西安电子科技大学：《单片机原理及应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）第6章 单片机应用系统设计与开发

第6章单片机应用系统设计与开发 第石章单片机泫用票统设计与开发 61单片机应用系统结构与应用系统的设计内容 62单片机应用系统开发过程 63单片机应用系统的一般设计方法 64单片机应用系统调试 65MCS51单片机应用系统设计与调试实例 BACK

第6章 单片机应用系统设计与开发 第6章 单片机应用系统设计与开发 6.1 单片机应用系统结构与应用系统的设计内容 6.2 单片机应用系统开发过程 6.3 单片机应用系统的一般设计方法 6.4 单片机应用系统调试 6.5 MCS-51单片机应用系统设计与调试实例

第6章单片机应用系统设计与开发 61单片机应用系统结构与应用系统的设计内容 611单片机应用系统的一般硬件组成 由于单片机主要用于工业测控,其典型应用系统应包括单 片机系统、用于测控目的前向传感器输入通道,后向伺服控制 输出通道以及基本的人机对话通道。大型复杂的测控系统是 多机系统,还包括机与机之间进行通信的互相通道

第6章 单片机应用系统设计与开发 6.1 单片机应用系统结构与应用系统的设计内容 6.1.1 单片机应用系统的一般硬件组成 由于单片机主要用于工业测控，其典型应用系统应包括单 片机系统、用于测控目的前向传感器输入通道，后向伺服控制 输出通道以及基本的人机对话通道。大型复杂的测控系统是一 个多机系统，还包括机与机之间进行通信的互相通道

第6章单片机应用系统设计与开发 数字量 EPROM 检测 光电隔离 程序存储器 模拟量 RAM 检测 A/D 数据存储器 扩 开关量 检测 光电隔离 片 I/O接凵 展 开关量 控制 光电隔离 机 显示器 伺服驱 动控制 D/A H 键盘 图61典型单片机应用系统结构

第6章 单片机应用系统设计与开发 图6.1 典型单片机应用系统结构

第6章单片机应用系统设计与开发 1.前向通道的组成及其特点 前向通道是单片机与测控对象相连的部分,是应用系统的数 据采集的输入通道 来自被控对象的现场信息有多种多样。按物理量的特征可分 为模拟量和数字、开关量两种。 对于数字量(频率、周期、相位、计数)的采集,输入比较简 单。它们可直接作为计数输入、测试输入、IO口输入或中断源输 入进行事件计数、定时计数,实现脉冲的频率、周期、相位及记 数测量。对于开关量的采集,一般通过ⅠO口线或扩展IO口线直 接输入。一般被控对象都是交变电流、交变电压、大电流系统 而单片机属于数字弱电系统,因此在数字量和开关量采集通道中, 要用隔离器件进行隔离(如光电耦元器件)

第6章 单片机应用系统设计与开发 1．前向通道的组成及其特点 前向通道是单片机与测控对象相连的部分，是应用系统的数 据采集的输入通道。 来自被控对象的现场信息有多种多样。按物理量的特征可分 为模拟量和数字、开关量两种。 对于数字量(频率、周期、相位、计数)的采集，输入比较简 单。它们可直接作为计数输入、测试输入、I/O口输入或中断源输 入进行事件计数、定时计数，实现脉冲的频率、周期、相位及记 数测量。对于开关量的采集，一般通过I/O口线或扩展I/O 口线直 接输入。一般被控对象都是交变电流、交变电压、大电流系统。 而单片机属于数字弱电系统，因此在数字量和开关量采集通道中， 要用隔离器件进行隔离(如光电耦元器件)

第6章单片机应用系统设计与开发 隔离 变换器 采样 放大 滤波器 保持器 多路开关 A/D 单片机 ←「变换隔「滤波器 采样 保持器 图6.2模拟信号的采集通道结构

第6章 单片机应用系统设计与开发

第6章单片机应用系统设计与开发 变换器:变换器是各种传感器的总称,它采集现场的各种信 号,并变换成电信号(电压信号或电流信号),以满足单片机的输 入要求。现场信号有各种各样,有电信号,如电压、电流、电磁 量等;也有非电量信号,如温度、湿度、压力、流量、位移量等, 对于不同物理量应选择相应的传感器 隔离放大与滤波:传感器的输出信号一般是比较微弱的,不 能满足单片机系统的输入要求,要经过放大处理后才能作为单片 机系统的采集输入信号。还有,现场信息来自各种工业现场,夹 带大量的噪音干扰信号。为提高单片机应用系统的可靠性必须隔 离或削减干扰信号,这是整个系统抗干扰设计的重点部位

第6章 单片机应用系统设计与开发 变换器：变换器是各种传感器的总称，它采集现场的各种信 号，并变换成电信号(电压信号或电流信号)，以满足单片机的输 入要求。现场信号有各种各样，有电信号，如电压、电流、电磁 量等；也有非电量信号，如温度、湿度、压力、流量、位移量等， 对于不同物理量应选择相应的传感器。 隔离放大与滤波：传感器的输出信号一般是比较微弱的，不 能满足单片机系统的输入要求，要经过放大处理后才能作为单片 机系统的采集输入信号。还有，现场信息来自各种工业现场，夹 带大量的噪音干扰信号。为提高单片机应用系统的可靠性必须隔 离或削减干扰信号，这是整个系统抗干扰设计的重点部位

第6章单片机应用系统设计与开发 采样保持器:前向通道中的采样保持器有两个作用。一是实 现多路模拟信号的同时采集;二是消除AD转换器的"孔径误差 般的单片机应用系统都是用一个A/D转换器分时对多路模 拟信号进行转换并输入给单片机,而控制系统又要求单片机对同 一时刻的现场采样值进行处理,否则将产生很大误差。用一个 AD转换器同时对多路模拟信号进行采样是由采样保持器来实现 的。采样保持器在单片机的控制下,在某一个时刻可同时采样它 所接一路的模拟信号的值,并能保持该瞬时值,直到下一次重新 米样

第6章 单片机应用系统设计与开发 采样保持器：前向通道中的采样保持器有两个作用。一是实 现多路模拟信号的同时采集；二是消除A/D转换器的"孔径误差" 。 一般的单片机应用系统都是用一个A/D转换器分时对多路模 拟信号进行转换并输入给单片机，而控制系统又要求单片机对同 一时刻的现场采样值进行处理，否则将产生很大误差。用一个 A/D转换器同时对多路模拟信号进行采样是由采样保持器来实现 的。采样保持器在单片机的控制下，在某一个时刻可同时采样它 所接一路的模拟信号的值，并能保持该瞬时值，直到下一次重新 采样

第6章单片机应用系统设计与开发 Δ/D转换器把一个模拟量转换成数字量总要经历一个时间 过程。ΔD转换器从接通模拟信号开始转换,到转换结束输岀 稳定的数字量,这一段时间称为孔径时间。对于一个动态模拟 信号,在AD转换器接通的孔径时间里,输入模拟信号值是不 确定的,从而会引起输岀的不确定性误差。在AD转换器前加 设采集保持器,在孔径时间里,使模拟信号保持某一个瞬时值 不变,从而可消除孔径误差

第6章 单片机应用系统设计与开发 A/D转换器把一个模拟量转换成数字量总要经历一个时间 过程。A/D转换器从接通模拟信号开始转换，到转换结束输出 稳定的数字量，这一段时间称为孔径时间。对于一个动态模拟 信号，在A/D转换器接通的孔径时间里，输入模拟信号值是不 确定的，从而会引起输出的不确定性误差。在A/D转换器前加 设采集保持器，在孔径时间里，使模拟信号保持某一个瞬时值 不变，从而可消除孔径误差

第6章单片机应用系统设计与开发 多路开关:用多路开关实现一个A/D转换器分时对多路模 拟信号进行转换。多路开关是受单片机控制的多路模拟电子开 关,某一时刻需要对某路模拟信号进行转换,由单片机向多路 开关发出路地址信息,使多路开关把该路模拟信号与AD转换 器接通,其它路模拟信号与AD转换器不接通,实现有选择的 转换。 A/D转换器:是前向通道中模拟系统与数字系统连接的核 部件

第6章 单片机应用系统设计与开发 多路开关：用多路开关实现一个A/D转换器分时对多路模 拟信号进行转换。多路开关是受单片机控制的多路模拟电子开 关，某一时刻需要对某路模拟信号进行转换，由单片机向多路 开关发出路地址信息，使多路开关把该路模拟信号与A/D转换 器接通，其它路模拟信号与A/D转换器不接通，实现有选择的 转换。 A/D转换器：是前向通道中模拟系统与数字系统连接的核 心部件

第6章单片机友用系统设计与开发 综上所述,前向通道具有以下特点: (1)与现场采集对象相连,是现场干扰进入的主要通道,是 整个系统抗干扰设计的重点部位。 (2)由于所釆集的对象不同,有开关量、模拟量、数字量, 而这些都是由安放在测量现场的传感、变换装置产生的,许多 参量信号不能满足单片机输入的要求,故有大量的、形式多样 的信号变换调节电路,如测量放大器、IF变换、AD转换、放 大、整形电路等。 (3)前向通道是一个模拟、数字混合电路系统,其电路功耗 小,一般没有功率驱动要求

第6章 单片机应用系统设计与开发 综上所述，前向通道具有以下特点： (1) 与现场采集对象相连，是现场干扰进入的主要通道，是 整个系统抗干扰设计的重点部位。 (2) 由于所采集的对象不同，有开关量、模拟量、数字量， 而这些都是由安放在测量现场的传感、变换装置产生的，许多 参量信号不能满足单片机输入的要求，故有大量的、形式多样 的信号变换调节电路，如测量放大器、I/F变换、A/D转换、放 大、整形电路等。 (3) 前向通道是一个模拟、数字混合电路系统，其电路功耗 小，一般没有功率驱动要求