《單片機(jī)（微控制器）原理及應(yīng)用》第11章嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

第11章嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的

設(shè)計與開發(fā)

教學(xué)目的：了解應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程,開發(fā)工具和開發(fā)方法，學(xué)會KeilC51集成開發(fā)環(huán)境的使用,掌握具體的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)方法。教學(xué)重點：1.應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程，

2.掌握一種開發(fā)工具和開發(fā)方法，

3.學(xué)會使用KeilC51集成開發(fā)環(huán)境。教學(xué)難點：1.具體的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)方法。

11．1應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程

11.1.1總體方案設(shè)計

1．確定系統(tǒng)的設(shè)計方案和技術(shù)指標(biāo)2.選擇機(jī)型3．硬件和軟件功能的選擇與配合11.1.2硬件設(shè)計1．存儲器2．選擇擴(kuò)展外圍芯片3．測控通道外圍設(shè)備和電路的配置4．硬件可靠性設(shè)計

圖11-1典型單片機(jī)測控系統(tǒng)框圖11.1.3軟件設(shè)計1．系統(tǒng)定義2．程序設(shè)計

3．軟件可靠性設(shè)計（1）本質(zhì)可靠性設(shè)計（2）軟件抗干擾設(shè)計11.1.4嵌入式系統(tǒng)的低功耗設(shè)計

1．影響系統(tǒng)功耗的因素

2．降低功耗的主要措施

11．2開發(fā)工具和開發(fā)方法

11.2.1開發(fā)工具

（1）仿真器

圖11-2單片機(jī)仿真系統(tǒng)連接示意圖（2）調(diào)試器

圖11-3單片機(jī)調(diào)試器連接示意圖

11.2.2單片機(jī)的開發(fā)方法1．硬件調(diào)試2．軟件調(diào)試11.3KeilC51集成開發(fā)環(huán)境的使用

圖11-4KeilC51的匯編//編譯及連接過程11.3.1軟件開發(fā)流程

圖11-5KeilμVision3IDE的的主界面

11.3.2項目的建立與設(shè)置1.建立項目文件圖11-6CreateNewProject對話框2.選擇用戶芯片型號圖11-7“SelectDeviceTarget”對話框3.給項目中添加程序文件圖11-8所示的菜單中選擇AddFilestoGroupSourceGroup1命令4.編譯、連接項目圖11-9對項目中的文件進(jìn)行編譯、連接11.3.3運(yùn)行調(diào)試

圖11-10啟動調(diào)試過程

圖11-11Watch窗口

圖11-12水塔水位控制原理圖11.4水位控制系統(tǒng)

11.4.1題目分析11.4.2硬件設(shè)計

圖11-13水塔水位控制電路原理圖

11.4.3軟件設(shè)計圖11-14水塔水位控制程序流程圖

主程序清單如下：ORG 0000HLJMP LOOPORG0100HLOOP：ORLP1,#03H；為檢查水位狀態(tài)作準(zhǔn)備

MOVA, P1 ；讀入狀態(tài)信號

JNBACC．0,ONE；P1.0＝0則轉(zhuǎn)ONEJB ACC．1,TWO；P1.1＝1則轉(zhuǎn)TWOBACK:ACALLD10S；調(diào)延時10秒子程序（略）

SJMPLOOPONE:JNBACC．1,THREE；P1.1＝0則轉(zhuǎn)

CLRP1.3；P1.3

0,啟動報警裝置

SETBP1.2；P1.2

1,停止電機(jī)工作FOUR:SJMPFOUR；等待處理THREE:CLRP1.2；啟動電機(jī)工作

SJMPBACKTWO:SETBP1.2；停止電機(jī)工作

SJMPBACK11．5恒溫箱溫度測控報警系統(tǒng)

要求設(shè)計一個恒溫箱溫度測控報警系統(tǒng)，恒溫箱由電爐加熱，要求溫度控制在70℃左右，當(dāng)溫度在68～72℃時綠色指示燈亮，當(dāng)溫度超過72℃或低于68℃時，紅色指示燈亮，并且發(fā)出報警聲。當(dāng)溫度超過72℃關(guān)閉電爐，而當(dāng)溫度低于68℃，接通電爐加熱。要求用4個數(shù)碼管顯示，前3位數(shù)碼管顯示溫度，溫度顯示范圍為00.0～99.9℃，數(shù)碼管的最后一位顯示“C”。11.5.1題目分析溫度傳感器的線性工作范圍為0～100℃，工作范圍內(nèi)對應(yīng)的輸出電壓是0～5V，則當(dāng)采用8位的A/D轉(zhuǎn)換器對傳感器的輸出電壓量化時，量化值0～255對應(yīng)的輸入電壓范圍為0～5V，如果要顯示實際溫度值,經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的值還需要進(jìn)行物理量與數(shù)字量的變換，通常稱為標(biāo)度變換。對于本例題的情況，標(biāo)度變換值應(yīng)該為B=99.9℃/255，如果A/D采集的數(shù)字值用D表示，則變換后的溫度值為T=D×B，這就是準(zhǔn)備顯示的數(shù)字量。

11.5.2TLC549芯片介紹

1.TLC549的引腳及功能2．基本工作原理圖11-15TLC549的引腳圖

11.5.3硬件設(shè)計

圖11-16恒溫箱溫度測控報警系統(tǒng)原理圖

11.5.4軟件設(shè)計

C51語言程序清單如下：

#include<reg52.h>//包含SFR寄存器的頭文件#include<absacc.h> //包含訪問絕對地址的頭文件#inclued<intrins.h>//包含在線嵌入內(nèi)部代碼函數(shù)原型的頭文件#defineuintunsignedint//定義數(shù)據(jù)類型#defineucharunsignedchar//定義數(shù)據(jù)類型#defineSYSCLK6000000//定義系統(tǒng)工作時鐘#defineTMAX183 //72℃時對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器輸出值#defineTMIN173//68℃時對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器輸出值uchar

xdataEDC_at_0xBFFF;//LED段碼鎖存器地址uchar

xdataLEDS_at_0x7FFF;//LED位選通地址sbitSCLA=P1^5;//定義TLC549的時鐘線sbitDSAA=P1^6; //定義TLC549的數(shù)據(jù)線sbitCS549 =P1^7; //定義TLC549的片選線sbitALARM=P1^1; //定義報警控制位sbitHEAT=P1^2; //定義電爐控制位sbitRED=P1^3; //定義紅色發(fā)光二極管控制位sbitGREEN=P1^4; //定義綠色發(fā)光二極管控制位//變量定義ucharBCD[4];//定義顯示緩沖區(qū)uchar

bdata

I_data;//定義I_data為溫度信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量I_data_0=I_data^0;//函數(shù)定義voidhextobcd(uint

intdata); //BCD碼處理程序voiddistemp(void); //顯示溫度程序uchar

get_adresult(void);//數(shù)據(jù)采集程序ucharcodeDIS_SEG7[16]//定義顯示數(shù)碼表

={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//數(shù)字0~9和字母A~F的字形碼//主程序main(){uintresult,temp;//變量定義ucharj;ALARM=0;//清聲音報警

HEAT=0;//電爐加熱

GREEN=0;//綠色LED點亮

RED=1;//紅色LED熄滅while(1){

result=0;get_adresult();//啟動采集

for(j=0;j<10;j++)result+=get_adresult();//調(diào)A/D采集與計算子程序并求和

result=result/10;//取平均值，注意：這樣無法做到四舍五入。//控制判別

if(result>TMAX){ //超過溫度上限處理

HEAT=1;//電爐不加熱

ALARM=1;//驅(qū)動聲音報警電路

GREEN=1;//綠色LED熄滅

RED=0;//紅色LED點亮

}elseif(result<TMIN)

{ //低于溫度下限處理

HEAT=0;//電爐加熱

ALARM=1;//驅(qū)動聲光報警電路

GREEN=1;//綠色LED熄滅

RED=0;//紅色LED點亮

}else { //溫度正常

ALARM=0;//聲光報警取消

GREEN=0;//綠色LED點亮

RED=1;//紅色LED熄滅

}

/*本題中A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量還需要進(jìn)行物理量與數(shù)字量的變換，即標(biāo)度變換。對于本例題的情況，標(biāo)度變換值應(yīng)該為B=99.9℃/255。為達(dá)到轉(zhuǎn)換精度，即為能準(zhǔn)確顯示到小數(shù)點后一位的值，則計算公式應(yīng)修改為T=D×10×B＝D×10×99.9/255，所以變換后的溫度實際最大值為999*/temp=(long)result*999/255;//變成溫度值

hextobcd(temp); //調(diào)BCD碼處理程序

distemp(); //顯示溫度

}}

/*經(jīng)過標(biāo)度變換后的溫度值還是十六進(jìn)制數(shù)，為滿足LED顯示，需要變換為BCD碼。因為最大可能測量的溫度值為99.9℃，相應(yīng)的BCD碼不超過百位。在轉(zhuǎn)換完之后，則BCD碼的結(jié)果，即溫度顯示值需占用3個單元*/voidhextobcd(uint

intdata) //BCD碼處理程序，注意intdata小于1000{BCD[0]=(uchar)((intdata%1000)/100);//得到百位數(shù)BCD[1]=(uchar)((intdata%100)/10);//得到十位數(shù)BCD[2]=(uchar)(intdata%10);//得到個位數(shù)}

圖8－12接口電路原理圖

圖8－12接口電路原理圖

/*由于要求顯示的數(shù)據(jù)精確到小數(shù)點后一位，所以測量結(jié)果用三位數(shù)碼管顯示，顯示格式為××.×C(其中××.×為溫度值)。顯然第2位數(shù)碼管（BCD[1]）在顯示時應(yīng)帶有小數(shù)點。在數(shù)碼管上顯示小數(shù)點有幾種方法，最常用的有如下3種方法。第一種是硬件方法，即把固定需要顯示小數(shù)點的那一個數(shù)碼管的小數(shù)點位，根據(jù)數(shù)碼管是共陽還是共陰極與低電平或高電平相接。第二種是軟件方法，即把固定需要顯示小數(shù)點的那一個數(shù)碼管的小數(shù)點位，根據(jù)數(shù)碼管是共陽還是共陰極把要顯示的數(shù)字與3FH相與，或者與80H相“或”。第三種也是軟件方法，即在顯示時采用2個字型表，一個是不帶小數(shù)點的，一個是帶小數(shù)點的，根據(jù)需要去取數(shù)。本例采用第2種方法。*/voiddistemp(void) //顯示溫度程序{

uchar

I,j,n,m;for(j=0;j<200;j++) { n=0xFE;//顯示位驅(qū)動字

for(i=0;i<4;i++) { LEDS=0xff;//關(guān)輸出位控碼

switch(i) {case0:EDC=DIS_SEG7[BCD[i]];break;//取字形碼case1:EDC=DIS_SEG7[BCD[i]]+0x80;break;/