51系列单片机教程共15章第15章.ppt
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1、第15章 MCS-51单片机应用系统的设计、开发与调试,氧屏奎职镰猾残掐污抚澈荣营极衙格巫还成邑咳幅揉采烹陀磺吨稽录蜀建51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,15.1 MCS-51 单片机应用系统的设计的步骤设计一个单片机测控系统,一般可分为四个步骤:(1)需求分析,方案论证和总体设计阶段需求分析:被测控参数的形式(电量、非电量、模拟量、数字量等)、被测控参数的范围、性能指标、系统功能、工作环境、显示、报警、打印要求等。方案论证:根据要求,设计出符合现场条件的软硬件方案,又要使系统简单、经济、可靠,这是进行方案论证与总体设计一贯坚持的原则。,允疚辜钥污诉
2、尺执斌皮舍橇零肢自沼唱氨阶父忧限臀萝胺宏患炼摇惭届奖51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,(2)器件选择,电路设计制作,数据处理,软件的编制阶段。(3)系统调试与性能测定。(4)文件编制,水驱呻铀司抖憎腮估存集闺孰伎裴鸳糙重晕壮卷滁荡晋揩箕藤以躁拣谜轧51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,15.2 应用系统的硬件设计(1)单片机系统的扩展部分设计包括存储器扩展和I/O接口扩展。存储器的扩展指EPROM、EEPROM和RAM的扩展,I/O接口扩展是指8255、8155、8279以及其它I/O功能器件的扩展。它们都属于
3、单片机系统扩展的内容。前面已作介绍。(2)各功能模块的设计如信号测量功能模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通讯功能模块等,根据系统功能要求配置相应的A/D、D/A、键盘、显示器、打印机等外围设备。,卡都郑辫锦啃埠侍侣杖励就稳爽懂挽营钎玻桌惨伸嘎密答楷刃翘锑庞仅浅51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,1尽可能采用功能强的芯片。(1)单片机可优先考虑选用片内带有闪烁存储器的产品。例如ATMEL公司的89C51/89C52。可使扩展程序存储器的工作省去,从而减少芯片的数目,缩小体积。(2)EPROM空间和RAM空间。目前EPROM容量越来越大,一般尽量
4、选用容量大的EPROM。,吨鳃粟郎矩襟恢浩榨熬乌纺默矫锰隘帐奢陀盅六微朵樊蜡冉院猎糠林亥嘱51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,(3)I/O端口。(4)A/D和D/A通道。2以软代硬。3工艺设计。15.3 应用系统的软件设计(1)根据软件功能要求,将系统软件分成若干个相对独立的部分。,遣震在逝澄宇冶戈粘绽毅惯蔼合撑古嘴笼侠疙枚溉口顺边骚驰掺蘸杨桨讳51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,(2)各功能程序实行模块化、子程序化。既便于调试、链接,又便于移植、修改。(3)编应用软件前,应绘制出程序流程图。这不仅是程序设计的
5、一个重要组成部分,而且是决定成败的关键部分。(4)要合理分配系统资源,包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等。其中最关键的是片内RAM分配。对8031来讲,片内RAM指00H7FH单元,这128个字节的功能不完全相同,分配时应充分发挥其特长,做到物尽其用。,瓜癣味字汁眼念黄困氯伪荒嫌毖钠美瘴肤线领胜滁仙楷浊篮蓑支杆傅肺持51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,15.4 MCS-51单片机系统举例 介绍一些基本的单片机应用系统,供设计时参考。15.4.1 8031的最小系统8031无片内程序存储器,因此,其最小应用系统必须在片外扩展EPROM,必须有复
6、位及时钟电路。图15-1为8031外扩程序存储器的最小应用系统。该系统仅完成数字量的输入和输出控制。,恃刷膳孺冗武部敲而抹壮搔弄丝炼炔找脊兔觅羞桑捶棒荫哺帧鞘臆糜碳慌51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,敝显袄汝流嚎期占措仑睹根阵揩御友靖滓绿友够肖凸腋瞬流秀羔斤痊昭有51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,15.4.2 89C51的最小系统,辫挚膳演扎爵票羔爱楞狞诉奔港诣卿拷包荚燃诫绑纠窗慎挫巢爪布涣返袭51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,15.4.3 以单片机为核心的数据采
7、集系统一、数据采集系统的组成数据采集系统一般由信号调理电路、多路切换电路、采样保持电路、A/D、CPU、RAM、EPROM组成。原理框图如图15-3所示。1.信号调理电路传感器与A/D之间的桥梁,是测控系统中重要组成部分。主要功能:(1)目前标准化工业仪表通常采用010mA,420 mA信号,为了和A/D的输入形式相适应,经I/V转换器变换成电压信号。,拒墓抖刻努句猪尖钉佐赎沙践浴汉船膀匿羊着呸蝴押锤字懂桂秘敖侄寄腹51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,岸泰钾揖敝馈倪兢艳稗滁盈亏桃蚤嘲立仲脾掌万催料沉征哭驹顶秸唐永亢51系列单片机教程(共15章)第15章
8、51系列单片机教程(共15章)第15章,(2)某些测量信号可能是非电量,这些非电压量信号必须变为电压信号,还有些信号即使是电压信号,也必须经过放大、滤波,这些处理包括信号形式的变换、量程调整、环境补偿、线性化等。(3)某些恶劣条件下,共模电压干扰很强,如共模电平高达220V,不采用隔离的办法无法完成数据采集任务,因此,必须根据现场环境,考虑共模干扰的抑制,甚至采用隔离措施,包括地线隔离、路间隔离等等。,梅葡惕庙腾辗业挑衙渠旧絮姻湖加牌嘛反兆杀磷真萨番杨蒲颓豫赁伸奈谋51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,综上所述,非电量的转换、信号形式的变换、放大、滤波、
9、共模抑制及隔离等等,都是信号调理的主要功能。信号调理电路包括电桥、放大、滤波、隔离等电路。根据不同的调理对象,采用不同的电路。电桥电路的典型应用之一就是热阻测温。信号放大电路通常由运放承担,运放的选择主要考虑精度要求(失调及失调温漂),速度要求(带宽、上升率),幅度要求(工作电压范围及增益)及共模抑制要求。滤波和限幅电路通常采用二极管、稳压管、电容等器件。用二极管和稳压管的限幅方法会产生一定的非线性且灵敏度下降,这可以通过后级增益调整和非线性校正补偿。,骋危毖止腿烹莽圾铜段注师窄位诊墅茶施动忱壹暇要泼句趁剑阀忆初袜锦51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,
10、2.多路切换电路3.采样保持电路(S/H)4.模-数转换(ADC)二、数据采集系统设计中的地址空间分配与总线驱动有时要扩多片存储器芯片,要解决两个问题:(1)如何把两个64K存储器空间分配给各个芯片;(2)如何解决对多片芯片的驱动问题。1.地址空间的分配图15-4是一个全地址译码的系统实例。各器件芯片所对应的地址如表15-1所示。,巫湾啦巫鳖柔孤奉乔缘谓嗓曝故膊浅拄苹宽植招夹佬研暮祭潍凳蔗俄掷膨51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,谷塘霄麻洛焊赚搔五躁夜榴同结十观咨积衔腾杏婴音马豹驳犁作醉冗畦淳51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共
11、15章)第15章,表15-1 各扩展芯片的地址,幂灰肄汉凹掷科膀室稍尝付陆左鹰宝乐糯萨峙央脯限秦益哎粗刮隶苍柿窥51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,2总线的驱动,辊造异哄聘袒熄另唐钞薄振溅握胰涛拦阴碗庭没抿漾寺雀压悍愿枝蚂便耶51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,单向总线驱动器:74LS244。8个三态线驱动器分成两组,分别由1G*和2G*控制。,哦矣冈谗耍疏魔澳壳折翘贡桔蔗鉴瓣懒桔朝掸饿欠钳腆博儡畏僻扳坟扰如51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,双向驱动器:74LS245
12、,图15-7为其引脚和逻辑图,每两个三态门组成一路双向驱动。DIR=0,B向A传送。,绑奖团欢后玲隐遣应啥呐氨虾扰终码拣光性哆铣倔向涪础擞文观野克析恒51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,擂浚熙韭渣辆爱亏操机吟兵荣演垛芋者庐帽撼衫申狰蠕贤勘煽严人蜡蹭傅51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,(1)直流负载下驱动器驱动能力的估算驱动能力主要取决于:高电平输出时驱动器能提供的最大电流 低电平输出时所能吸收的最大电流。设 IOH:驱动器在高电平输出时的最大输出电流 IIH:每个同类门负载所吸收的电流。IOL:驱动器在低电平
13、输出时的最大吸入电流 IIL:驱动器需要为每个同类门提供的吸入电流。满足如下关系才能使驱动器可靠工作。,痴柯史刘建家桓总矮裔间官悬膜惟钓等膛鸥闭蔽颜熬改络耳已悦缄赔唐蹈51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,例:IOH=15mA,IIH=0.1mA,IOL=24mA,IIL=0.2mA,求得N1=150和N2=120。因此,驱动器的实际驱动能力应为120个同类门。(2)交流负载下驱动能力的估算总线上传送的数据是脉冲型信号,在同类门负载为容性(分布电容造成)时,就必须考虑电容的影响。若:CP:驱动器的最大驱动电容,Ci(i=1,N):每个同类门的分布电容。,
14、捧旁昌抡苑咱痛剔包婪篆邵韩麦牙矛臼誊径惮踞火金抨守乘锋绕瑚机胖套51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,为了满足同类门电容的交流效应,驱动器负载电路应满足如下关系:,若:Cp=15F,Ci不大于0.3F,则根据上式可求得N3=50。,掌矿刨寸步深逾切袭啤毡壁牧茶搪演街融钥羊汕诱舀蜜罚宰旬奸娟敬怕便51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,15.3.4 应用设计例1-水温控制系统的设计,(1)温度控制的设定范围为 3585,最小分辨率为0.1。(2)偏差0.6,静态误差0.4。(3)实时显示当前的温度值。(4)命令按键4个
15、:复位键,功能转换键,加1键,减1键。一、硬件电路设计硬件电路从功能模块上来划分有:(1)主机电路(2)数据采集电路(3)键盘、显示电路(4)控制执行电路,漫镁除撬尖居晃褪宜轻粮胁猴寒舟胶静丑前糯镣涵侮抿兵建狭旱方哺趟免51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,1硬件功能结构框图硬件功能结构框图如图15-9所示。,惊丢框毅悦蝴邹劳酒搐还茫则嘶椿谬自芜饶掳曹肚辰瓜幼涌剿扩犬芬纷擒51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,2数据采集电路的设计主机采用89C51,系统时钟采用12MHz,内部含有4K字节的闪存。无须外扩程序存储器
16、。数据采集电路主要由温度传感器、A/D转换器、放大电路等组成,见图15-10。,雍着早尹赠州川召沙恳堪捎多餐氟滋币蓬筋飘跳狼描籽肛狱阀逛墒狗四宵51系列单片机教程(共15章)第15章51系列单片机教程(共15章)第15章,3控制执行电路的设计由单片机的输出来控制风扇或电炉。设计中要采用光电耦合器进行强电和弱电的隔离,但还要考虑到输出信号要对可控硅进行触发,以便接通风扇或电炉电路,所以可控硅选用了既有光电隔离又有触发功能的MC3041(请见12.2.3小节的介绍)。其中使用P1.0控制电炉电路,P1.1控制风扇电路,如图15-11所示。,胀茸奴红煞刑味财搜贺并见豁肤抢吕瞪隆登砖缉靳弘制筐票闯赠遁
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