机反转的继电器，控制电机反转，压力值下降到正常范围后，打开反转继电器，电机停转。没有超过报警值时，继电器都打开，电机不转。6）上位机监控软件设计通过计算机显示当前的压力值以及报警值。,12.2 需求分析,1单片机选型 进行单片机选型时，应尽量了解较多种类单片机的性能指标和包含的资源。根据系统的要求，选用合适的单片机。目前许多单片机具有较高的集成度，因此，如果有模拟量检测的要求时，应尽量选择带有A/D转换模块的单片机。并且，应该注意所设计系统的应用场合，选择适当的芯片等级（军用级、工业级和商用级）。STC12C5410AD单片机片内集成了8通道10位高速模数转换器，并且，具有较多的通用I/O和片上外设（定时器、UART等），因此，在本系统的设计中，可以采用STC12C5410AD作为系统的检测与控制中心。,2人机接口的设计选型 系统要求使用键盘设置压力的报警上限值和下限值，使用LED进行显示。在此，使用4个按键作为系统键盘，选用8位LED显示，用以显示压力的报警值（上限、下限）、当前值和当前时间。传统的键盘和LED显示电路设计，一般采用扫描的方式。即，键盘采用扫描方式，LED显示采用动态扫描方式。键盘和LED设计时，公用其中的某些口线。在本例中，键盘采用扫描方式，而LED采用串行并行转换芯片74HC595进行显示。除了LED显示外，常见的信息显示方式还有LCD显示（即液晶显示）。限于篇幅，有关LCD显示的内容，放在与本教材配套的实验指导书中讲解。为了显示系统的工作状态，设计一个运行指示灯。当系统正常运行时，能够以一定的频率闪烁。,3继电器控制 单片机I/O引脚本身的驱动能力有限，因此，一般情况下，不能使用单片机的I/O引脚直接控制继电器。在常见的控制系统中，往往利用单片机I/O引脚加上驱动电路驱动小功率继电器，这个小功率继电器作为中间继电器，再用中间继电器驱动控制大功率继电器。使用中间继电器控制大功率继电器的方法，在一般的电器控制教材上都有详细的介绍，在此从略。连接单片机I/O引脚和中间继电器的驱动电路，可以使用现成的集成驱动电路，如ULN2803，也可以利用分离元件自行设计。为了提高系统的抗干扰能力，在单片机的I/O引脚和中间继电器之间最好采用光电隔离技术。由于本系统只需要控制两个继电器，因此，这里的驱动电路使用分离元件进行设计。,4上位机监控软件的设计 计算机和单片机的串行通信可以采用RS-232、RS-422或RS-485总线标准接口。从硬件上讲，计算机的串行口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的。因此，要实现单片机与计算机之间的串行通信，必须通过电路实现TTL电平和232电平的转换。常用的电平转换集成电路是MAX232。从软件的角度讲，要实现上位机监控软件的设计，需要掌握目前流行的基于Windows操作系统的软件设计。可以选择较容易上手的Visual Basic开发环境，进行监控软件的设计。当然，如果还涉及到数据库的存储和管理问题，如每隔一定的时间，将压力值存入到数据库，并且具备数据查询功能，则可以选择数据库应用程序的强大开发工具PowerBuilder。至于如何在PowerBuilder中实现串行通信功能以及数据库的开发设计等问题，可以参考由机械工业出版社出版的PowerBuilder数据库开发技术（陈桂友等编著）一书。,12.3 系统硬件设计,1CPU基本单元电路,2声光报警电路,3RS232通信接口电路,4继电器控制电路图,5键盘和显示控制电路,5键盘和显示控制电路,键盘电路图,12.4 系统软件设计,单片机的检测报警程序采用C语言编写。系统采用每10ms循环采样的方式采集压力信号（在此假设采用8位转换精度）。使用定时器0实现10毫秒的定时。报警声音通过PWM控制蜂鸣器发出，监测的压力值超过上限时，发出上限报警声音（高音调）；监测的压力值低于下限时，发出下限报警声音（低音调）。不管发生哪种报警，报警指示灯闪烁（亮500ms，灭500ms，通过对定时器0的中断计数50次实现）。如果没有报警，则不出现报警声音和闪烁信号。系统运行指示灯通过对定时器0的中断计数50次实现定时输出高低脉冲控制D1。,具体程序请参见教材P263-P274,思考题试设计本章压力测控系统中的上位机程序，包括数据采集和显示程序的设计。试将继电器调节改为调节阀调节压力，使用PWM外加滤波方式（可参考图8-14）控制调节阀的开度。画出电路原理图，并设计相关程序。,
