第13章單片機(jī)開發(fā)板設(shè)計(jì)

1、第13章 單片機(jī)開發(fā)板設(shè)計(jì),本章主要介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)要考慮的一些問題。本章中還介紹了筆者自主設(shè)計(jì)的一款基于proteus仿真平臺(tái)的單片機(jī)開發(fā)板,13.1 單片機(jī)開發(fā)概述,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)是以單片機(jī)為核心，選擇一定的外部電路，并進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)特定測(cè)量及控制功能的應(yīng)用系統(tǒng)。一個(gè)完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括分析測(cè)控系統(tǒng)、單片機(jī)選型、硬件資源分配、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)、仿真測(cè)試并最終下載到實(shí)

2、際硬件電路中執(zhí)行，其中單片機(jī)的選型、資源分配及程序設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。,13.1.1 分析測(cè)控系統(tǒng),①可行性分析可行性分析主要是分析整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)的可行性。 ②系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)當(dāng)完成可行性分析并確認(rèn)方案可行后，便可以進(jìn)入系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)階段。,13.1.2 單片機(jī)的選型,在進(jìn)行正式的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)之前，需要了解各個(gè)不同型號(hào)單片機(jī)的特性，從中做出合理的選擇。在單片機(jī)選型時(shí)，主要需要注意以下幾點(diǎn)：①根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)硬件資源

3、的要求，在滿足性能指標(biāo)的情況下，盡量選擇硬件資源集成在單片機(jī)內(nèi)的型號(hào),②調(diào)查市場(chǎng)，盡量選用廣泛應(yīng)用、貨源充足的單片機(jī)型號(hào)，避免使用過時(shí)或缺貨的型號(hào)，使得硬件投資不過時(shí)。③對(duì)于手持式設(shè)備或其他需要低功耗的設(shè)備，應(yīng)選擇低電壓、低功耗的單片機(jī)型號(hào)。④在條件允許的情況下，盡量選擇功能強(qiáng)的單片機(jī)，這樣便于以后的升級(jí)擴(kuò)展。⑤對(duì)于商業(yè)性的最終產(chǎn)品，盡量選擇體積小的貼片封裝的單片機(jī)型號(hào)，這樣可以減小單片機(jī)板面積，從而降低硬件成本。,13.1.3

4、 硬件資源分配需要注意以下幾點(diǎn)：①如果單片機(jī)的硬件資源豐富，盡量選擇使用單片機(jī)內(nèi)部集成的硬件資源來實(shí)現(xiàn)，這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性。②對(duì)于一些常用的功能部件，盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，這樣可以提高設(shè)計(jì)的合理性，確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成功率。③合理規(guī)劃單片機(jī)的硬件及軟件資源，充分發(fā)揮單片機(jī)的最大功能。④硬件上最好留出擴(kuò)展的接口，以方便后期的維護(hù)及升級(jí)。⑤要仔細(xì)考慮各部分硬件的功率消耗及驅(qū)動(dòng)能力，如驅(qū)動(dòng)能力不夠?qū)?dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)

5、行。,13.1.4 程序設(shè)計(jì),主要需要從以下幾點(diǎn)來考慮。采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)，將各個(gè)功能部件模塊化，用子程序來實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是便于調(diào)試及后續(xù)的移植和修改等。合理使用單片機(jī)的資源，包括RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷等。除非特殊要求，盡量選擇使用C語言來進(jìn)行程序開發(fā)和設(shè)計(jì)，這樣可以使程序易懂，便于交流和后期維護(hù)。程序中應(yīng)添加注釋，提高程序的可讀性。,13.1.5 仿真測(cè)試,單片機(jī)仿真測(cè)試和程序設(shè)計(jì)是緊密相關(guān)的?？梢赃x擇Ke

6、il公司的μ Vision系列、Lab center electronics公司的PROTEUS等編譯仿真環(huán)境，也可以選擇硬件仿真器進(jìn)行在線調(diào)試。,13.1.6 實(shí)際硬件測(cè)試,當(dāng)程序設(shè)計(jì)通過后，便可以將其下載到單片機(jī)中進(jìn)行硬件電路測(cè)試。在實(shí)際硬件電路測(cè)試階段，主要檢查單片機(jī)程序和外部硬件接口是否正常，單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力是否夠用，以及整個(gè)硬件電路的邏輯時(shí)序配合是否正常等。硬件測(cè)試通過后，便可以投入使用或生產(chǎn)。,13.2 單片機(jī)開發(fā)硬件設(shè)

7、計(jì),本書設(shè)計(jì)的開發(fā)板能進(jìn)行12個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別為：流水燈、數(shù)碼顯示、ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換、單鍵識(shí)別、4x4矩陣鍵盤、DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換、蜂鳴器、RS232串口通信、DS18B20溫度采集、IIC總線、8x8點(diǎn)陣、LCD1602顯示。,13.2.1 開發(fā)板基本配置,1、6位數(shù)碼管（做動(dòng)態(tài)掃描及靜態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)）；2、8位LED發(fā)光二極管（做流水燈實(shí)驗(yàn)）；3、RS232通信接口（可以作為與計(jì)算機(jī)通訊的接口同時(shí)也可作為C51下載程序的接口

8、）；4、蜂鳴器（做單片機(jī)發(fā)聲實(shí)驗(yàn)）；5、ADC0804芯片（做模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)）；6、DAC0832芯片（做數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)）；7、DS18B20溫度傳感器（做溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)）；8、AT24C00芯片（做IIC總線元件實(shí)驗(yàn)）；9、字符液晶1602（做LCD字符顯示實(shí)驗(yàn)）；10、4*4鍵盤另加四個(gè)獨(dú)立鍵盤（鍵盤檢測(cè)實(shí)驗(yàn)）；11、8*8點(diǎn)陣（做點(diǎn)陣實(shí)驗(yàn)）。,開發(fā)板端口分配表,表13.2.1 開發(fā)板端口分配表,13.3 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)1

9、3.3.1 流水燈實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉開發(fā)板的基本操作；2、初步了解單片機(jī)I/O口基本操作方法；3、學(xué)會(huì)控制延時(shí)函數(shù)的延時(shí)時(shí)間；4、結(jié)合程序的調(diào)試掌握keilc編譯軟件的基本使用方法。,實(shí)驗(yàn)原理圖,圖13.3.1 流水燈原理圖,13.3.2 單按鍵識(shí)別,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解I/O口輸入輸出功能；2、了解單鍵按鍵識(shí)別原理。,實(shí)驗(yàn)原理圖,圖13.3.2 單鍵識(shí)別實(shí)驗(yàn)原理圖,13.3.3 數(shù)碼管顯示,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

10、練習(xí)進(jìn)位操作，了解數(shù)碼管的靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。,實(shí)驗(yàn)原理圖,圖13.3.3 數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)原理圖,13.3.4 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)如何用單片機(jī)控制ADC0804芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；2、掌握數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描原理。,實(shí)驗(yàn)原理圖,圖13.3.4 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)原理圖,13.3.5 D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)使用單片機(jī)控制DAC0832芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。,實(shí)驗(yàn)原理圖,圖13.3.5 D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)原理圖,13

11、.3.6 蜂鳴器,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)、掌握控制蜂鳴器發(fā)聲的原理。,實(shí)驗(yàn)原理圖,圖13.3.6 蜂鳴器實(shí)驗(yàn)原理圖,13.3.7 4*4矩陣鍵盤,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)掌握矩陣鍵盤的掃描原理；2、掌握數(shù)碼管的靜態(tài)顯示原理。,實(shí)驗(yàn)原理圖,圖13.3.7 4*4矩陣鍵盤原理圖,13.3.8 8*8點(diǎn)陣,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)掌握點(diǎn)陣顯示圖形的原理；2、了解視覺暫留原理及其效果。,實(shí)驗(yàn)原理圖,圖13.3.8 點(diǎn)陣實(shí)驗(yàn)電路圖,13.

12、3.9 LCD1602顯示實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解LCD1602的顯示原理；2、學(xué)習(xí)掌握LCD1602的控制步驟和方法。,實(shí)驗(yàn)原理圖,圖13.3.10 LCD1602顯示實(shí)驗(yàn)原理圖,13.4 小結(jié),本章的重點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)同學(xué)們動(dòng)手能力的重要手段，之所以要在本章設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)開發(fā)板，目的就是為讓同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)單片機(jī)理論的過程中能自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以此提高同學(xué)們的動(dòng)手能力，同時(shí)也為同學(xué)們?cè)谌蘸髥纹瑱C(jī)電路設(shè)計(jì)中提供一個(gè)便利平