第12章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例

12.1系統(tǒng)要求

12.2需求分析12.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)12.1系統(tǒng)要求

設(shè)計(jì)一壓力測(cè)控系統(tǒng)，系統(tǒng)的具體要求如下：1）壓力檢測(cè)檢測(cè)來自壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)（0～5V），通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2）工程變換將轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行工程變換，即將轉(zhuǎn)換結(jié)果再轉(zhuǎn)換為壓力大小（僅保留整數(shù)部分）。3）鍵盤用于設(shè)置壓力的報(bào)警值。4）數(shù)碼LED顯示用于顯示壓力報(bào)警值的上限和下限，并顯示當(dāng)前壓力值。壓力值在0～100之間。5）報(bào)警控制

當(dāng)前壓力值超過報(bào)警值時(shí)，通過蜂鳴器報(bào)警，并控制電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。壓力值低于下限時(shí)，合上控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的繼電器，控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，壓力升高，壓力值升高到正常范圍后，打開正轉(zhuǎn)繼電器，電機(jī)停轉(zhuǎn)；壓力值高于上限時(shí)，合上控制電機(jī)反轉(zhuǎn)的繼電器，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，壓力值下降到正常范圍后，打開反轉(zhuǎn)繼電器，電機(jī)停轉(zhuǎn)。沒有超過報(bào)警值時(shí)，繼電器都打開，電機(jī)不轉(zhuǎn)。6）上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)通過計(jì)算機(jī)顯示當(dāng)前的壓力值以及報(bào)警值。12.2需求分析

1．單片機(jī)選型進(jìn)行單片機(jī)選型時(shí)，應(yīng)盡量了解較多種類單片機(jī)的性能指標(biāo)和包含的資源。根據(jù)系統(tǒng)的要求，選用合適的單片機(jī)。目前許多單片機(jī)具有較高的集成度，因此，如果有模擬量檢測(cè)的要求時(shí)，應(yīng)盡量選擇帶有A/D轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)。并且，應(yīng)該注意所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合，選擇適當(dāng)?shù)男酒燃?jí)（軍用級(jí)、工業(yè)級(jí)和商用級(jí)）。

STC12C5410AD單片機(jī)片內(nèi)集成了8通道10位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且，具有較多的通用I/O和片上外設(shè)（定時(shí)器、UART等），因此，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，可以采用STC12C5410AD作為系統(tǒng)的檢測(cè)與控制中心。

2．人機(jī)接口的設(shè)計(jì)選型系統(tǒng)要求使用鍵盤設(shè)置壓力的報(bào)警上限值和下限值，使用LED進(jìn)行顯示。在此，使用4個(gè)按鍵作為系統(tǒng)鍵盤，選用8位LED顯示，用以顯示壓力的報(bào)警值（上限、下限）、當(dāng)前值和當(dāng)前時(shí)間。傳統(tǒng)的鍵盤和LED顯示電路設(shè)計(jì)，一般采用掃描的方式。即，鍵盤采用掃描方式，LED顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式。鍵盤和LED設(shè)計(jì)時(shí)，公用其中的某些口線。在本例中，鍵盤采用掃描方式，而LED采用串行－并行轉(zhuǎn)換芯片74HC595進(jìn)行顯示。除了LED顯示外，常見的信息顯示方式還有LCD顯示（即液晶顯示）。限于篇幅，有關(guān)LCD顯示的內(nèi)容，放在與本教材配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中講解。為了顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)行指示燈。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，能夠以一定的頻率閃爍。3．繼電器控制單片機(jī)I/O引腳本身的驅(qū)動(dòng)能力有限，因此，一般情況下，不能使用單片機(jī)的I/O引腳直接控制繼電器。在常見的控制系統(tǒng)中，往往利用單片機(jī)I/O引腳加上驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)小功率繼電器，這個(gè)小功率繼電器作為中間繼電器，再用中間繼電器驅(qū)動(dòng)控制大功率繼電器。使用中間繼電器控制大功率繼電器的方法，在一般的電器控制教材上都有詳細(xì)的介紹，在此從略。連接單片機(jī)I/O引腳和中間繼電器的驅(qū)動(dòng)電路，可以使用現(xiàn)成的集成驅(qū)動(dòng)電路，如ULN2803，也可以利用分離元件自行設(shè)計(jì)。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在單片機(jī)的I/O引腳和中間繼電器之間最好采用光電隔離技術(shù)。由于本系統(tǒng)只需要控制兩個(gè)繼電器，因此，這里的驅(qū)動(dòng)電路使用分離元件進(jìn)行設(shè)計(jì)。4．上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的串行通信可以采用RS-232、RS-422或RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)接口。從硬件上講，計(jì)算機(jī)的串行口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的。因此，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的串行通信，必須通過電路實(shí)現(xiàn)TTL電平和232電平的轉(zhuǎn)換。常用的電平轉(zhuǎn)換集成電路是MAX232。從軟件的角度講，要實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，需要掌握目前流行的基于Windows操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。可以選擇較容易上手的VisualBasic開發(fā)環(huán)境，進(jìn)行監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，如果還涉及到數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)和管理問題，如每隔一定的時(shí)間，將壓力值存入到數(shù)據(jù)庫，并且具備數(shù)據(jù)查詢功能，則可以選擇數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的強(qiáng)大開發(fā)工具PowerBuilder。至于如何在PowerBuilder中實(shí)現(xiàn)串行通信功能以及數(shù)據(jù)庫的開發(fā)設(shè)計(jì)等問題，可以參考由