应用系统的基本组成与设计.ppt
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1、博士学位论文答辩,单片机基础知识与科技创新,2010年 10月,主讲人:王福忠 教授 电 话:,河南理工大学,本章内容,第二章应用系统的基本组成与设计内容,应用系统组成,单片机内部功能部件作用,单片机基础知识与科技创新,应用系统设计内容与设计思路,常用的数据处理数学模型及其程序设计,1 单片机内部功能部件作用,第二章应用系统的基本组成与设计内容,单 硅 晶 片,CPU,存储器,控制电路,定时器,时钟电路,I/O口,单片机,第二章应用系统的基本组成与设计内容,中央处理器CPU:8位,运算和控制功能内部RAM:共256个RAM单元,用户使用前128个单元,用于存放可读写数据,后128个单元被专用寄
2、存器占用。内部ROM:4KB掩膜ROM,用于存放程序、原始数据和表格。定时/计数器:两个16位的定时/计数器,实现定时或计数功能。并行I/O口:4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。输入、输出串行口:一个全双工串行口。通讯用。中断控制系统:5个中断源(外中断2个,定时/计数中断2 个,串行中断1个)时钟电路:可产生时钟脉冲序列,允许晶振频率6MHZ和12MHZ。为CPU提供时钟的。驱动单片机进行工作。其他:AD,DA 显示等,1 单片机内部功能部件作用,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-引脚简介,P3口线的第二功能,VCC,VSS,XTAL2XTAL1,RST
3、,P0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7,P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0,ALE,P3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,2、振荡电路:XTAL1、XTAL2,3、复位引脚:RST,4、并行口:P0、P1、P2、P3,7、ALE:地址锁存控制信号,1、电源线:VCC(+5V)、VSS(地),第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-存储器,80318751805189C51,25
4、6B(字节),4K,64K,64K,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-并行I/O口,P0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7,P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0,P3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,4个8位并行I/O口:P0,P1,P2,P3;,均可作为双向I/O端口使用。,特点:,P0:访问片外扩展存储器时,复用为低8位地址线和数据线,P2:高8位地址线。,P1:双向I/
5、O端口,P3:第二功能,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-时钟振荡电路,涤纶电容C,晶振图,典型的时钟电路 在电路中,电容通常取30pF,晶振的取值通常为:1MHz-33MHz(不同型号的单片机的上限频率可能有差别)。,单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。MCS-51单片机内部具有一个时钟振荡电路,只需要外接振荡器,即可为各部分提供时钟信号。,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-时钟振荡电路,常用单片机的最高时钟频率,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-复位电路,谁知道复位电路怎么起到复位的作用?,复位电路
6、的作用:(1)上电时保证系统元件从初始状态开始,处于一个固定的状态(2)人工能够参与复位(3)系统受到干扰后,运行异常,自动复位。,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-复位电路,阻容上电自动复位电路,手动复位电路,“看门狗”复位电路,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-定时、计数器,(1)MCS-51单片机定时器计数器组成:定时器/计数器0(T0):16位的加计数器定时器/计数器1(T1):16位的加计数器(2)定时器/计数器的功能对外部输入信号的计数功能:T0对引脚P3.4上的外部脉冲输入信号计数;T1对引脚P3.5上的外部脉冲输入信号
7、计数.定时功能:定时功能也是通过计数实现的,但它是通过对机器周期计数,实现定时功能。,P3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-串行通信器,串行传送的特点:数据按位顺序传送,最少只 需一根传输线,成本低。但 速度慢。传送的距离远(可达 几千公里)。,并行传送的特点:各数据位同时传送,速度快、效率高。传送线多,成本高。传送距离 30米。,计算机数据传送方式:并行和串行数据传送。,(1)基本概念,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-串行通信器,(1)基本概念,信息各式上分,
8、异步通信方式按字符传输,同步通信方式按数据块传输,串行通信通信又分为异步和同步两种方式。在单片机中使用是异步方式。,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-串行通信器,异步串行通信的字符格式:,(1)基本概念,异步串行通信以字符为单位,一个字符一个字符地传送。对异步串行通信的字符格式如下:,0,1,停止位,起始位,低位,高位,8 位数据位,奇偶校验,停止位,第N个字符,第N-1个字符,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-串行通信器,(2)串行口的基本结构,MCS-51 单片机串行接口的硬件,MCS-51 单片机串行接口的控制,MCS-51 单
9、片机串行接口工作方式,P3.0 位的第二功能 收端 RXD P3.1 位的第二功能 发端 TXD,寄存器 SCON、PCON、SBUF 寄存器 IE、IP,方式 0 方式 2,方式 1 方式 3,P3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-串行通信器,(2)串行口的基本结构,多机通信系统示意图,主从结构,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-中断功能,(1)日常中断的例子,你正在专心看书,突然电话铃响,于是你记下正在看的书的页数,去接电话,接完电话后再回来接着看书。,第二章
10、应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-中断功能,(2)单片机中的中断概念,中断是指由于某种随机事件的发生,计算机暂停现行程序的运行,转去执行另一程序,以处理发生的事件,处理完毕后又自动返回原来的程序继续运行。将能引起中断的事件称为中断源。CPU现行运行的程序称为主程序。处理随机事件的程序称为中断服务子程序。,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作用-中断功能,(2)中断技术的优点,分时操作 CPU可以同多个外设“同时”工作实时处理 CPU及时处理随机事件故障处理 电源掉电、存储出错、运算溢出,第二章应用系统的基本组成与设计内容,1 单片机内部功能部件作
11、用-中断功能,MCS-51单片机具有多中断控制 它由以下几部分组成:,定时中断:由单片机的定时器/计数器的溢出标志触发的中断,MCS-51单片机有T0和T1两个定时中断。串行口中断:为单片机的串行数据传输设置的中断,MCS-51单片机有1个串行中断。可以设定,第二章应用系统的基本组成与设计内容,2 单片机应用系统组成,例子1 电烤箱单片机温控系统设计,设计要求:,电烤箱内温度可在40-200度范围内任意设定。利用LED数码管上显示电烤箱内温度。单片机采用89C52(内有4K程序存储器)。电热箱采用电热丝加热。能够将电烤箱内温度控制在设定。,2.1 单片机应用系统实例,第二章应用系统的基本组成与
12、设计内容,2 单片机应用系统组成,例子1 电烤箱单片机温控系统设计-设计思路,温度传感器检测电热箱内的温度,经放大后,并经A/D转换为数字量后。送入单片机;-硬件按数字量与模拟量成正比关系运算得到对应的模拟温度值;-软件把温度模拟值送往LED数码管显示器显示(软件+硬件)。利用拨码(BCD码)键盘设定温度(硬件+软件)。控制方法:单片机将设定的温度值与检测到的电热箱中的实际温度进行比较,并调节运算后,发出控制信号(软件)经光电隔离器去驱动双向可控硅以调节加在电热丝的电压,从而控制电热箱的温度(硬件)。,2.1 单片机应用系统实例,第二章应用系统的基本组成与设计内容,2 单片机应用系统组成,例子
13、1 电烤箱单片机温控系统设计硬件电路框图,2.1 单片机应用系统实例,第二章应用系统的基本组成与设计内容,2 单片机应用系统组成,2.1 单片机应用系统实例,例子1 电烤箱单片机温控系统设计,软件程序规划:,初始化程序:存储器,定时中断,I/O口等。控制周期计算程序:可以用定时中断。A/D转换器驱动程序(采样程序),得到相应的数字量,滤波程序;标度变换程序:按数字量与模拟量成正比关系运算得到对应的模拟温度值(也是数字量);显示程序:驱动LED数码管显示器(数码转化)。键盘管理程序。控制程序。,第二章应用系统的基本组成与设计内容,2 单片机应用系统组成,2.1 单片机应用系统实例,例子1 电烤箱
14、单片机温控系统设计,软件程序-主程序:,第二章应用系统的基本组成与设计内容,2 单片机应用系统组成,2.2 单片机应用系统组成,单片机应用系统:由硬件系统和软件系统组成,硬件是应用系统的基础,软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用,从而完成应用系统所要求的任务,二者相互依赖,缺一不可,第二章应用系统的基本组成与设计内容,3 单片机应用系统设计内容与设计思路,3.1 系统设计内容,1)单片机主系统设计-硬件2)接口电路及外设设计(包括抗干扰设计)-硬件3)应用软件设计(包括抗干扰设计),单片机主系统,主系统设计内容 a.单片机选型;b.MSC-51系列片内有程序存储器的机型,只需在片外配
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