單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)流程

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的一般方法

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是為完成某項具體任務(wù)而研制開發(fā)的用戶系統(tǒng)，可以分為智能儀器儀表和工業(yè)測控系統(tǒng)兩大類。雖然每個系統(tǒng)都有很強(qiáng)的針對性，結(jié)構(gòu)和功能也不相同，但它們的開發(fā)過程和方法大致相同，

1．確定任務(wù)在系統(tǒng)設(shè)計前，首先要進(jìn)行廣泛的市場調(diào)查，了解該系統(tǒng)的市場應(yīng)用概況，分析系統(tǒng)當(dāng)前存在的問題，研究系統(tǒng)的市場前景，確定系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的目的和目標(biāo)。對系統(tǒng)的具體實現(xiàn)進(jìn)行規(guī)劃，包括應(yīng)該采集的信號的種類、數(shù)量、范圍，輸出信號的匹配和轉(zhuǎn)換，控制算法的選擇，技術(shù)指標(biāo)的確定等。2．總體設(shè)計在對應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)提出的各項技術(shù)性能指標(biāo)，擬訂出性價比最高的一套方案。首先，應(yīng)根據(jù)任務(wù)的繁雜程度和技術(shù)指標(biāo)要求選擇機(jī)型。選定機(jī)型后，再選擇系統(tǒng)中要用到的其它外圍元器件，如傳感器、執(zhí)行器件等。在選取定單片機(jī)機(jī)型和器件時，應(yīng)注意：（1）性能特點要適合所要完成的任務(wù)，避免過多的功能閑置。（2）性能價格比要高，以提高整個系統(tǒng)的性能價格比。（3）結(jié)構(gòu)原理要熟悉，以縮短開發(fā)周期。（4）貨源要穩(wěn)定，有利于批量的增加和系統(tǒng)的維護(hù)。

硬件和軟件如何分工？用硬件實現(xiàn)速度比較快，節(jié)省CPU的時間，但系統(tǒng)的硬件接線復(fù)雜、系統(tǒng)成本較高。用軟件實現(xiàn)則較為經(jīng)濟(jì)，但要更多地占用CPU的時間能夠由軟件實現(xiàn)的任務(wù)就盡量用軟件來實現(xiàn)，以降低成本，簡化硬件結(jié)構(gòu)。3．硬件設(shè)計

硬件的設(shè)計是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇完單片機(jī)機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元件，并設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖，經(jīng)過必要的實驗后完成工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路板制作和樣機(jī)的組裝。主要硬件設(shè)計包括：（1）單片機(jī)電路設(shè)計：主要完成時鐘電路、復(fù)位電路、供電電路的設(shè)計。（2）擴(kuò)展電路和輸入/輸出通道設(shè)計：主要完成程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路、傳感器電路、放大電路、多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量接口電路、驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計。硬件設(shè)計應(yīng)注意：1）程序存儲器。一般選用容量較大的EPROM芯片，如2764（8KB）、27128（16KB）或27256（32KB）等。2）數(shù)據(jù)存儲器和I/O接口。根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，如果需要擴(kuò)展外部RAM或I/O口，那么RAM芯片可選用6216（2KB）、6264（8KB）或62256（32KB）。I/O接口芯片一般選用8255或8155（帶有256KB靜態(tài)RAM）。這類芯片具有口線多、硬件邏輯`簡單等特點。若口線要求很少，且僅需要簡單的輸入或輸出功能，則可用不可編程的TTL電路或CMOS電路。A/D和D/A電路芯片主要根據(jù)精度、速度和價格等來選用，同時還要考慮與系統(tǒng)的連接是否方便。硬件設(shè)計應(yīng)注意：

3）地址譯碼電路。通常采用全譯碼、部分譯碼或線選法，應(yīng)考慮充分利用存儲空間和簡化硬件邏輯等方面的問題。MCS-51系統(tǒng)有充分的存儲空間，包括64KB程序存儲器和64KB數(shù)據(jù)存儲器，所以在一般的控制應(yīng)用系統(tǒng)中，主要是考慮簡化硬件邏輯。當(dāng)存儲和I/O芯片較多時，可選用專用譯碼器74S138或74LS139等。4）總線驅(qū)動能力。MCS-51系統(tǒng)單片機(jī)的外部擴(kuò)展功能很強(qiáng)，但4個8位并行口的負(fù)載能力是有限的。P0口能驅(qū)動8個TTL電路，P1～P3口只能驅(qū)動3個TTL電路。在實際應(yīng)用中，這些端口的負(fù)載不應(yīng)超過總負(fù)載能力的70%，以保留一定的余量。如果驅(qū)動較多的TTL電路，則應(yīng)采用總線驅(qū)動電路，以提高端口的驅(qū)動能力和系統(tǒng)的抗干擾能力。數(shù)據(jù)總線宜采用雙向8路三態(tài)緩沖器74LS245作為總線驅(qū)動器，地址和控制總線可采用單向8路三態(tài)緩沖區(qū)74LS244作為單向總線驅(qū)動器。

（3）控制面板設(shè)計：主要完成按鍵、開關(guān)、顯示器、報警等電路的設(shè)計。

4．軟件設(shè)計單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計是研制過程中任務(wù)最繁重的一項工作，難度也比較大。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件主要包括兩大部分：用于管理單片機(jī)微機(jī)系統(tǒng)工作的監(jiān)控程序：應(yīng)盡可能利用現(xiàn)成微機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控程序。許多單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件功能相當(dāng)強(qiáng)，并附有豐富的實用子程序，可供用戶直接調(diào)用，例如鍵盤管理程序、顯示程序等，可以直接選用。用于執(zhí)行實際具體任務(wù)的功能程序。要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求來編程序。例如，外部數(shù)據(jù)采集、控制算法的實現(xiàn)、外設(shè)驅(qū)動、故障處理及報警程序等等。軟件設(shè)計通常采用模塊化程序設(shè)計、自頂向下的程序設(shè)計方法。

5．系統(tǒng)調(diào)試———包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試硬件調(diào)試的任務(wù)是排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計性錯誤和工藝性故障。軟件調(diào)試是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試，除發(fā)現(xiàn)和解決程序錯誤外，也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。程序調(diào)試一般是一個模塊一個模塊地進(jìn)行，一個子程序一個子程序地調(diào)試，最后聯(lián)起來統(tǒng)調(diào)。在調(diào)試過程中，要不斷調(diào)整、修改系統(tǒng)的硬件和軟件，直到其正確為止。聯(lián)機(jī)調(diào)試運(yùn)行正常后，將軟件固化到EPROM中，脫機(jī)運(yùn)行，并到生產(chǎn)現(xiàn)場投入實際工作，檢驗其可靠性和抗干擾能力，直到完全滿足要求，系統(tǒng)才算研制成功。

確定任務(wù)任務(wù)分析確定功能、性能要求制定總體方案總體設(shè)計系統(tǒng)功能分配確定軟硬件功能關(guān)系擬定調(diào)試方案硬件設(shè)計繪制硬件原理圖繪制印制板圖配置元器件硬件功能分調(diào)確定算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序模塊劃分繪制程序流程圖程序編寫與仿真調(diào)試軟件設(shè)計樣機(jī)聯(lián)調(diào)在樣機(jī)中運(yùn)行軟件軟硬件修改與完善反復(fù)調(diào)試以達(dá)設(shè)計要求考機(jī)定型現(xiàn)場運(yùn)行樣機(jī)組裝定型、軟件固化編寫技術(shù)報告及說明書案例示范1.確定任務(wù)本任務(wù)是在單片機(jī)最小系統(tǒng)下，由P2、P0口連接12個發(fā)光二極管，分別代表四個路口的紅、綠、黃燈，初始態(tài)為四個路口的紅燈全亮之后，東西路口的綠燈亮20秒，南北路口的紅燈亮，東西路口方向通車；延時一段時間后，東西路口的綠燈熄滅，黃燈開始閃爍，每隔1s閃爍1次，閃爍3次后，東西路口紅燈亮，而同時南北路口的綠燈亮20秒，南北路口方向開始通車；延時一段時間后，南北路口的綠燈熄滅，黃燈開始閃爍，每隔1s閃爍1次，閃爍3次后，再切換到東西路口的綠燈亮，東西方向通車；之后重復(fù)以上過程。2.硬件電路設(shè)計根據(jù)本任務(wù)的要求，選用AT89S51，配備晶振電路和復(fù)位電路，晶振頻率為12MHz。為了方便線路連接，P0口的低6位分別接西、北路口的紅、黃、綠燈（發(fā)光二極管，采用共陽極的連接方式），P2口的低6位分別接?xùn)|、南路口的紅、黃、綠燈。2.硬件電路設(shè)計3.軟件設(shè)計根據(jù)本任務(wù)要求及設(shè)計的硬件電路圖，各路口的燈亮的規(guī)律與P2、P0口的取值有關(guān)系到，其規(guī)律如下表所示。3.軟件設(shè)計本任務(wù)涉及兩個定時時間，一是每個路口的綠燈亮20s，另一個是黃燈閃爍時間間隔0.5s，顯然最容易實現(xiàn)的方法就是利用定時器，可以用定時器0控制路口綠燈亮的時間，用定時器1控制黃燈閃爍的時間間隔，但是兩個定時器的定時都不可達(dá)到20s或0.5s，所以可以讓兩個定時器都工作于方式1，定時時間為50ms，引進(jìn)兩個變量time（初值為400）和timey（初值為20），當(dāng)定時器發(fā)出中斷時，這兩個變量分別減1，直到為0則達(dá)到定時時間。根據(jù)以上分析，TMOD應(yīng)賦值為0x11，兩個定時器計數(shù)次數(shù)為50000。#include<reg51.h>unsignedchartime=20*20,timey=10,county=6;unsignedcharallr=0x36;//所有路口的燈全紅unsignedcharewg_snr=0x1e;//東西路口綠燈亮，南北路口紅燈亮unsignedcharewy=0x2e;//東西路口黃燈亮,南北路口紅燈亮unsignedcharsng_ewr=0x33;//南北路口綠燈亮，東西路口紅燈亮unsignedcharsny=0x35;//南北路口黃燈亮，東西路口紅燈亮sbitP01=P0^1;sbitP04=P0^4;sbitP21=P2^1;sbitP24=P2^4;bitewg=1;//剛才是否是東西路口綠燈亮過主函數(shù)main(){unsignedinti;P0=P2=allr;for(i=50000;i>0;i--);P0=P2=ewg_snr;TMOD=0x11;//定時器1和定時器0均工作于方式1TL0=-50000;TH0=-50000>>8;//T1、T0均定時50msTL1=-50000;TH1=-50000>>8;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;while(1);}voidisr_time0()interrupt1//定時器0的中斷服務(wù)程序{TL0=-50000;TH0=-50000>>8;time--;if(time==0){TR0=0;TR1=1;time=400;if(ewg) {P0=ewy;P2=ewy; } else {P0=sny;P2=sny;}}}voidisr_time1()interrupt3//定時器T1的中斷服務(wù)函數(shù){TL1=-50000;TH1=-50000>>8;timey--;if(timey==0){timey=10;county--; if(county)