第8章 单片机应用系统设计实例

第八章80C51单片机的应用系统实例8·1 本章所介绍的两个系统中都有通信电路，而且形式各有不同。

试问这两种电路各自的特点是什么，都适用于什么场合？答：IPC机与单片机通过串行口进行通信。

由于IPC配置的是标准的RS一232串行接口，而单片机的输人、输出的是TTL电平，因此必须进行电平转换。

题图8-1所示的是用MC1488和MC1489所构成的接口电路。

由MC1488将TTL转换为RS一232标准电平，工作电压为+l2V/-l2V; MC1489则将RS一232的标准电平转换成TTL电平，工作电压为+5V。

题图8-1这种电路需要有+l2V和-l2V两种电源。

因此这种电路适用于在电路中具有+l2V和-12V 两种电源的电路。

这在较早期的电路中是常见的，现在己经很少见了。

题图8-2所示的是用电源转换芯片MAX232所构成的接口电路。

芯片MAX23通过内部的电荷泵产生RS一232所需的电平。

而不必另备单独的+l2V和-l2V电源。

因此，这种电路适用于在电路中没有+l2V和-l2V电源，而只有+5V电源的电路。

这是一种为近来所通用的电路。

题图8-28·2 8·2节所介绍的数据采集系统存储数据的数据存储器是否能采用别的形式? 你觉得采用哪种形式为好? 据此，能否画出相应的电路图来?答：可以采用具有I2C接口或SPI接口的串行E2PROM芯片，如24LC64芯片。

这种芯片不仅所需接口线少，可靠性提高，而且电源用尽后，还可保证所存数据不丢失。

相应的用串行方式扩展的数据存储器电路图如题图8-3所示。

题图8-3。

数字钟设计实例利用AT89C51的定时器和6位7段数码管，设计一个电子时钟，显示格式“XX XX XX”，从左向右分别是：时、分、秒1、硬件设计2、软件设计说明：定时器每1000us中断一次，在中断服务程序中，对中断次数计数，100us计数10000次就是1s，然后再对秒计数得到分和小时，并送入显示缓存。

LEDBUF EQU 30H ;显示码缓存区HOUR EQU 40HMINUTE EQU 41HSECOND EQU 42HC100us EQU 43HTICK EQU 10000 ;置中断次数T100us EQU 256-100 ;置定时器初始值LJMP START ;跳转至主程序ORG 000BH ;定时器0中断入口T0INT: PUSH PSW ;状态保护PUSH ACCMOV A,C100us+1JNZ GOON ;计数值是否为0DEC C100usGOON: DEC C100us+1MOV A,C100usORL A,C100us+1JNZ EXITMOV C100us,#HIGH(TICK) ;重置计数值MOV C100us+1,#LOW(TICK)INC SECOND ;秒值加一MOV A,SECONDCJNE A,#60,EXIT ;判断秒值是否为60MOV SECOND,#0 ;秒值为60,则清0INC MINUTE ;分值加一MOV A,MINUTECJNE A,#60,EXIT ;判断分值是否为60MOV MINUTE,#0 ;分值为60,则清0INC HOUR ;小时值加一MOV A,HOURCJNE A,#24,EXIT ;判断小时值是否为24MOV HOUR,#0 ;小时值为24,则清0 EXIT: POP ACCPOP PSWRETIDELAY: ;延时子程序MOV R7,#0FFHDELAYLOOP:DJNZ R7,DELAYLOOPDJNZ R6,DELAYLOOPRETLEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH ;八段数码管显示码DB 66H,6DH,7DH,07HDB 7FH,6FH,77H,7CHDB 39H,5EH,79H,71HDISPLAYLED:MOV R0,#LEDBUFMOV R1,#6 ;共6个八段管MOV R2,#B ;位扫描码初值LOOP: MOV A,#0MOV P0,A ;关所有八段管MOV A,@R0MOV P0,AMOV A,R2MOV P3,A ;显示一位八段管MOV R6,#01HCALL DELAYMOV A,R2 ;显示下一位RR AMOV R2,AINC R0DJNZ R1,LOOPRETT0LED: MOV DPTR,#LEDMAP ;将字段码转换显示码MOVC A,@A+DPTRRETSTART: MOV TMOD,#02H ;定时器工作方式2 MOV TH0,#T100us ;置定时器初始值MOV TL0,#T100usMOV IE,#B ;EA=1，IT0=1MOV HOUR,#0 ;显示初始值MOV MINUTE,#0MOV SECOND,#0MOV C100us,#HIGH(TICK)MOV C100us+1,#LOW(TICK)SETB TR0 ;启动定时器0MLOOP: MOV A,HOUR ;显示小时值十位MOV B,#10DIV ABCALL T0LEDMOV LEDBUF,A ;将十位值送显示码缓存区MOV A,B ;显示小时值个位CALL T0LEDORL A,#80H ;显示小数点MOV LEDBUF+1,A ;送显示码缓存区MOV A,MINUTE ;显示分钟值十位MOV B,#10DIV ABCALL T0LEDMOV LEDBUF+2,A ;将十位值送显示码缓存区MOV A,B ;显示分钟个位值CALL T0LEDORL A,#80H ;显示小数点MOV LEDBUF+3,A ;送显示码缓存区MOV A,SECONDMOV B,#10 ;显示秒十位值DIV ABCALL T0LEDMOV LEDBUF+4,A ;送显示码缓存区MOV A,BCALL T0LEDMOV LEDBUF+5,ACALL DISPLAYLED ;调用显示子程序LJMP MLOOPEND。

第8章 单片机应用系统的设计方法教学提示：单片机应用系统的设计是以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，能实现某种功能的应用系统。

因此单片机应用系统主要包括硬件和软件两大部分。

硬件设计以芯片和元器件为基础，目的是要研制一台完整的单片机应用系统；软件设计是基于硬件上的汇编语言程序设计的过程。

本章主要讲解单片机应用系统设计的步骤及开发流程。

教学目标：通过本章学习，掌握MCS-51单片机应用系统的设计方法，了解其开发流程以及应用系统中的实用技术。

8.1 单片机应用系统开发的一般方法单片机应用系统是为完成某项任务而研制开发的用户系统，虽然每个系统都有很强的针对性，结构和功能各异，但它们的开发过程和方法大致相同。

本节介绍单片机应用系统开发的一般方法和步骤。

8.1.1 总体设计1. 需求分析在设计一台单片机应用系统时，设计者首先应进行需求分析。

对系统的任务、测试对象、控制对象、硬件资源和工作环境做出详细的调查研究，必要时还要勘察工业现场，进行系统试验，明确各项指标要求。

2. 确定技术指标在现场调查的基础上，要对产品性能、成本、可靠性、可维护性及经济效益进行综合考虑，并参考同类产品，提出合理可行的技术指标。

主要技术指标是系统设计的依据和出发点，此后的整个设计与开发过程都要围绕着如何能达到技术指标的要求来进行。

3. 方案论证设计者还需要组织有关专家对系统的技术性能、技术指标和可行性做出方案论证，并在分析研究基础上对设计目标、被控对象系统功能、处理方案、输入输出速度、存储容量、地址分配、输入输出接口和出错处理等给出明确定义，以拟定出完整的设计任务书。

4. 主要器件的选型(1) 单片机的型号主要根据精度和速度要求来选择，其次根据单片机的输入输出口配置、程序存储器及内部RAM的大小来选择，另外要进行性能价格比较。

(2) 传感器是单片机应用系统设计的一个重要环节，因为工业控制系统中所用的各类传感器是影响系统性能的重要指标。

单片机应用系统设计引例单片机应用系统设计是一门涉及电子技术、计算机技术和控制技术的综合学科。

它主要研究如何通过单片机这种微型计算机来完成各种应用系统的设计和开发。

单片机应用系统设计既可以应用于家用电器、汽车电子、工业控制等领域，也可以应用于智能家居、智能交通、智能医疗等领域。

在现代社会中，单片机应用系统设计已经成为了各行各业不可或缺的一部分。

在单片机应用系统设计中，首先需要明确设计的目的和需求。

设计者需要了解用户的需求，明确系统的功能和性能要求，确定系统的硬件和软件结构，制定开发计划和进度安排。

在设计过程中，设计者需要根据系统的功能需求选择合适的单片机芯片，并设计相应的硬件电路，编写嵌入式软件程序，实现系统的各项功能。

设计者还需要进行系统的调试和测试，确保系统稳定可靠，符合设计要求。

单片机应用系统设计涉及到多个方面的知识和技术。

首先是单片机的选型和应用。

不同的单片机芯片有着不同的性能和功能特点，设计者需要根据系统的需求选择合适的单片机芯片，并了解其特点和应用。

其次是硬件设计和电路原理。

设计者需要根据系统的功能需求设计硬件电路，包括输入输出接口、传感器和执行器等，保证系统能够正常工作。

再次是嵌入式软件开发。

设计者需要编写嵌入式软件程序，实现系统的各项功能，包括数据采集、数据处理、控制算法等。

最后是系统的调试和测试。

设计者需要对系统进行全面的测试，发现和解决问题，确保系统稳定可靠。

在实际的单片机应用系统设计中，设计者需要具备扎实的电子技术和计算机技术知识，熟练掌握单片机的原理和应用，具有良好的逻辑思维能力和解决问题的能力。

设计者还需要具备团队合作精神，能够与硬件工程师、软件工程师、测试工程师等多个团队合作，共同完成系统的设计和开发工作。

此外，设计者还需要具备不断学习和自我提升的意识，了解最新的技术和发展动态，不断提高自己的设计水平和能力。

总的来说，单片机应用系统设计是一项复杂而又有趣的工作。

通过对电子技术、计算机技术和控制技术的综合运用，设计者可以实现各种应用系统的设计和开发，为现代社会的发展和进步做出贡献。

第8章80C51单片机的应用系统实例8.1油井压力、流速数据采集系统8.2单片机控制的家用电加热锅炉电路8.1 压力、流速数据采集系统在石油开采过程中，需要确切地了解油井内部的原油压力和流速，这对于有效地提高油井的产量有十分重要的意义。

本系统可以随油井钻头深入井下，实地采集并存储第一手的压力和流速数据。

返回地面后，把数据送入计算机内，为分析油井状况提供准确的原始资料。

为取得特定油井深度下的原油压力及流速数据，本系统的工作时序必须与钻头进入油井的时间和所到达的深度相符合。

钻头进入油井后的确定时间内，系统处于等待状态；当钻头达到预定的深度以后，系统自动开启并开始采集第一次数据；随后进入等待状态，等待下一次的数据采集。

这样的采集进行六次，然后系统便停止工作，处于低功耗状态；待钻头重新回到地面后，再与计算机联接，把采集到的数据输入计算机进行进一步的处理系统总体框图硬件系统组成压力、流速数据采集系统由主机板、信号电路板及通信接口板三部分组成。

(1) 主机板(2) 信号电路板(3) 通信接口板电路软件的描述（1）主程序主程序的流程见如图所示。

由流程图可以看出，整个程序分为数据采集程序和流速标定程序两部分。

系统上电或复位之后，经系统初始化，首先判断P3.2(INT0)的状态:若为1，转入数据采集程序；若为0，则转入流速标定程序。

8.2单片机控制的家用电加热锅炉电路单片机控制的家用电加热锅炉电路，它能够显示温度和时间，可根据家人起居习惯来设定运行和停止的时间间隔和次数，从而可以节约电能消耗。

8.2.1 工作原理本电路设计是单片机系统的综合应用。

它包含了LCD显示接口，键盘组成的人机交互接口，I2C总线接口的时钟芯片和E2PROM存储器芯片，单总线接口的温度传感器芯片，和输出负载接口电路，工作原理如图所示。

本电路采用8位单片机（U1:AT89C52）作为主控制芯片，晶振采用12MHz。

家用电加热锅炉电路工作原理图1. LCD显示接口液晶显示屏的控制器为HD162022. 温度传感器的接口DS18B20 （U2）系列芯片是由美国DALLAS公司推出的一种单片集成温度传感器。