第15章 MCS-51单片机应用系统的设计、开发与调试.ppt

第15章MCS-51单片机应用系统的设计、开发与调试15.1MCS-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。
（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。1．尽可能采用功能强的芯片
(1)单片机可考虑优先选用片内带有闪烁存储器的产品。例如ATMEL公司的89C51/89C52/89C55。使用此类芯片，可使单片机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，一般尽量选用容量大的EPROM。(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。

（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）在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。这不仅是程序设计的一个重要组成部分，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00H～7FH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。15.4MCS-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。
15.4.18031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。15.4.289C51的最小系统15.4.3以单片机为核心的数据采集系统
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。其原理框图如图15-3所示。
1.信号调理电路
是传感器与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0～10mA，4～20mA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。（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。综上所述，非电量的转换、信号形式的变换、放大、滤波、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。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。器件2．总线的驱动常用的单向总线驱动器为74LS244。图15-6为74LS244引脚和逻辑图。8个三态线驱动器分成两组，分别由1和2控制。常用的双向驱动器为74L