本章通过一个压力测控系统的综合设计实例，说明单片机应用系统设计的方法和步骤。
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（0～5V），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和当前时间。
（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 0～100之间。
（5）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 需求分析需求分析是进行系统设计的基础，主要包括以下几个方面：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所集成的资源。
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、当前值 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）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。
259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 显示的内容从略。
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，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 RS232、RS422 或 RS485 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 系统硬件设计根据需求分析，设计系统的硬件电路。
1．CPU 基本单元电路CPU基本单元电路如图 121 所示260261P02 P03 VCC C3 0.1μFXTAL2 7 XTAL18PWM0/PCA0/CEX0/P3.76 VCC 32 GND 16P1.2/ADC222 P0.0 6 P0.1 10 P0.2 23 P0.326 P2.3 2 RXD/P3.0 4 TXD/P3.1 5 P1.4/SS/ADC425P1.5/MOSI/ADC5 27 P1.6/MISO/ADC628P1.7/SCLK/ADC729 STC12C5410AD RXD TXD C115pF C215pF 11.0592MHzAIN2 SPICLKMOSI P00 P01 Negative PWM P2.1 31 P21 P2.2 1 P22 P2.6 17 P26 P2.7 18 P27P2.515 Positive P1.020 P1.121 Run Alarm +C9 10μFRST 3R261KΩ 图121 CPU 基本单元电路其中，C1、C2 起频率微调和稳频的作用。
将压力传感器输出的电压信号直接加到 STC12C5410AD 的模拟量输入通道 2。
通过 UART 口进行程序下载和通信。
P1.0 输出运行指 示信号。
P1.1 输出报警指示信号。
P2.5控制电机的正转。
P2.3 控制电机的反转。
P3.7 输出报 警声音 PWM 控制信号。
P2.1、P2.2、P2.6、P2.7、MOSI 和 SPICLK 用于和 74HC595 进行 SPI 通信，以进行数据显示。
P2.1 和 P2.2 用于选择 74HC595 进行通信，相当于片选信号，P2.6 和 P2.7 分别用于2 片 74HC595 的锁存控制信号。
2．声光报警电路声光报警部分的电路如图 122 所示。
VD2VD1VCCRunVD5+C14VCCU2BELLR4VT1R1 R2 R21 AlarmPWMVCC47μF1KΩ1KΩ1KΩ1KΩ图122 声光报警电路其中，VD1 用于运行状态的指示，可使用绿色发光二极管；VD2 用于报警指示，可选用 红色间断发光的二极管，R1 和 R2 起限流作用。
BELL 是用于报警的蜂鸣器，由 VT1 驱动， 使用 PWM 控制。
VD5 是电源指示，可以选用黄色发光二极管。
3．RS232 通信接口电路RS232 通信接口电路如图 123 所示。
262C7C11 C9 C10 C8VCC16 27 38 49 5 DB9C1+ 1C1 3C2 5GND15 V 6 V+ 2 VCC 16 TIOUT 14 R1IN 13 R1OUT 12 T1IN 11C2+4 U3 MAX232RXD TXD1μF1μF1μF1μF 1μF图123 RS232通信接口电路4．继电器控制电路图继电器控制电路图如图 124 所示。
U5TLP5211NegativeR81KRLY25VSPDT VT3 8050 VD4 1N4007U4TLP5211PositiveR5 390R6 1K RLY15VSPDT VT2 8050VD3 1N4007VCC R7 390VCCVCCVCC图124 继电器控制电路图其中，U4 和 U5 为光电耦合器，起光电隔离的作用，可以提高系统的可靠性。
Positive 和 Negative 分别连接 STC12C5410AD 单片机的对应网络标号，用于控制正转继电器 RLY1 和 反转继电器 RLY2。
VT 2 和 VT 3 起功率放大的作用。
V D3 和 V D4 是续流二极管。
5．键盘和显示控制电路LED 显示电路图如图 125a 、图 125b 、图125c 和图125d 所示。
dpg f e d c b a /SCLR 10 QA 15 VCC 16 QB 1 SCK 11 QC 2 SER 14 QD 3 RCK 12 QE 4 /G 13 QF 5 QG 6 GND8 QH774HC595 SPICLK MOSI P27 VCCGNDP21U6 475Ω×8a)DIG7DIG6 DIG4 DIG3 DIG2 DIG1 DIG0 /SCLR 10 QA 15 VCC 16 QB 1 SCK 11 QC 2 SER 14 QD 3 RCK 12 QE 4 /G 13 QF 5 QG 6 GND8QH774HC595SPICLK MOSI P26 VCCGNDP22U7 5.1KΩ×8b)DIG5263VT4 9012 VT5 9012 VT6 9012 VT7 9012 VCCDIG0DIG1DIG2DIG3COM0COM1COM2COM3 VT8 9012 VT9 9012 VT10 9012 VT11 9012 VCCDIG4DIG5DIG6DIG7COM4COM5COM6COM7c)a b c d e f g dpcom ab dce f gdpDS0a b c d e f g dpa b c d e f g dpcom a b dce f gdpDS7 a b cd ef g dp......d)COM0 COM7 图125 数码LED 显示控制电路图a)数码LED 段码输出电路 b)数码LED 位控制输出电路 c)位控制信号驱动电路d ）数码LED 示意图其中，图 125a ）是段码数据输出控制电路，使用 SPI 接口通过 U6（74HC595）送出 LED 显示的段码数据。
图 125b ）是位输出控制电路，使用SPI 接口通过 U7（74HC595）送出 LED 显示的位选择控制信号。
图 125c ）是位输出驱动电路，对 U7（74HC595）送出的位控制信 号进行放大。
图 125d ）是 8 位数码 LED 示意图，采用共阳极 LED 进行显示。
