单片机原理与应用设计[张毅刚等编著][电子教案]第13章.ppt

单片机原理与应用设计
[张毅刚等编著][电子教案]
第13章 89C51单片机应用系统的设计与开发
89C51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
应用系统的硬件设计
为使硬件设计尽可能合理,应重点考虑以下几点。

(1)单片机的选型。随着集成电路技术的飞速发展,单片机的集成度越来越高,许多外围部件都已集成在芯片内,有许多单片机本身就是一个系统,这样可以省去许多外围部件的扩展工作,使设计工作大大简化。
例如,美国Cygnal公司的C8051F020 8位单片机,片内集成有8通道A/D、两路D/A、两路电压比较器,内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和64个通用I/O口、电源监测、看门狗、多种类型的串行总线(两个UART、SPI)等。
(2)优先选用片内带有闪烁存储器的产品。例如,使用ATMEL公司的89C51/89C52/ 89C55, PHILIPS公司的89C58(内有32KB的闪烁存储器),可省去扩展单片机程序存储器的工作,减少芯片数量,缩小体积。
(3)考虑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。89C51内部的RAM单元有限,当需增强软件数据处理功能时,往往觉得不足,这就要求系统配置外部RAM,如6264,62256芯片等。如果处理的数据量大,需要更大的数据存储器空间,可采用数据存储器芯片DS12887,其容量为256KB,内有锂电池保护,保存数据可达10年以上。
(4)对I/O端口的考虑。在样机研制出来进行现场试用时,往往会发现一些被忽视的问题,而这些问题是不能单靠软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集,就必须增加输入检测端;有些物理量需要控制,就必须增加输出端。如果在硬件设计之初就多设计出一些I/O端口,这些问题就会迎刃而解了。
(5)预留A/D和D/A通道。和I/O端口同样的原因,留出一些A/D和D/A通道将来可能会解决大问题。

原则上,只要软件能做到且能满足性能要求,就不用硬件。硬件多了不但增加成本,而且系统故障率也会提高。以软带硬的实质,是以时间换空间,软件执行过程需要消耗时间,因此这种代替带来的问题就是实时性下降。在实时性要求不高的场合,以软代硬是很合算的。

包括机箱、面板、配线、接插件等。必须考虑到安装、调试、维修的方便。另外,硬件抗干扰措施也必须在硬件设计时一并考虑进去。
应用系统的软件总体框架设计
在进行应用系统的总体设计时,软件设计和硬件设计应统一考虑,相互结合进行。当系统的电路设计定型后,软件的任务也就明确了。
一般来说,软件的功能分为两大类。
一类是执行软件,它能完成各种实质性的功能,如测量、计算、显示、打印、输出控制等;
另一类是监控软件,它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系,在系统软件中充当组织调度的角色。设计人员在进行程序设计时应从以下几个方面加以考虑:
(1)根据软件功能要求,将系统软件分成若干相对独立的部分,设计出合理的软件总体结构,使其清晰、简洁、流程合理。
(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。多花一些时间来设计程序流程图,就可以节约几倍于源程序的编辑和调试时间。
(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89C51来讲,片内RAM指00H~7FH单元,这128个字节的功能不