单片机的应用与拓展

单片机的应用与拓展（精选12篇）

单片机的应用与拓展 第1篇

1 单片机设计

1.1 最小系统介绍

下面我结合一组单片机原理图, 来详细阐述一下单片机最小系统的内部设计。一个完整的电子设计, 首先要解决的问题就是需要有供电模块来为整个系统的操作提供电源。而电源需要确保稳定且可靠, 才能使得电子系统正常运行。

⑴复位电路。复位电路由电路串联电阻构成, 它的原理是通过给单片机的复位引脚RST外接电阻与电容, 实现上电复位。需要说明的是, 要达到复位的有效性, 需要复位电平持续达到两个机器周期以上。PC初始化为000H, 单片机从0单元执行程序。复位时间需大于5ms, 且由R18与C1决定。复位电路分为两部分:按键复位、上电复位。

(1) 按键复位:在复位电容上并联一个开关, 当开关按下时, 电容被放电, RST随之被拉到高电平, 加上电容的充电, 使得高电平得以被保持一段时间, 达到单片机的复位。 (2) 上电复位:一般是在复位引脚RST上面连接一个电容到VCC, 同时连接一个电阻到GND, 以此来形成RC充放电回路, 确保单片机上电的时候, RST引脚能够有充足时间的高电平来达到复位, 随即还原到低电平进入正常的工作状态。

⑵振荡电路。也就是晶振电路, 典型的晶振电路为11.0592MHz/12MHz。它主要是负责为单片机提供所需时钟频率, 单片机所有指令的下达都取决于晶振所提供的时钟频率, 时钟频率越高, 单片机的运行速度也就越快。一般从外部振荡器输入时钟信号。

晶振主要是为系统提供基本的时钟信号, 为使各部分功能保持同步, 单片机通常采用一个系统共用一个晶振。晶振一般经常与锁相环电路配合使用, 以方便为系统提供需要的时钟频率, 满足不同子系统对不同频率时钟信号的需求。

1.2 最小系统的扩展部分

(1) LED部分 (如图1) 。图1中包含的主要元件为LED、1K的排阻。这个最小系统拥有8个独立的LED, 由P1口控制, 使用的是共阳级接法。因此, 只有P1口输出低电平才会使得LED点亮。 (2) 蜂鸣器电路。蜂鸣器是PNP三极管驱动控制, 被称为电磁式有源蜂鸣器。三极管集电极借助蜂鸣器连接5v电源, 基极为控制端, 且发射极接地。当单片机P2.3输出低电平的时候, 三极管导通, 使得蜂鸣器发出声音。蜂鸣器是一种感性原件, 还可以通过两端并接二极管达到泄放的效果。 (3) 键盘电路。独立的键盘当与单片机相连接时, 就需要每个按键上有一个I/O口, 按键越多, 则需要的I/O口越多, 造成I/O口的过度消耗。为了避免这一情况, 这时, 就有了矩阵键盘的引入。 (4) A/D电路。作为一种模数转换器, 用来将模拟信号转换为数字信号的电路。A/D变换包含三个部分:抽样、量化和编码。一般情况下, 量化和编码是同时完成的。抽样是将模拟信号在时间上离散化的过程;量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程;编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。它主要用来负责系统处理结果的精确度。由于集成A/D转换器的种类繁多, 在这里一般是选择逐次比较型的A/D转换器。如, ADC0804转换器, 其分辨率为8位, 采用CMOS工艺20引脚的集成芯片, 转换的时间为100us, 其输入电压范围0v—5v。其芯片内含有三态输出数据锁存器, 能够直接连接在数据总线上面。 (5) D/A电路。D/A转换器用来把数字量转换为模拟量, 目前已经做成集成芯片。如, DAC0832转换器使用非常普遍, 是一种8位D/A转换器, 其转换时间为1us, 基准电压是正负10v工作电压5v—15v, 可以直接与单片机接口。另外根据情况需要, 还可以外接运算放大器。

在这里, 我对单片机最小系统51系列电路设计做一个对比介绍, 方便大家更清晰的了解:单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间, 一般采用10~30u F, 51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz, 在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振, 51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度, 频率越大处理速度越快。单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15~33p F, 并且电容离晶振越近越好, 晶振离单片机越近越好4.P0口为开漏输出, 作为输出口时需加上拉电阻, 阻值一般为10k。设置为定时器模式时, 加1计数器是对内部机器周期计数 (1个机器周期等于12个振荡周期, 即计数频率为晶振频率的1/12) 。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。

2 单片机的广泛应用

⑴在机电一体化领域中的应用。机械工业的发展都在朝着机电一体化方向看齐, 是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备, 足可以看出机电一体化在当今社会中的重要性与普遍性。单片机凭借着其自身体积小、功能强、性价比高、可靠性强等优点, 被广泛应用于机电一体化产品领域, 现在的机电一体化很多都是采用51单片机为核心智能压力传感器设计。单片机作为诸多产品的控制器, 发挥着核心作用, 使得一体化机器设备更加智能, 自动化。

⑵在日常生活领域中的应用。现在, 家家户户几乎用离不开电冰箱、电饭煲、空调、电视机等设备, 而且这一系列的家庭用品都变得越来越智能, 为生活带来了极大的便利。而这些便利的由来正是因为这些家居用品添加了单片机。可以说, 单片机围绕在我们周身的方方面面。使我们不用动手就可以轻轻松松将问题解决掉。

⑶在办公领域方面的应用。很多办公用品如:打印机、传真机、考勤机、复印机等, 都嵌入了单片机, 使得办公更方便, 节省了工作时间, 提高了工作效率。

⑷在经济活动领域的应用。为了提高办事效率, 解决各种困惑与烦恼, 避免意外发生, 单片机成了很多商家的首选。如, 收款机、监控系统、IC卡刷卡机、条形码阅读器等等, 都应用了单片机。或是用来辨别真伪, 或是用来保护自身安全, 又或是为了省时省力, 总之, 单片机为各种商业上的往来提供了便利。

⑸在网络通信领域的应用。单无线电话、通信系统、各式呼叫系统等等, 也都嵌入了单片机。各种智能电话、智能电脑都成了人们的首选, 有了单片机, 我们可以方便的进行数据传输, 储存各种重要资料;可以毫不费力的去搜寻我们需要的信息, 随时随地掌握各地的各类情报, 这都是借助了我们身边电子产品的智能、自动功能。

⑹在医疗领域的应用。随着各类医疗设备的功能升级和为了更好的为患者服务, 也离不开单片机的应用。如, 各种超声波设备、呼吸机、监护仪、病床呼叫系统等等, 使得各种服务更人性化, 增加了检测结果的准确性, 提高了检测速度, 为病人、医生解决了生理、心理等各方面的难题。

⑺交通设备的应用。自动导航系统、动力检测系统、自动驾驶技术、集中显示系统等都离需要单片机来控制。

⑻在航天领域、国防领域等也应用广泛。目前, 由于单片机技术的与时俱进, 能更广泛的满足社会各领域的需求, 因此得到了越来越广泛的应用, 同时也催生了单片机技术的日臻完善。通过以上一系列的分析, 我认为, 要想让单片机技术走的更远, 还需要我们从更多的细节入手, 基于单片机的设计理念, 深入挖掘, 使之更贴合人们以及社会的需要, 从而带动其它科学技术的创新。

摘要：随着近年来计算机应用技术在社会领域的推广, 使得单片机的应用不断的走向深入。单片机与简单的接口电路相结合即可构成单片机最小系统, 是单片机的基础应用, 并且具有强大的扩展优势, 被人们广泛应用。本文通过对单片机最小系统设计及应用分析, 试图更清晰的认识到其优点, 改善其不足, 使其能在市场上有更广阔的发展前景。

关键词：单片机,最小系统,应用,特点

参考文献

[1]郭天祥, 著.十天学会单片机, 北京, 清华大学出版社, 2007年.

[2]李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社, 2002年.

《单片机原理与应用设计》总结 第2篇

第一章 单片机概述

在一块半导体硅片上集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM）、和各种I/O接口的集成电路芯片由于其具有一台微型计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机主要应用于测试和控制领域。

单片机的发展历史分为四个阶段。1974—1976年是单片机初级阶段，1976—1978年是低性能单片机阶段，1978—1983年是高性能单片机阶段，期间各公司的8位单片机迅速发展。1983至现在是8位单片机巩固发展及16位、32位单片机推出阶段。单片机的发展趋势将向大容量、高性能、外围电路内装化等方面发展。

单片机的发展非常迅速，其中MCS-51系列单片机应用非常广泛，而在众多的MCS-51单片机及其各种增强型、扩展型的兼容机中，AT89C5x系列，尤其是AT89C51单片机成为8位单片机的主流芯片之一。

第二章 89C51单片机的硬件结构

89C51单片机的功能部件组成如下：8位微处理器，128B数据存储器片外最多可外扩64KB，4KB程序存储器，中断系统包括5个中断源，片内2个16位定时器计数器且具有4种工作方式。1个全双工串行口，具有四种工作方式。4个8位并行I/O口及特殊功能寄存器。

89C51单片机的引脚分为电源及时钟引脚、控制引脚及I/O口。电源为5V供电，P0口为8位漏极开路双向I/O口，字节地址80H，位地址80H—87H。可作为地址/数据复用口，用作与外部存储器的连接，输出低8位地址和输出/输入8位数据，也可作为通用I/O口，需外接上拉电阻。P1、P2、P3为8位准双向I/O口，具有内部上拉，字节地址分别为90H，A0H，B0H。其中P0、P2口可作为系统的地址总线和数据总线口，P2口作为地址输出线使用时可输出外部存储器的的高8位地址，与P0口输出的低8位地址一起构成16位地址线。P1是供用户使用的普通I/O口，P3口是双向功能端口，第二功能很重要。

89C51的CPU包括运算器和控制器，其中运算器包括ALU、累加器A、位处理器、程序状态字寄存器PSW及两个暂存器。控制器包括程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机个功能部件。

89C51的存储器空间分为程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间及外部数据寄存器。外部数据存储器与外扩的I/O口统一编址。89C51复位后程序存储器PC的内容为0000H，P0—P3口为FFH，SP为07H，程序从0000H开始执行。5个中断源的中断入口地址为：INT0是0003H，T0是000BH，INT1是0013H，T1是001BH，串行口为0023H。通常在这5个中断入口地址处都存放一条跳转指令条向中断服务程序。

89C51的时钟信号有内部时钟方式和外部时钟方式两种，指令的执行是以时钟周期为时序基准，12个时钟周期为一个机器周期。

第三章 89C51的指令系统

89C51的寻址方式有7种。

1、寄存器寻址方式，即操作数在寄存器中。例如：MOVA,Rn2、直接寻址方式，指令中直接以单元地址的形式给出操作数，该单元地址中的内容就是操作数。例如：MOVA,40H3、寄存器间接寻址方式，寄存器中存放的是操作数的地址，为区别寄存器寻址和寄存器间接寻址，在寄存器间接寻址方式中应在寄存器名称前面加前缀“@”。例如：MOVA,@Ri;i=0或

14、立即寻址方式，即直接在指令中给出操作数，为与直接寻址中的直接地址加以区别，在立即数前加“#”。例如：MOVA,#40H5、基址寄存器加变址寄存器间接寻址，用于读程序存储器中的数据到累加器中。以DPTR或PC作为基址寄存器，以累加器A作变址寄存器并以两者内容相加形成16位地址作为操作数的地址。例如：MOVCA,@A+DPTR6、位寻址方式，位寻址指令中可以直接使用位地址。例如：MOVC，40H7、相对寻址方式，目的地址=转移指令所在地址+转移指令字节数+rel;其中rel是一个带符号的8位二进制数补码数，范围为-128~+127。

89C51指令系统共111条指令，按功能分为5类：

1、数据传送类（28条）。

2、算术运算类（24条）。

3、逻辑操作类（25条）。

4、控制转移类（17条）。

5、位操作类（17条）。

第四章 89C51汇编语言程序的设计与调试

汇编语言语句有两种类型：指令语句和伪指令语句。指令语句汇编产生指令代码。伪指令语句是在汇编语言源程序中向汇编程序发出的指示信息，告诉它如何完成汇编工作的。伪指令不产生相应的机器代码。

汇编语言语句的四分段格式：标号字段：操作码字段 操作数字段 ；注释字段

注：符号$用于表示该转移指令操作码所在地址，例如：JNB F0,$

常用伪指令：ORG汇编起始地址命令，END汇编终止命令，DB定义字节命令，DW定义数据字命令，EQU赋值命令

汇编语言程序设计步骤：

1、分析问题确定算法 2,、根据算法画程序框图

3、分配内存工作区及有关端口地址

4、编写程序

5、上机调试

汇编语言程序的基本结构分：顺序结构、分支结构、循环结构、子程序、中断服务子程序。

各类程序设计简介：

1、子程序，是一种能完成某一特定任务的程序段。

注：（1）子程序子程序第一条指令前必须有标号

（2）两条子程序调用指令：绝对调用指令ACALL addr11;长调用指令LCALL adder16

（3）子程序结构中必须用到堆栈，但现场保护与恢复不是必须的（4）子程序返回主程序最后一条指令必须是RET2、查表程序，查表就是根据自变量x，在表格中寻找y，使y=f(x)；两条查表指令为：MOVCA,@A+DPTR和MOVCA,@A+PC3、关键字查找程序，有两种（1）顺序检索，要检索的表是无序的。（2）对分检索，要检索的数据表已排好序，按对分原则取数进行关键字比较。

4、数据极值查找程序，在指定数据区中找出最大值或最小值。

5、数据排序程序，将一批数按降序或升序排列。最常用的排序算法是冒泡法。

6、分支转移程序设计，分无条件分支转移和有条件分支转移。有条件分支转移程序又分单分支选择结构和多分支选择结构。

7、循环程序，分循环计数控制结构和条件控制结构

第五章 89C51的中断系统

89C51有5个中断请求源，具有两个中断优先级，可实现两级中断服务程序嵌套。5个中断源为：

（1）/INT0—外部中断请求0。

（2）/INT1—外部中断请求1。

（3）定时器/计数器T0计数溢出中断请求。

（4）定时器/计数器T1计数溢出中断请求。

（5）串行口中断请求。

中断请求标志位分别有特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。TCON为定时器/计数器的控制寄存器，字节地址88H，可位寻址。

SCON为串行口控制寄存器，字节地址98H，可位寻址。

IE为中断允许寄存器，字节地址A8H，可位寻址。

IP为中断优先级寄存器，字节地址B8H，可位寻址。注：在同时收到几个同一优先级的中断请求时，哪一个中断请求能优先得到响应取决于内部的查询顺序。外部中断0中断级别最高，串行口中断级别最低。

响应中断请求的条件：

（1）总中断允许打开IE=1；

（2）该中断源发出中断请求；

（3）该中断源中断允许位=1；

（4）无同级或更高级中断正在被服务；

在一个单一中断系统里，89C51单片机对外部中断请求的响应时间在3~8个机器周期。外部中断请求有两种触发方式：电平触发方式和跳沿触发方式（负跳变）。但跳沿触发方式，输入的负脉冲宽度至少要保持一个机器周期。

中断响应的撤销：两个定时器计数器的中断请求及外部中断跳沿方式的请求是自动撤销。电平触发的外部中断请求，其中断请求标志自动撤销，中断请求信号的低电平需自己处理。串行口中断请求的撤销只能使用软件方法。

第六章 89C51的定时器/计数器

89C51内有两个16位的硬件增1定时器/计数器T0、T1，分别由特殊功能寄存器TH0、TL0，TH1、TL1构成。都具有定时器、计数器两种工作模式及四种工作方式（方式0~3）。其中特殊功能寄存器TMOD用于选择T0、T1的工作模式和工作方式。TCON用于控制T0、T1的启动和停止计数，同时包含T0、T1的状态。TMOD、TCON均由软件来设置。计数模式是对加在T0(P3.4)和T1(P3.5)两个引脚上的外部脉冲进行计数。定时模式是对单片机的时钟信号经片内12分频后的脉冲计数。

TMOD字节地址89H不能位寻址。其中M1、M0为工作方式选择位，00—方式0为13位定时器/计数器。由TLx的低5位和THx的高8位构成。11—方式1为16位定时器/计数器。10—方式2为8位自动重装定时器/计数器。11—方式3，仅适用于T0，此时T0分成两个8位计数器TL0、TH0，T1停止工作，TL0可计数/定时，TH0被固定为一个8位定时器（不能作为外部计数模式）。

注：T0处于工作方式3时，T1可定位方式0~2，用来作为串行口的波特率发生器，或不需要中断的场合。

定时器/计数器工作于计数模式时，输入信号产生负跳变时计数值增1。外部输入的计数脉冲的最高频率为系统震荡器频率的1/24。

注：在读运行中的定时器/计数器的计数值时，应先读THx，后读TLx，再读

THx，若两次读得的THx相同，则读得正确。

第七章 89C51的串行口

89C51单片机片内有一个可编程的全双工的异步通信串行口，它有两个物理上独立的接收发送缓冲器SBUF，共用同一个字节地址99H。它有四种工作方式，波特率可通过软件设置片内的定时器/计数器控制。串行口的控制寄存器有两个SCON、PCON。SCON中的SM0、SM1两位为工作方式选择位，00—方式0，同步移位寄存器方式（用于扩展I/O口）。01—方式1，8位异步收发，波特率可变（由定时器控制）。10—方式2,9位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/32。11—方式3,9位一步收发，波特率可变（由定时器控制）。PCON中的SMOD位为波特率选择位。89C51的串行口用于串行通信时要占用定时器T1作为波特率发生器。

多个89C51单片机可利用串行口进行多机通信。串行口控制寄存器中的SM2位即为多机通信控制位。方式2和方式3中的第9位数据在多机通信和双机通信奇偶校验中很重要。

根据89C51的双机通信距离和抗干扰性的要求可选择TTL电平传输，或选择RS-232C、RS-422A、RS485串行接口进行串行数据传输。

第八章 89C51单片机扩展存储器的设计

89C51采用的是程序存储器空间和数据存储器空间分开的哈弗结构。最大可分别外扩64KB的存储空间，其中I/O接口芯片中的寄存器也作为数据存储器的一部分。

要进行系统扩展首先要构造系统总线，按功能常把系统总线分为3组，地址总线、数据总线、控制总线。以P0口作为低8位地址/数据总线，以P2口作为高8位地址线，形成16位地址线，可寻址64KB范围。控制信号线有引脚/PSEN、/RD、/WR、ALE、/EA。

为使外扩存储器空间分配时一个存储器单元对应一个地址，实地址不发生重叠以避免数据冲突就需要考虑存储器的地址空间分配问题。89C51必须进行两种选择：一是“片选”，二是在片选基础上进行“单元选择”。实现片选有两种方法：线性选择法和地址译码法。常用译码芯片有74LS138（3-8译码器）、74LS139（双2-4译码器）、74LS154（4-16译码器）。在外扩存储器的接口设计中，89C51单片机与存储器的连接就是地址线与地址引脚，数据线与数据引脚的连接，关键要做好控制线的连接。

89C51单片机P0口数据线和低八位地址线，为将它们分离出来须在单片机外加地址锁存器，如74LS373、74LS573。

只读存储器简称ROM，程序存储器的扩展使用比较多的是EPROM、EEPROM。EPROM的典型芯片是27系列产品。单片机系统常用RAM芯片的典型型号有6616、6264、62128、62256。

第九章 89C51扩展I/O接口的设计

虽然89C51本身已有4个I/O口，但是真正用作I/O口线的只有P1的八位I/O线及P3口的某些位线。在多数应用系统中89C51单片机都需要扩展I/O口。89C51扩展I/O接口电路应满足以下要求：

1、实现和不同外设的速度匹配。

2、输出数据锁存。

3、输入数据三态缓冲。

每个I/O接口中的端口都要有地址，常用I/O端口编址方式有两种：独立编址、统一编址。89C51单片机使用的是统一编址。

为实现和不同外设的速度匹配，I/O接口必须根据不同的外设选择恰当的I/O

数据传送方式，有三种：同步传送、异步传送、中断传送。目前常用的外围I/O接口芯片有：82C55、81C55。

82C55具有3个8位的并行I/O口，三种工作方式，可通过编程改变其功能。方式0—基本输入/输出。方式1—选通输入/输出。方式2—双向传送（仅PA口）。81C55包含256B的RAM存储器，RAM的存取时间为400ns，两个可编程的8位并行口PA和PB，一个可编程的6位并行口PC，以及一个14位的减1计数器。PA和PB口可工作与基本输入/输出方式（同82C55的方式0）或选通输入/输出方式（同82C55的方式1）。81C55有两种工作方式：存储器方式和I/O方式。

在89C51单片机系统中有时还需要使用廉价的74LSTTL芯片来扩展并行I/O口。若串行口未被使用，使用串行口来扩展并行I/O口也是一种较好的扩展方案。

第十章 89C51与键盘、显示器、拨盘、打印机的接口设计

大多数的单片机应用系统，都需要配置输入外设和输出外设。常用的输出外设有LED显示器、LCD显示器、打印机等，常用输入外设有键盘、BCD码拨盘等。

LED分共阳极和共阴极两种，为8段或七段。LED显示器有两种工作方式：静态显示方式和动态显示方式。

在单片机系统中常用的键盘有两种：机械式按键键盘和薄膜键盘。常用键盘接口分两种：独立式键盘接口和行列式键盘接口。键盘的工作方式分三种：编程扫描方式、定时扫描方式、中断扫描方式。按键的确认一定要注意按键的消抖。在单片机应用系统设计中，一般把键盘和显示器放在一起考虑。此时可利用I/O芯片81C55或82C55来实现。也可用专用可编程键盘/显示器接口电路芯片Intel 8279和HD7279A。8279芯片是动态循环扫描显示方式，与89C51的接口需要8位数据线、段驱动器、位驱动器，还需扩充译码器。HD7279芯片可同时驱动8个共阴极LED显示器和64键的矩阵键盘，也是采用动态循环扫描显示方式，与89C51单片机间采用串行接口方式，仅占用4条口线，内部含有译码器及驱动器，能自动消抖和识别键值。性能要优于8279芯片。

LCD显示器具有功耗低，抗干扰能力强等优点，按排列形状可分为：字段型、点阵字符型、点阵图形型。在单片机应用系统中常用点阵字符型LCD显示器，使用时必须有相应的LCD控制器、驱动器来对LCD进行扫描、驱动，还要一定 空间的RAM和ROM来存储写入的命令和显示字符的点阵。

在单片机应用系统设计中多使用微型点阵式打印机，常用的有TPuP-40A/16A、GP16及XLF嵌入仪器面板上的汉字微型打印机。有时输入一些控制参数使用数字拨盘简单方便，最方便的拨盘是十进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。

第十一章 89C51单片机与D/A、A/D转换器的接口

D/A为数模转换器，主要技术指标为分辨率、建立时间和精度。常用的8位D/A转换器有DAC0832，它具有两个输入数据寄存器，电流输出，建立时间为1us，可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入，单一电源供电，功耗为20mW。DAC0832可以单、双极性电压输出。设计89C51与DAC0832的接口电路时，常用单缓冲方式或双缓冲方式的单极性输出。当8位DAC的分辨率不够用时，可以采用高于8位的DAC。如12位分辨率的电压输出型D/A转换器AD667。A/D为模数转换器，其种类很多，广泛应用于单片机应用系统的主要有：逐次比较型转换器、双积分型转换器、∑-△式转换器。主要技术指标为转换时间

和转换速率、分辨率、转换精度。常用的8位A/D转换器ADC0809是一种逐次比较型8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。ADC0809虽有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信号，但每个瞬间只能转换一路。8位ADC不够用时可使用12位A/D转换器AD574A,它是12位逐次比较型A/D转换器。转换时间为15us,转换精度≤0.05%。具有三态缓冲电路，片内有高精度的基准电压源和时钟电路，所以AD574A可在不需要外加电路和时钟信号的情况下完成A/D转换。

双击分型ADC由于两次积分时间比较长，所以AD转换速度慢，但精度可以做的比较高，对周期变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能较好。常用的有三位半的双积分型AD转换器MC14433和四位半的双击分型AD转换器ICL7135。第十二章 单片机的串行扩展技术

目前，单片机系统中使用的串行扩展方式主要有PHILIPS公司的I²C总线，DALLAS公司的单总线、Motorola公司的SPI串行外设接口。

单总线只有一条数据输入/输出线DQ，总线上所有器件都挂在DQ上，电源也通过这条线供给。单总线器件如：DS18B20。

SPI总线允许单片机与多个厂家生产的标准外围设备直接相连，以串行方式交换信息。SPI使用四条线：串行时钟SCK、主器件输入/从器件输出数据线MISO、主器件输出/从器件输入数据线MOSI和从器件选择线/CS。具有SPI接口的器件如：存储器MC2814、显示驱动器MC14499、MC14489等。

I²C总线用两条连线实现全双工同步数据传送，其中一条数据线SDA，一条时钟线SCL，所以连接到I²C总线上器件的数据线都接到SDA线上，各器件时钟线均接到SCL线上。它的运行由主器件控制。对于不带I²C总线接口的单片机可以使用普通I/O口采用软件模拟I²C总线时序的方法。具有I²C总线接口的器件如：PCF8553、MAX127/128、MAX517/518/

519、AT24C02等。第十三章 89C51单片机应用系统的设计与开发

单片机应用系统设计的步骤有四步：

（1）需求分析，方案论证和总体设计。

（2）器件选择，电路设计制作，数据处理，软件的编制。

（3）系统调试与性能测定。

（4）文件编制。

应用系统的硬件设计应注意以下几点：

（1）尽可能采用功能强的芯片。

（2）以软代硬。

（3）工艺设计。

应用系统的软件总体框架设计应从以下几方面加以考虑：

（1）根据软件功能要求，将系统软件分成若干独立部分。

（2）各功能程序实行模块化。子程序化。

（3）在编写软件之前，应绘制出程序流程图。

（4）要合理分配系统资源，包括RAM、ROM、定时器/计数器、中断源等。对于实时数据采集系统，为消除传感器通道中的干扰信号，除硬件上采用模拟滤波器外还可以采用软件滤波。软件滤波方法一般有：算术平均滤波、滑动平均滤波、中位值滤波、去极值平均滤波等。

单片机的应用与拓展 第3篇

关键词：单片机 PLC通信 研究 应用

在现代工业社会，PLC通信和单片机的应用领域非常广泛，但是两者都存在着不可克服的缺陷，由于社会的需要，因此根据实际将两者结合起来，实现更加优异的设计。譬如在PLC设备上添加A/D通管所需的成本远远高于单片机添加A/D通管的成本，，两者在许多方面可以进行互补，将PLC和单片机两者相结合可以有效的降低成本、节约空间，两者的通信在实际应用中具有非常现实的意义。

1.概述

1.1.单片机概述

单片机是计算机的一个分支，其由计算机系统的五大部分之一CPU集成至单块集成电路中而产生MPU或ALU，此后MPU朝着两个方向发展，产生了多功能的将储存器和输入/出接口等全部集成到一块集成电路的SOC，这就是当今广泛适用的单片机的雏形。单片机所具有的功能主要是CPU、储存器、定时器、接口电路等方面，将这些功能都集中于一块电路芯片上，而形成的微型计算机，别称微控MPU。单片机的应用领域非常广，其中对于通信领域的作用也很突出。因为其资源丰富、性能全面并且通用性强，在现今的单片机领域中，单片机的种类层出不穷，功能也越来越强。

1.2.PLC概述

PLC是一种以计算机技术为基础的新型工业装置。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC这种产品需要控制程序的配合才能发挥其控制功能，因此在没有安装程序前的PLC是不具有适用价值的。PLC对于工业环境控制有着重要作用，但是必须借助相应的二次开发即程序安装才能实现其功能。

1.3.单片机与PLC的异同

首先，两者之间的可比性并不强，PLC可以说是在单片机的基础上发展起来的，而单片机则是一种集成电路。单片机可以适用的领域范围非常广，而PLC是单片机应用系统中的一个分支，PLC技术中涉及到单片机技术，但是并不是单片机技术的简单延伸，PLC技术在单片机技术上是有很大创新的。单片机的资源费用相比于PLC来的低，对于成本控制是较有效率的。但是两者之间的技术含量是不分高下的，并不存在哪一种技术较为高级的问题，适用单片机只是可以更节约成本，减轻浪费现象，并且其编写的程序相对较为合理。

2.单片机与PLC通信的研究

2.1.单片机与PLC结合通信的优点

两种技术都具有各自的优点和缺陷，PLC分布较广、接入方便，并且在接入方面PLC存在费用低、成本控制效果好的情况，对于用户来说是一大福利。单片机占地面积小、价格普遍较低、使用方便，适合于室内办公、民用建筑电力等核心部位，前者可变成逻辑控制器使用简单，抗干扰能力强，并且在恶劣环境下工作抗干扰能力强，这是后者所不具备的。因此将单片机遇PLC结合起来，可以做到扬长避短，两者通过通信进行信息交换，实现实时采集数据。

2.2.单片机与PLC通信的应用

PLC是在单片机的技术基础上发展起来的，是单片机的一个特殊的应用系统，它不具有单片机那么广泛的应用范围，两者相结合，通常采用单片机作为外围的电路设计实现各种功能为基础的方法，单片机一般采用c语言、汇编语言等，其安全性能非常强。但是单片机具有维护难度大的缺点，因此单项工程上应该尽量选用PLC，而对于大量通信配套项目则应该采用两者相结合的形式，在单片机中嵌入PLC系统，提高通信的性能。

2.3.通信程序

一般包括单片机发送数据通信程序和PLC接收数据通信程序。在单片机的端口安装数据寄存器，如果向数据寄存器中写入数据，就会立即发送数据，而如果进行读入操作，就会启动接收过程。当单片机与plc通过rs—232c串行接口进行通信时，发送过程主要有单片机向plc发出命令帧格式，发送过程结束之后，plc做出响应，同时单片机接受响应帧格式，这种过程称为接受过程通信过程主要由单片机进行启动和接受不需要运用plc进行编制程序。以PIC16F877单机片和S7-200PLC组合为例，一般单机片采用定长发送，报文由五个字节组成，这种发送形式对于实时性要求较低，因此可以加入延时程序，但是要注意单片机在睡眠状态下的异步通信是不可进行的。PLC一般采用字符接收完成终端接收数据，并且根据实际的数据长度设置数据帧的接收完结状态。在接收完数据后计算出相应的异和校验码，并与单机片传输过来的校验码相对照，不同则舍去，不重复发送。

结语：现代工业社会对于PLC和单机片的应用越来越广，PLC和单机片都是通信领域非常实用的技术，但是两者都存在固有的缺陷和不足，因此在实践经验中，将PLC与单机片技术相结合，如串行通信技术，具有实用性强、结构简单等优点，有利于远距离传输。随着科技的不断进步，单机片和PLC也在不断的更新，进一步将两者有效的结合起来实现通信技术，从而创造更高的应用价值。

参考文献：

[1] 杜学普；吴晓君；曹凌；；基于MPI网络的PLC饮料生产线监控系统[J]；工业控制计算机；2008年01期

[2]王長栋，左先波，胥小萍；西门子S7系列PLC的MPI网络与全局数据通信[J]；机械工人.冷加工；2000年11期

[3]武林俊，刘振灏，朱立新；用可编程序控制器（PLC）控制加速器[J]；电子技术应用；2000年12期

[4]于仲安，周克良；Profibus-DP现场总线技术及其应用[J]；电子技术；2004年10期

配方法的拓展与应用 第4篇

《新课程标准》提出通过学习使学生能够获得基本的数学思想方法, 浙教版八 (下) 数学学习了用配方法解一元二次方程, 配方法作为一种常用的数学方法, 针对浙八 (下) 内容, 我对配方法的应用进行了一些拓展。

1. 配方法在确定二次根式中字母取值范围的应用

在求二次根式中的字母的取值范围时, 经常可以借助配方法, 通过平方项是非负数的性质而求解。

例1.求二次根式中字母的取值范围

分析:根据二次根式的定义, 必须被开方数大于等于零, 再观察被开方数可以发现可以利用配方法求得。解:

因为无论取a何值, 都有

所以a的取值范围是全体实数。

点评:经过配方, 观察被开方数, 然后利用被开方数必须大于等于零求得所需要的解。

2. 配方法在化简二次根式中的应用

在二次根式的化简中, 也经常使用配方法。

例2.化简

分析:题中含有两个根号, 化简比较困难, 但根据题目的结构特征, 可以发现可以写成, 从而使题目得到化简解:

点评:的题型,

一般可以转化为

3. 配方法在证明代数式的值为正数、负数等方面的应用

在证明代数式的值为正数或负数, 配方法也是一种重要的方法。

例3.不管x取什么实数, -x2+2x-3的值一定是个负数, 请说明理由。

分析:本题主要考查利用配方法说明代数式的值恒小于0, 说明一个二次三项式恒小于0的方法是通过配方将二次三项式化成“-a2+负数”的形式。

因此, 无论x取什么实数, -x2+2x-3的值是个负数。

点评:证明一个二次三项式恒小于0的方法是通过配方将二次三项式化成“-a2+负数”的形式来证明。

例4.不管x取什么实数, x2+2x+5的值一定是一个正数, 你能说明理由吗?

分析:要证x2+2x+5一定是一个正数, 只要把它化为“-a2+正数”的形式即可。

因此, 不管x取什么实数, x2+2x+5的值一定是个正数。

点评:证明一个二次三项式恒大于0的方法是通过配方将二次三项式化成“-a2+正数”的形式来证明。

4. 配方法在解某些二元二次方程中的应用

解二元二次方程, 在课程标准中不属于考试内容, 但有些问题, 还是可以利用我们所学的方法得以解决。

例5.解方程x2+y2+4x-2y+5=0。

分析:本题看上去是一个二元二次方程的问题, 实质上它是一个非负数问题。

解:由x2+y2+4x-2y+5=0整理为

点评:把方程x2+y2+4x-2y+5=0转化为方程组x+2=0, y-1=0问题, 把生疏问题转化为熟悉问题, 体现了数学的转化思想, 正是我们学习数学的真正目的。

5. 配方法在求最大值、最小值中的应用

在代数式求最值中, 利用配方法求最值是一种重要的方法。可以使我们很快求出所要求的最值。

例6.若x为任意实数, 求x2+4x+7的最小值。

分析:求x2+4x+7的最小值, 可以先将它化成 (x+2) 2+3, 根据 (x+2) 2≥0, 求得它的最小值为3。

因此, x2+4x+7的最小值为3。

点评:配方法是求一元二次方程根的一种方法, 也是推导求根公式的工具, 同时也是求二次三项式最值的一种常用方法。

例7.若x为任意实数, 求-2x2+4x+7的最大值。

分析:求-2x2+4x+7最大值, 可以先将它化成-2 (x-1) 2+9, 然后根据-2 (x-1) 2≤0, 求得它的最大值为9。

因此-2x2+4x+7有最大值为9。

点评:求二次三项式的最大值或最小值, 可以先将它们化成a (x+b) 2+c的形式, 然后再判断, 当a>0时, 它有最小值c;当时a<0, 它有最大值c。

6. 配方法在一元二次方程根的判别式中的应用

配方法是求一元二次方程根的一种方法, 也是推导求根公式的工具, 并且也是解决其他问题的方法, 其用途相当广泛。在一元二次方程根的判别式中也经常要应用到配方法。

例8.证明:对于任何实数m, 关于x的方程2x2+3 (m+1) x+m2-4m-7=0都有两个不相等的实数根。

分析:由于方程中含有字母系数, 而要证明的是方程有两个不相等的实数根, 只需证明判别式恒大于零即可。

∴方程有两个不相等的实数根。

点评:利用判别式证明方程根的情况是一种常见的题型, 其实质上判断判别式的正负, 一般都可以利用配方法解决。

例9.试判断关于x的方程

x2+2ax+2a2-a+5=0的根的情况。

分析:由于方程中含有字母系数, 要判别方程根的情况, 实质上是要判断判别式的正负。

∴方程没有实数根。

点评:要判断方程根的情况, 其实质上判断判别式的正负, 而判断判别式的正负, 最常用的方法就是配方法。

7. 配方法在恒等变形中的应用

配方法在等式的恒等变形中也经常用到, 特别是含有多个二次式时, 经常把他们分别配方, 转变为平方式。然后再进行解决。

例10、已知a2+b2+c2=ab+bc+ac又知a、b、c为三角形的三条边, 求证:该三角形是等边三角形。

分析:题中分别含有、、的二次式, 提醒我们不妨利用配方法进行解答。

证明:∵a2+b2+c2=ab+bc+ac,

∴三角形是等边三角形。

点评:配方法在等式恒等变形中的应用, 经常会让我们收到意想不到的效果。

《单片机原理与应用》实验教案4 第5篇

基于单片机的交通灯设计

一、实验目的：

通过本实验使学生建立应用电子产品系统开发思想，掌握可编程主控芯片产品、系统开发的开发原理、开发方法和开发过程。

二、实验内容：

1、建立基于单片机控制的交通灯模型，并划分软、硬件功能；

2、以DVCC598JH++仿真器为基础，设计硬件电路；

3、设计软件程序；

4、软、硬件仿真与调试。

三、交通灯设计：

1、交通灯模型：

把红、绿、蓝3个发光二极管作为一组，分别用4组发光二极管模拟十字路口交通灯。正常情况下，各道口通、断50s，通、断之间等待10s；特殊情况各道口分别可以一直通断，直到特殊情况解除。

2、软、硬件功能划分：

发光二极管亮、灭显示由硬件电路完成；亮、灭的时间由软件控制。

3、交通灯硬件电路设计：

4、软件设计：

单片机的应用与拓展 第6篇

关键词：单片机；电子技术；应用；发展趋势

功能全面，价格较低是单片机受欢迎的主要原因，同时也是科技发展的必然结果。单片机的实质就是一台小型的计算机，其体积也随着科技的发展而逐渐减小。目前，单片机应用于多个领域，取得了不错的效果。

一、单片机在电子技术中的应用

（一）单片机在家用电器中的应用

家用电器中单片机的应用较为广泛。单片机的使用可在家用电器原有性能的基础上实现其智能化，优化产品的质量和性能，提高企业市场竞争力。如在洗衣机中加入单片机设计，可以实现机器对衣物类别的识别，并且可对衣服是否已经清洁做出判断，根据衣服的性质和洁净程度选择不同的洗涤时间。在电冰箱的使用上，单片机可以实现对食物进行自动分类，确定保鲜等级，从而可以方便使用者将食物存储于不同的温度之下。单片机作为一种智能设备，在生活中应该广泛，其自动对食物或用品的性质进行分类，有效的提高了家用电器的工作效率，为人们的生活带来了方便。目前，随人人们生活水平的提高，其对家用电器性能的要求也逐渐提高。使得单片机在家用电器中的应用越来越广泛，也逐渐趋于智能化。

（二）单片机在工业领域的应用

单片机在工业领域的应用提高了工业设备的性能。在汽车生产上，基于单片机技术的汽车操作系统性能更加稳定，操作更加方便。目前，单片机主要应用于控制性和数据采集系统，能够确保系统的稳定运行。随着计算机技术的发达，单片机和计算机技术实现了更好的结合，构建了先进的工业管理模式，形成了完整的企业控制系统，从而提高企业生产效率。另外，在工业领域，单片机还常应用于智能仪表中。工业领域的智能化是经济发展的必然结果，基于此的单片机功能也应逐渐提高，只有灵活性强、集成性高单片机才能应用于智能仪表，对电力、机械等领域的生产效率提高具有积极作用。另外，单片机在复杂工控领域具有控制复杂环境的作用。通过单片机对现场数据进行采集、分析、处理以及过程控制，从而实现全自动化的管理模式。

二、单片机电子技术的发展趋势

（一）单片机CPU中央处理器的发展趋势

总线宽度影响单片机CPU中央处理器的数据处理功能，拓展总线的宽度有助于单片机性能的提高。基于此，单片机中央处理器正在从8位总线宽度朝16位和24位总线宽度发展。另外，未来单片机性能的提高还需要对总线的质量进行优化，调整CPU中央处理器的结构，引入双CPU处理模式，从而使单片机技术进一步得到发展。

（二）单片机的微型化

单片机微型化是其应用广泛的必然需求。目前，单片机在高科技领域的应用逐渐增多，其精细化和小体积更是得到很多精加工领域的青睐。因此，在未来发展中，单片机的体积将逐渐缩小。在电子技术的支持下，单片机各部分可以集中在单一性芯片中，体积较小，对设备的良好运作提供了基础。并且，单片机在电子技术的支持下，部分结构的性能将逐渐提高，可实现对PMW脉宽调制电路的有效应用。在这种条件下，正常运行的单片机所覆盖的单元电路发展迅速。单片机的功能呈现出多元化的发展模式，应用领域更加广泛。当然，在单片机体积减小的同时，要确保其功能，满足不同领域，不同设备的智能化需求。

（三）单片机低功耗下的半导体工艺

目前，在半导体制作上，要求单片机的功耗由传统的600MW降低至100MW。互补金属氧化物和互补高密度金属氯化物在半导体制作中应用广泛，这种全新的技术有助于降低其单片机的功耗。该技术确保了设备高速运行时性能不受影响，耗能不会提高。从而在低功耗的前提下实现了单片机速度的提高，提高了设备的运行效率。但这对单片机的功耗好其电池的选择具有严格的要求。

（四）单片机中存储器的发展趋势分析

目前，单片机在存储器中的运用成为主要趋势。在单片机的作用下，存储器的读写效率更高，并且很好的降低了存储器的电能消耗，确保其数据存储的安全性。存储器中的单片机应用逐渐被认可，并且使设备系统的性能逐渐得到提高。对于很多设备来说其出现早于单片机，但实际上单片机的应用极大的提高了其效率。也就是说，单片机对存储器的发展具有积极意义，是未来存储器发展需要探讨的问题。

三、总结

总之， 单片机技术是电子技术发展中较为成功的一种。通过简单的结构就可实现对系统性能的调整。单片机的应用范围还应进一步拓展。电子信息智能化是未来企业的发展方向。我国电子市场产品更新快，这要求基于电子技术的单片机也要随时进行性能的革新。单片机的体积逐渐缩小的同时，其性能却在不断提高。未来单片机技术将朝着提高设备性能，实现设备的智能化为主。（作者单位：海南师范大学）

参考文献：

[1] 余加毅.浅谈单片機中电子技术的应用与发展[J].电子世界，2013（02）.

[2] 蒋红丽.浅谈单片机中电子技术的应用与发展[J].科技创新与应用，2014（09）.

单片机课程教学与应用平台的研究 第7篇

关键词：单片机,平台模式,任务驱动法

1单片机教学与应用平台研究的设想

“单片机原理与应用”是一门许多工科专业学生必修的专业基础课,是一门理论性、实践性都很强的课程。这门课程介绍单片机的硬件结构、工作原理、汇编语言程序设计及接口技术内容,比较抽象,逻辑性强。在教学中学生需要做大量的软硬件实验。目前采用的教材多属于CS-51系列,程序源代码用汇编语言书写,教学内容与实际产品严重脱离。因此单片机课程在教学内容和教学方法等方面越来越不能适应单片机技术领域的发展需求,不加以改进,势必影响我们培养应用型人才的培养目标。当前国家积极倡导的素质教育和创新工程,旨在提高受教育者的素质,培养将所学知识转化为生产力、创造力和经济效益的能力。为了更好地适应发展潮流和就业需要,培养学生的实践能力和创新能力,必须创建一个较好的平台。如果没有一个较好的平台,虽有教材提供,可以用任务教学法来教会学生一些实用知识,但实用性还是不能保证。单片机本身就是一个知识平台,在这个知识平台上如果总是简单地进行重复别人的劳动,即不能调动学生学习的积极性,也很难实现对学生能力的培养。因此,我们一直希望能够设计出这样的一个平台来,该平台不但具有教学价值,更应具有实用价值。以该平台模式为基础开展单片机教学工作,学生学习这个平台,不仅能掌握单片机知识,能应用所学知识进行设计性实验和创新设计,更重要的是能够将这个平台应用到他们将来接触到的领域,将所学知识转化为生产力,直接创造财富。为了这个目标,本课题组提出开发一个这样的平台:1)该平台可以当成商品来使用;2)平台在该领域有一定的通用性,即面向所有大中专院校;3)该平台能满足各层次教学计划要求,以实现学生课程设计与创新设计应达到的水平为限。4)该平台可提供续技术支持,以适应未来发展需要。

2设想的具体实施方案

2.1改革单片机教学的教学方法

传统的单片机教学一般均以学科体系为出发点,注重课程本身的体系结构,前后的逻辑联系,但却忽略了“可学性”,致使学生学得吃力,老师教得辛苦,效果也不好。 “任务型教学法”最早是20世纪80年代外语教学法研究者和第二语言学习研究者在大量研究和实践的基础上提出来的有重要影响的教学方式。教师围绕特定的交际目的和语言项目,设计可操作性强的、任务化的教学活动,学生通过多种语言活动完成任务,达到学习语言和掌握语言的目的。近年来,在一些专业技术课程中也不断引入此种教学法,因此我们率先在单片机教学中引入了“任务型教学法”。

首先根据每一课学生应达到的层次,确定教授的知识、技能,并以此来设计任务。以“任务”为核心组织知识点,主要通过在本课题组研制开发的实验板上完成这一任务来实现学生对所学知识点的掌握和技能的培养。例如:我们在教“单片机内部结构”这一部份的知识时,设计的?任务”有:自制单片机实验电路板、单灯发光、单灯闪烁、流水灯、按键灯亮。以单灯发光任务为例,所需的知识有:硬件连接图(最基本的单片机接线加P1.0 接一个发光管和一个限流电阻),若干条指令(CLRP1.0 和JMP MYM),编程器的使用。这些知识都是陈述性知识,学生很快可以接受和掌握。学完之后,每人动手将自制的实验板上的LED 点亮,每人都可完成。完成之后,让学生思考,在P1.0 边上的P1.1等引脚是否可以用同样的方法点亮,这一任务完成后,再完成单灯闪烁任务。这一任务中,多出几条指令(LCALL DJNZ 等),其操作与前一任务相同,学生完成也没有什么困难。这样逐一完成各个任务,并在各任务间穿插一些单片机内部结构的知识介绍。通过完成这些任务,不但能激发学生学习该课程的兴趣,调动学生学习的积极性,让学生深刻理解单片机I/O端口结构及输入、输出应用特点,一些硬件连接能力,汇编语言和C语言的程序设计、调试能力等,而且能培养学生的实践能力和创新设计能力。 在这些任务完成以后,学生对于单片机内部的CPU、I/O 结构等已经很熟悉了,同时,这为后续学习“指令”这一部份内容打下了良好的基础。

2.2实验设备的研制与开发

根据目前部分高校单片机课程实验教学现状,针对现行单片机教学和应用中存在的问题,提出一个集教学方法、教材和实验平台三位一体的解决方案。具体内容如下:

(1)按大中专院校教学大纲的要求并结合单片机发展现状,教学目标去掉了硬件设计等要求,并且将编程、调试等锁定于特定的对象而非通用特性。虽然学生只是学一个具体的东西,但该平台本身是可以实用的,学生可以将其应用到自己将来的工作领域。我们都知道,学习是一个螺旋式上升的过程,是一个反馈的过程,关键是只要能进入一个良性循环中,就能不断提高。明确目标后,还需要改革课堂教学方法,编写合适的讲义。

(2)分析单片机应用领域,结合教学领域,制作单片机教学和应用开发平台,并配套相应的实验设备。

(3)结合教学目标和就业需求,设计部分设计性实验的实验原理图、电路图及编写所开实验的程序源代码。

(4)编写单片机教学和应用平台开发系统实验指导书等。

2.3单片机教学与应用平台的特点

研制开发的单片机教学和应用平台能够满足学校单片机实验教学的需要,可以使每位学生人手一套,且性能并不差,与市场上的实验系统相比具有以下优点:

(1)围绕单片机应用,紧贴单片机教学,充分考虑学生的基础知识和拓展能力。

(2)结合学生认知特点和教学实际,该平台技术含量低,工程量小,无需大团队作战,2至3人或1人即可完成。

(3)板间资源丰富,紧贴学生所学内容,并预留有学生创新设计空间。如:MCU 40脚IC一片:用于插入CPU芯片。CPU周围共有4×8=32个跳线器,分别对应P0,P2,P1,P3端口线的选择。实验板上安装了AT90S8515、发光管、数码管、蜂鸣器、键盘输入设备等器件。板上有独立的稳压电路;只要向单片机中烧好程序,接上配套的电源就可以运行。实验板上预留有外接插口,以便外接少量元件进行其他实验,例如温度测量、继电器控制、通讯等。

(4)AT90S8515单片机具有可反复烧写的特点,在设计程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机,若程序稍复杂点再配合软件仿真排错,直至完成设计,完全没必要再使用昂贵的仿真器。

(5)实验板上预留有外接插口,以供系统扩展,功能可扩展到70多种。如:显示、 键盘提示音、键盘中断、交通灯及顺序控制器 、定时报警器、乒乓球球游戏、 时钟及秒表、LED数码管教学、动画 、舞台彩灯,直流电机调速、 步进电机控制等。

(6)单片机实验开发系统具有串行下载功能,只需一条下载线即可开始工作,不需购买昂贵的编程器。单片机实验开发系统具有很强的兼容能力,可以兼容MCS-51/96、C51/96等。

3目标与展望

基于知识平台的单片机实验开发系统紧紧围绕课程大纲要求设计实训内容,采用汇编语言和C语言两种语言编写源程序,而且本系统紧跟单片机的发展需要,预留拓展空间,以便于使用者进行创新设计。最突出的特点是价格低廉(估计零售不超过200元),具有串行下载功能,为使用者免去购买昂贵的编程器。所以,大中专院校的在校生一般均具有购买能力。另外,结构简单、携带方便。本系统不但支持AT90S8515,同时兼容MCS-51/96、C51/96。同时可以运行汇编语言,并支持高级语言,如C语言。单片机实验开发系统不但功能齐备,资源丰富,既可作一般性设计,又具备创新设计能力,具有广阔的应用前景和市场空间。

由于单片机开发这一行业的高技术特点,以及工控的高可靠性的要求,进入这一行是有风险的,不论学生在学校如何优秀,当其要面对实际问题时,难免会遇到各种各样的问题,此时,他们所迫切需要的是技术支持。服务平台有基于传统的模式和远程化的模式可供选择,本课题组开发的基于知识平台的单片机实验开发系统已提供了传统的模式。但是要充分发挥其作用,还需要建立一个远程化的服务平台,通过网站来答疑。利用网站的优势就在于搭建一个大家交流的平台,聚集一批高技术人才,借力发挥,结合每个人的特长,共同解决问题,实现资源共享。

综上所述,我们认为,在大中专院校相关专业开设单片机课程是必要的,也是可行的,其可行性已被我校部分教改成果所验证。同时,教材、实验设备为这种教改提供了物质基础,使得这种教学方法具有可推广性。而设备的开发与研制也为学生的后续发展奠定基础。

参考文献

[1]周坚.单片机轻松入门.北京:北京航空航天出版社,2004;112—130

[2]雷思孝,李伯成,雷向莉.单片机原理及应用技术.西安:西安电子科技大学出版社,2004,227—243

[3]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计.北京:北京航空航天大学出版社,2005:145—166

单片机原理与应用教学质量的探讨 第8篇

“单片机原理与应用课程”是理工科电类专业必修的专业课, 该课程不仅具有自身的理论体系而且还是一门实践性非常强的课程。同时由于全国大学生电子竞赛和各省组织的省级电子竞赛的的深入开展, 以此为契机, 单片机原理与应用课程成为各大院校比较重视的课程。通过本人在长期的教学中, 根据理论和实验教学的教学效果以及多年指导大学生进行电子竞赛的经验, 对于该课程的教学质量问题进行了一定的探讨。从中得出几个方面的问题所在, 其中较重要的有以下几点:1) 课程的学时安排问题, 一般院校的总学时为56学时, 其中理论学时为40学时, 实验学时为16学时, 从近年的教学情况来和我校电子竞赛的成绩来看, 教学效果并不好。在整体消减学时的大背景下, 想要增加课时以提高教学质量还是有难度的, 但是可以适当减少相应的理论学时以提高实验学时, 重点培养大学生的实际动手能力;2) 理论教学方面, 整个课程理论教学的内容安排还是偏重于理论性的知识, 通常向学生讲授的是“是什么”的问题, 而本科教育的目标是培养应用型的人才, 主要掌握的应该是“怎么用”的问题, 因此需要从中选用一套合适本校实情的教材, 同时还要对教材内容进行一定的取舍和重新组织, 尽量多安排一些与实际应用相关的知识点;3) 实验教学方面, 以往的实验多为验证性的内容, 调动不起来学生的兴趣, 因而要增加一些应用性和设计性的实验内容来培养学生的学习兴趣, 同时也可以增加一些与实际工程联系紧密的实验;4) 对于传统黑板板书教学方式, 画硬件电路和软件流程图比较慢, 而且比较抽象, 让学生难以理解, 而通过采用多媒体技术和板书结合的方式就能达到很好的教学效果;5) 电子竞赛的契机, 通过本人多年指导电子竞赛的经验看出, 学生理论联系实际的能力较差, 因此需要加强这方面的练习。

1 理论教学内容探讨

本科院校尤其是工科院校是培养应用型创新人才的摇篮, 其教育目标是顺应社会尤其是时代需求培养学生的实际应用能力。理论教学的重点在于单片机的选用问题, 目前, 比较流行的单片机型号为16位机, 当然32位也处于不断的发展过程中, 但是比较多的学校采用的仍然是8位机的教学内容, 这显然与时代不符, 虽然8位机是经典的单片机类型, 但既然与时代接轨, 培养学生的实际应用能力, 自然要学习16位机, 并且在各类电子竞赛中学生采用的大部分都是16位机。另外还有教学内容的取舍问题, 该门课程要以硬件电路为基础, 所以有关CPU的讲解需要放在重要的地方, 可以安排18学时左右, 而软件编程方面, 由于学生已经学过C语言和微机原理中所用到的汇编语言, 所以指令方面可以少讲, 主要讲解如何将硬件和软件结合的问题, 尤其多介绍C语言方面的编程, 安排大约12学时左右, 也就是将理论学时压缩在30学时左右就可以了, 剩下的全部归入实验学时。当然, 在教学中应适当注重课程内容与其它专业课程的联系与衔接, 注重课程内容的工程应用背景, 提高学生对课程内容的兴趣。

2 实验教学内容探讨

除了理论教学外, 这门课程特别注重实验教学, 这也是学生获得知识以及激发学生学习理论知识的主要途径之一。事实上, 既然是培养应用型的人才, 实验教学应该是重中之重, 但是通过多年的教学发现, 大部分学生对于这个重中之重并不“感冒”, 学生经常忽视这个问题, 当然最主要的原因不能怪罪学生, 而主要在于实验内容上。由于大部分的实验内容是验证性实验, 而且传统的实验教学往往是以教师为主, 实验指导教师从实验目的, 实验步骤到实验注意事项逐步讲解, 而学生则按照教师的讲解进行实验的具体操作, 按部就班地将教师讲授的内容依葫芦画瓢地加以练习, 如果最后的实验结果和教师讲的不一样或者得不出结果, 学生的第一反映是找老师帮忙。显然这种教学方式不利于学生分析问题、解决问题能力的培养, 极大地限制了学生的主观能动性和创造性。可以夸张地讲, 学生即使不懂实验原理, 只要懂得中文, 按照实验步骤去做, 一般都能做好实验, 这也是学生提不起做实验兴趣的主要原因。如何解决这个问题呢?首先对于各类实验尤其是验证性的实验, 必须要求学生做好实验前的准备工作, 必须弄清楚实验所涉及的原理, 不能不懂装懂, 要做预习实验报告, 这时需要教师在实验课前进行严格的检查, 督促学生养成预习的好习惯;其次, 实验指导书的编排上尽量将实验步骤不要写的太详细, 甚至可以不写, 给学生独立思考的空间;第三, 实验课堂上要以学生为主, 教师为辅, 尽可能地将教师的讲课内容压缩在10分钟之内, 给学生充分的自由时间去做实验, 即使学生做实验的时候出现一定的问题, 也要学生尽可能自己独立解决。第四, 除验证性实验外, 尽可能多地安排一些设计性和综合性的实验, 对于这类实验, 可以不限定时间, 学生可以独立完成, 随时可以到实验室进行实验的调试和设计, 当然这就需要很多院校的配套的硬件设施和开放更多的实验室。同时改革实验考核办法, 在要求完成的实验内容之外, 另选一个实验作为实验考试内容, 由操作、实验报告、考试三部分的成绩综合得到实验总评成绩, 以此来督促学生, 提高实验教学的质量。

3 电子竞赛的契机

全国大学生电子设计竞赛是教育部和前电子工业部于1994年共同倡导主办的, 全国先后举办了十届竞赛。它是四大学科 (电子设计、数学建模、机械设计、结构设计) 竞赛之一, 面向全国大学生的群众性科技活动。而且和全国大赛相对应, 各个省份的电子竞赛也如火如荼的进行, 竞赛内容紧扣当前教学内容与教学环节, 注重理论联系实际, , 对教育教学改革当然对于单片机原理与应用课程教学改革也起到积极的推进作用。

通过我校多年的电子竞赛经验, 从中可以看出, 电子竞赛更注重学生实际动手能力的培养, 这种竞赛与实验教学的效果相比, 更能激发学生的创新精神, 同时又通过电子竞赛和参赛同学的的积极反馈作用, 更有效地提高了教学质量。在竞赛中, 以学生为主, 指导教师为辅, 从而为培养创新型应用人才打下了坚实的基础。

4 结语

本文通过对于单片机原理与应用理论教学、实验教学的分析和探讨, 又根据电子竞赛的影响力和契机, 提出了以学生为主, 教师为辅的培养方式和教学改革方式。但是这样的教学改革并不是一朝一夕能够完成的, 需要广大高校师生的全力配合。只有这样, 才能在提高单片机原理与应用教学质量的基础上, 实现培养创新型应用人才的目标。

摘要：本文针对本科教育阶段大学生对于单片机原理与应用课程的学习现状, 通过对单片机原理与应用课程理论教学和实验教学的效果分析, 结合全国大学生电子竞赛和省级电子竞赛的发展态势, 提出了以学生为本, 以电子竞赛为契机, 以培养应用创新型学生为目标的教育教学改革思路。

关键词：单片机原理与应用,实验教学,电子竞赛

参考文献

[1]范恒轶, 崔亚嵩.单片机原理及应用项目教学法的研究[J].233网校论文中心, 2010, 11.

[2]李战胜.模拟电子技术基础教学质量的探讨[J].中国电力教育, 2012 (5) .

浅谈单片机技术的特点与应用前景 第9篇

1 使用寿命长

这里所说的长寿命, 一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年, 另一方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展, MPU更新换代的速度越来越快, 以386、486、586为代表的MPU, 很短的时间内就被淘汰出局, 而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有15岁, 产量仍是上升的。这一方面是由于其对相应应用领域的适应性, 另一方面是由于以该类CPU为核心, 集成以更多I/O功能模块的新单片机系列层出不穷。可以预见, 一些成功上市的相对年轻的CPU核心, 也会随着I/O功能模块的不断丰富, 有着相当长的生存周期。新的CPU类型的加盟, 使单片机队伍不断壮大, 给用户带来了更多的选择余地。

2 速度越来越快

MPU发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同, 为提高单片机抗干扰能力, 降低噪声, 降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序, 在不提高时钟频率的条件下, 使运算速度提高了很多, Motorola单片机则使用了琐相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。68HC08单片机使用4.9M外部振荡器而内部时钟达32M, 而M68K系列32位单片机使用32K的外部振荡器频率内部时钟可达16MHz以上。

3 低噪声与高可靠性技术

3.1 EFT (Ellectrical Fast Transient) 技术。EFT技术是一种抗干扰技术, 它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时, 其波形上会迭加各种毛刺信号, 如果使用施密特电路对其整形, 则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟, 在交替使用施密特电路和RC滤波电路时, 就可以消除这些毛否则令其作用失效, 从而保证系统的时钟信号正常工作。这样, 就提高了单片机工作的可靠性。3.2低噪声布线技术及驱动技术。在传统的单片机中, 电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上, 一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样, 就使电源噪声穿过整块芯片, 对单片机的内部电路造成干扰。现在, 很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样, 不仅降低了穿过整个芯片的电流, 另外还在印制电路板上容易布置去耦电容, 从而降低系统的噪声。

4 OTP与掩膜

OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期, 而OTP型单片机价格不断下降, 使得近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。近年来, OTP型单片机需量大幅度上扬, 为适应这种需求许多单片机都采用了在片编程技术 (In System Programming) 。未编程的OTP芯片可采用裸片Bonding技术或表面贴技术, 先焊在印刷板上, 然后通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程。解决了批量写OTP芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题。使OTP的裸片得以广泛使用, 降低了产品的成本。编程线与I/O线共用, 不增加单片机的额外引脚。

参考文献

单片机的应用与拓展 第10篇

1 单片机温度采集系统的硬件设计

单片机温度采集系统可以分为主控电路、报警电路、温度采集电路、按键输入控制电路以及显示电路。

1.1 主控电路。

单片机AT89S52是一种具有高性能、低功耗的CMOS 8位微控制器, 系统具有8K可编程FLASH存储器。实际上是利用非易失性高密度的存储技术进行制造的, 是单片机80C51的升级版本, 新增加了一个定时器T2, ISP下载功能、两个中断, 并且也适当的增加了ROM和RAM, 适当改进了指针和掉电技术。能够完全兼容单片机80C51的引脚和指令, 性能高于80c51, 价格基本与其相同。在外围适当增加晶振电路和复位电路就构成最小单片机系统, 以此当做主控电路。晶振电路中的两个管脚适当连接单片机的XTAL2以及XTAL1, RST引脚与复位电路相连接[1]。

1.2 温度采集电路。

温度采集系统的主要核心元件就是数字温度计DS18B20, 主要是由达拉斯公司生产的可变成单总线分辨率数字温度计。具有连接简单的优势, 仅仅只需要一个接收或者发送单线接口, 所以, 数字温度计仅仅只要一个连接线就可以合理的连接单片机。此外, 数字温度计的主要测量范围是-55~+125℃, 可以充分符合实际应用的需求。数字温度计可以把温度直接变为数字信号, 从而输送到中央处理器, 不需要进行一定的AD变换, 十分方便简单快捷, 可以适当降低电路的复杂性以及建设成本[2]。

1.3 显示电路。

此系统的主要显示电路就是利用四位数码一体管, 并且合理精确到小数点后一位, 也可以把数码管适当的变为12864或者1602液晶, 基本原理都是相同的。显示电路的四位数码一体管可以适当的连接单片机和排阻的PO接口, 利用四个PNP适当的连接单片机的P2^0、P2^1、P2^2、P2^3接口作为位选。

1.4 报警电路。

一般来说, 报警电路使用的都是蜂鸣器。能够达到想要的效果, 主要使用在需要进行设定相应温度临界值的电路中, 一旦温度超过规定范围, 蜂鸣器就会出现自动报警。蜂鸣器一侧连接单片机的P2^4口和PNP三极管, 一侧连接电源。

1.5 控制键盘输入电路。

主要是用来合理设置温度的临界值, 一般使用四个独立健K1、K2、K3、K4, K2是移位按键, 按一次光标左移一下, 设置和改变数字位置。K1, 长按可以进到温度界面, 进行一定的设置。K4和K3是加减按键, 光标移动到一定的地方, 可以利用按键来实现数字的加减, 设置好温度以后, 按键重新回到显示状态。分别连接单片机P3^4、P3^5、P3^6、P3^7接口[3]。

2 单片机温度采集系统的软件设计

一般来说都是使用C语言进行软件设计的, 以便于可以达到模块化的目的, 主要包括按键子程序、初始化子程序报警子程序、温度采集子程序以及显示子程序。主程序主要是用来完成调用子函数和子程序的, 达到处理和显示温度的目的。基本流程为开始、初始化、临界值设定、读取DS18B20数据、数据显示、与临界值比较 (如果低于临界值无响应, 高于临界值则进入报警) →返回[4]。

3 基于单片机温度采集系统的开发与应用

3.1 温度数据采集模块。

在收集温度的过程中, 主要利用的就是达拉斯公司的DS18B20的数字温度计, 测量出来的温度具有0.0625℃的分辨率, 利用符号对温度进行扩展, 达到十六位补码利用串行的方式进行输出。CPU仅仅只需要一个端口就可以与其进行通信, 降低微处理器的端口, 节约引线和成本。DS18B20内部具有九字节的存储器, 能够进行高速运转, 前两个字节是温度计测量的温度信息, 第一个字节实际上就是温度低八位, 第二个字节实际上是温度高八位, 第三四个字节实际上是温度下限TL和温度上限TH的易失性拷贝, 第五字节实际上是结构寄存器中的易失性拷贝, 在每一次复位之后上述三个字节内部的信息就会被刷新, 第六七八字节实际上是进行内部计算的, 第九个字节是用来检验冗余, 以便于可以保证运行数据的正确性。基本特点就是可以利用单线来传输信息, 所以, 在读取数据的过程中, 需要一定的时序需求, 在每一次进行执行指令的过程中, 单片机都会适当的启动写时序, 如果能够依据规范和需求进行数据的传输, 在运行之后, 需要适当的启动单片机的读时序, 从而完成数据的接收。

3.2 加热控制电路的开发和应用。

在系统运行的时候, 利用闭环系统来控制目标, 使用通断电压的方式来进行有效的控制, 以便于得到控制温度的目的。电炉丝的通断使用固态继电器, 具有操作简单的特点, 仅仅只需要适当控制电平, 就可以达到开关继电器的目的, 利用NPN形式的三极管适当形成电压跟随器。当处于高电平的时候, 能够接通三极管固态继电器, 相反就不能进行正常运行[5]。

3.3 指示灯以及报警电路的开发和应用。

一般温度超过规范设定范围的时候, 会需要使用一定的声音来进行提醒, 蜂鸣器会适当的分出三声断续的滴答声音。在系统中合理的设置了越线报警, 一旦温度超过目标温度十度, 就会发出报警声音。单片机输出高电平的时候, 会导通三极管, 报警器进行工作。

3.4 温度检测的开发和应用。

一般情况下, 都是利用热电偶传感器来检测温度, 这种设备相对比较便宜, 具有比较高的精度, 能够测量比较广的范围, 结构简单, 反应速度快等特点, 但是这种设备仅仅只能运输几毫伏到几十毫伏的电压信号, 所以, 在进行直流交流转换的时候, 需要适当进行一定的信号调节, 可以合理利用具有一定高放大倍数的AD转换器[6]。

结束语

总之, 基于单片机的温度采集控制系统可以适当的测量和检测环境问题, 依据实际情况合理的调节温度, 有效的控制执行结构, 以便于达到调节温度的目的。一旦温度超出规定范围, 就会发出警报, 从而进行适当的调节, 具有比较高的可靠性和实用性, 得到了广泛的应用, 可以使用在实验仪器温度、室内温度以及锅炉温度等工业中, 具有一定的应用前景。

摘要：温度是七个国际单位中基本的物理量, 在生产和科研中具有非常广泛的应用。例如, 在工业中可以用来存储显示信息以及检测等, 方便于系统更好的满足温度需求, 对于提高效率、降低消耗能量以及管理具有很大作用, 同时也是科学实验以及工业生产中的重要影响因素, 具有很大的现实意义。在冶金、医药、化工以及航空等方面具有很大作用, 对于产品的质量存在一定影响, 因此研究单片机温度采集系统就变得十分重要。

关键词：单片机,温度,采集系统,开发,应用

参考文献

[1]梅丽凤, 马国甫, 郭栋等.基于USB技术的单片机温度采集系统[J].制造业自动化, 2011, 29 (1) :65-68.

[2]吴松.单片机温度采集系统的硬件实现[J].数字化用户, 2013 (30) :115.

[3]陈志红, 张甄, 陈志勇等.基于51单片机温度采集系统的设计与实现[J].硅谷, 2010 (21) :90.

[4]于蕾.基于PROTEUS的单片机温度采集系统的仿真设计[J].福建电脑, 2010, 24 (12) :174.

[5]卢超.基于PC机与单片机分布式温度采集系统的设计[J].仪表技术与传感器, 2010 (6) :35-37, 57.

单片机的应用与拓展 第11篇

【关键词】单片机 系统设计 可操作性

1 设计的基本要求

在单片机应用系统设计的过程中会有很多技术要求，但一个良好的单片机应用系统，在进行设计时要满足以下四个基本要求：

（1）可操作性

操作性强，涵盖两个方面的内容：一个是使用方便，另一个是维修容易。这个要求对应用系统来说是很重要的，硬件和軟件设计都要考虑这个问题。应用系统是由用户自己编制或修改的，如果应用程序采用机器语言直接编写，显然是十分麻烦的，尽可能采用汇编语言，配上高级语言，以使用户便于掌握。在硬件配置方面，应该考虑使系统的控制开关不能太多，太复杂，而且操作顺序要简单等。

故障一旦发生，应易于排除，这是系统设计者必须考虑的。从软件角度讲，最好配置查错程序或诊断程序，以便在故障发生时用程序来查找故障发生的部位，从而缩短排除故障的时间。硬件方面，零部件的配置应便于维修。

（2）通用性

通用性要好，计算机应用系统可以控制多个设备和不同的过程参数，但各个设备和控制对象的要求是不同的，而且控制设备还有更新，控制对象还有增减。系应统设计时应考虑能适应各种不同设备和各种不同的控制对象，使系统不必大改动就能很快适应新的情况。这就要求系统的通用性要好，能灵活的进行扩充。

要使控制系统达到这样的要求，设计时必须使系统设计标准化，尽量采用标准接口，并尽可能采用通用的系统总线结构，以便在需要扩充时，只要增加插件版就能实现。接口最好采用通用的接口芯片，在速度允许的情况下，尽可能把接口硬件部分的操作功能用软件实现。

系统设计时的设计指标留有一定的余量，这样便于系统功能扩展，也便于系统升级。如CPU的工作速度、电源功率、内存容量、过程通道等，均应留有一定余度。

（3）可靠性

可靠性要高，是应用系统设计最重要的一个基本要求。一旦系统出现故障，将造成整个生产过程的混乱，引起严重后果。特别是对单片机系统模块的可靠性要求应更严格。

在大型计算机应用系统中，因为硬件价格不高，故经常配置常规控制装置作为后备，一旦计算机控制系统出现故障，就把后备装置切换到控制回路中去，以维持生产过程的正常运行。而单片计算机应用系统或PLC控制系统的硬件价格较低，通常可组成多微处理器控制系统来提高系统的可靠性。

（4）性价比

一个单片机系统能否被广泛使用，关键在于是否有较高的性能/价格比，而硬件电路软件化是提高系统性能性价比的较好的方法，它是将需要通过硬件实现的功能通过软件编程的方式来实现。在进行总体设计时，应尽量减少硬件成本，提高其使用的灵活性，能用软件实现的功能尽量不用硬件来实现，以求实现最高的性能价格比。

在设计单片机应用系统时，把握上述四个方面是至关重要的，由目的和设计要求去设计才能设计出实用性请、适合应用的单片机系统。

2 单片机应用系统设计的特点

在进行应用系统设计时，系统设计人员必须把系统要实现的任务和功能合理的分配给硬件和软件，既要考虑系统的价格，又要考虑系统满足实时性的工作速度，做到硬件软件合理权衡，并尽量节省机器时间和内存控制。

硬件设计采用大规模集成电路，这不但使组件减少，而且对设计人员所需要的电子线路技术要求低。由于控制对象不同，以及外围设备各异，因此输入输出接口设计和输入控制程序的设计，是整个控制系统设计中很重要的一环。各种微处理器都有大量可供选择的通用和专用接口组件，恰当第选择它们也是十分重要的。

在软件设计时，控制系统设计人员往往可以借用计算机厂家提供的系统软件，而主要任务是进行应用程序的设计。后者应根据测试对象和系统的具体要求选择恰当的控制算法。对较大的应用系统，由于有比较齐全的系统软件和较大的存错容量，在满足实时性和输入输出要求的前提下，有可能采用高级语言编制应用程序。对比较一般的控制系统，由于存储容量有限，不可能配备齐全的系统软件，故应以汇编语言作为应用程序设计的基础。由控制系统设计人员编写的应用程序，往往通过人工汇编或交叉汇编来产生目标程序。对比较简单的系统，一般不应要求有自汇编功能。由于单片机计算机控制系统所用器件集成度高，没有监测点，一般只有简单的控制面板，故所编写的程序难以在自身系统上调试。加之，硬件和程序往往同时研制，程序又必须在实时条件下完成复杂的输入输出操作，硬件的各个部件彼此通过总线连接，内部状态不能直接沟通，因而硬件和程序的故障往往混杂在一起，难以分析和排除。这样，用一般的测试手段和工具，已不能适用要求，需要有高级的开发工具。

3 结语

单片机应用系统的可靠性设计涉及硬件系统的抗干扰设计和软件系统的抗干扰设计，采取的措施多而复杂。 实际应用时，应根据设计条件与目标要求，制定应用系统的可靠性等级，合理采用硬件可靠性措施，充分利用软件的可靠性设计，提高系统的抗干扰能力。单片机控制技术应用越来越广泛，其核心技术是单片机控制系统的设计。对工程技术人员来说，抓住系统的方案确定、硬件设计、软件设计以及系统调试方法的要点是十分必要的。

【参考文献】

[1]李华，孙晓民等：《MCS—51 系列单片机实用接口技术》[M]，北京航空航天大学出版社，2004 年.

[2]张迎新，杜小平等：《单片机初级教程（单片 机 基础 ）》[M]，北京航空航天大学出版社，2003 年.

单片机应用系统的设计与系统调试 第12篇

1 拟定总体设计方案

单片机应用系统的设计人员在接到项目任务时, 首先要进行系统总体方案的规划设计, 总体设计要能够全面地理解系统要实现的功能以及所要达到的技术指标。要根据系统的工作环境、具体用途、功能和技术指标, 拟定一个性价比最高的设计方案, 这是后续设计工作的前提和指导方向。

1.1 确定技术指标, 编制设计任务书

单片机应用系统的开发过程是以确定系统的功能和技术指标开始的。首先要深入细致分析、研究实际问题, 明确各项任务与要求, 综合考虑系统的各种性能, 拟定出合理可行的技术性能指标, 并在此基础上编制出完整的设计任务书。

1.2 建立数学模型

在编制任务书后, 设计者还应对测控对象的物理过程和计算任务进行全面分析, 对实际问题进行必要的抽象、简化, 作出合理的假设, 确定要建立的模型中的变量和参数, 得出数学表达式, 即建立数学模型。建立的数学模型应真实地描述该项目的测控过程, 但模型不宜太复杂, 否则难以用单片机实现。

1.3 选择合适的机型

综合考虑系统的目标、复杂程度、可靠性、精度、速度和价格等因素, 选择一种适合于本系统的性价比较优的单片机机型。

1.4 划分硬件和软件功能

硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。单片机应用系统中, 既有硬件也有软件, 在实现某些功能方面, 它们是可以相互替代的, 即有些硬件功能可用软件实现, 反之亦然, 在系统设计中, 划分软硬件功能, 必须权衡利弊、综合考虑[1]。

2 硬件设计

硬件设计包含系统扩展和系统的配置。系统的配置, 即按照系统功能要求配置外围设备, 如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等, 并设计合适的接口电路;系统扩展, 即单片机内部的资源不能满足应用系统的要求时, 必须进行外部扩展, 选择适当的芯片, 设计相应的电路[2]。硬件设计过程如下。1) 根据总体设计要求, 在单片机的内部资源, 包括存储器 (ROM和RAM) 、输入/输出接口、定时器/计数器、串行口、中断系统等不能满足应用系统的要求时, 选择适当的芯片, 进行外部扩展, 配置键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等外围设备;2) 根据总体方案、所选器件, 设计硬件电路, 画出电路原理图;3) 对所设计的硬件电路进行实验论证, 发现问题及时修改。调试通过后, 可做成印制板电路, 并组装成样机。

在进行单片机应用系统硬件设计过程中, 要尽量多参考相关标准电路, 多看一些经典的电路设计, 这对系统设计有好处。现在应用电路系统功能越来越强大, 由于单片机I/O口的驱动能力是有限的, 所以系统功耗要尽可能低, 必要时应考虑增加总线驱动电路以降低系统负担。系统的扩展性也是硬件设计中很重要的一个方面, 系统硬件不仅要能够满足当前的需要, 也要为以后的升级扩展留有余地。最后, 在硬件电路板制作完毕后, 应使用相应的测试软件对硬件系统进行测试, 针对不同的硬件电路, 要选择合适的测试子程序, 并在仿真调试环境下进行。

3 软件设计

软件开发过程包括拟定程序总体方案, 绘制程序流程图, 根据流程图编写程序, 调试程序等。单片机应用系统的软件设计各不相同, 开发设计软件过程中应尽可能采用模块化结构。程序总体设计包括拟定程序总体设计方案、确定算法和绘制程序流程图等。在拟定程序总体设计方案时, 应根据实际情况选择切合实际的程序设计方法。在确定程序总体方案后, 按照先粗后细的办法, 把整个系统软件划分成多个功能独立、大小适当的模块, 还应根据控制对象的数学模型确定算法, 并绘制总体流程图和各模块的流程图。

程序框图完成后, 可进行硬件资源分配, 如存储空间地址分配、端口地址分配、工作寄存器安排等, 还应考虑数据结构、输入输出格式等问题。编程时应将经常使用的数据存储单元分配在片内RAM区, 程序中软件标志应设置在片内RAM具有位操作功能的空间20H~2FH, 这样控制方便, 还可以充分发挥80C51单片机内部布尔 (位) 处理器的功能[3]。最后, 应用一定的编程方法和技巧, 依照流程图编写出具体的应用程序。

4 系统调试、运行和维护

系统调试是系统开发的重要环节, 包括硬件调试和软件调试两个方面。系统调试的目的是要查出用户系统中硬件设计与软件设计存在的错误及可能出现的不协调问题, 以便修改设计。硬件调试的任务是排除系统的硬件电路故障, 软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试, 除发现和解决程序错误外, 也可以发现硬件故障。一般最好在系统方案设计阶段就考虑系统调试问题, 对于使用什么调式仪器, 具体采取什么调式方法, 对哪些环节进行调式等, 都要考虑清楚, 或提早做好调试准备工作。

程序调试首先进行单个模块的调试, 在所有模块均调试通过后, 将它们连接起来统一调试。利用开发工具的单步和断点运行方式, 发现软件或硬件中的错误。在调试过程中, 要不断调整、修改系统的硬件和软件, 直到其实现所有功能为止。联机调试运行正常后, 可将程序固化到EPROM/E2PROM中, 脱机运行, 并到生产现场投入试运行, 检验其可靠性。经过一段时间的运行后, 如没有发现问题, 就可、以投入正式运行。在正式运行中, 还应建立一套健全的维护制度, 以确保系统的正常工作。

摘要：单片机以其体积小、价格低和功能强而在检测、控制、家用电器和仪器仪表等领域获得了广泛的应用。虽然单片机应用系统的技术要求、结构功能各不相同, 但它们的开发过程和设计方法大致相同。本文介绍了单片机应用系统的一般设计过程。

关键词：单片机,硬件设计,软件设计

参考文献

[1]李朝青编著.单片机原理及接口技术[M].北京航空航天大学出版社, 2005.

[2]彭佳文, 姚志成, 彭佳红.一种单片机多机通信系统的设计[J].微计算机信息, 2008 (2) .