第9章-单片机应用系统设计与调试课件.ppt
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1、第第9 9章章 单片机应用系统设计与调试单片机应用系统设计与调试 学习目标学习目标n掌握单片机应用系统的开发过程掌握单片机应用系统的开发过程n掌握应用系统开发的可行性分析要点掌握应用系统开发的可行性分析要点n掌握应用系统开发的系统方案设计要点掌握应用系统开发的系统方案设计要点n掌握应用系统开发的硬件设计要点掌握应用系统开发的硬件设计要点n掌握应用系统开发的软件设计要点掌握应用系统开发的软件设计要点n掌握单片机系统调试的要点掌握单片机系统调试的要点主要内容主要内容9.1 9.1 单片机应用系统开发过程单片机应用系统开发过程9.2 9.2 可行性分析可行性分析 9.2.19.2.1可行性分析的主要
2、内容可行性分析的主要内容 9.2.29.2.2教学实验板研制可行性分析教学实验板研制可行性分析9.3 9.3 系统方案设计系统方案设计 9.3.19.3.1系统的主要功能与性能系统的主要功能与性能 9.3.29.3.2硬件结构设计硬件结构设计 9.3.39.3.3软件结构设计软件结构设计 9.3.49.3.4教学实验板系统设计方案教学实验板系统设计方案9.4 9.4 硬件电路设计与制作硬件电路设计与制作 9.4.19.4.1硬件电路设计硬件电路设计 9.4.29.4.2电路参数的计算电路参数的计算 9.4.3PCB9.4.3PCB板制作板制作 9.4.49.4.4教学实验板电路设计与制作教学实
3、验板电路设计与制作9.5 9.5 软件程序设计软件程序设计 9.5.19.5.1软件设计过程软件设计过程 9.5.29.5.2优秀应用软件的特点优秀应用软件的特点9.6 9.6 单片机应用系统调试单片机应用系统调试 9.6.19.6.1调试工具调试工具 9.6.29.6.2硬件调试硬件调试 9.6.39.6.3软件调试软件调试 9.6.49.6.4模拟调试模拟调试 9.6.59.6.5现场调试现场调试 9.6.69.6.6教学实验板调试教学实验板调试 9.6.79.6.7小结小结9.19.1单片机应用系统开发过程单片机应用系统开发过程 n 通常开发一个单片机应用系统需要经历以下过程:通常开发一
4、个单片机应用系统需要经历以下过程:n 可行性分析;可行性分析;n 系统方案设计;系统方案设计;n 系统详细设计与制作;系统详细设计与制作;n 系统调试与修改;系统调试与修改;n 生产样机;生产样机;n 生成正式系统或产品。生成正式系统或产品。主要内容主要内容第第 9 9 章章单片机应用系统设计与调试单片机应用系统设计与调试9.19.1单片机应用系统开发过程单片机应用系统开发过程9.29.2可行性分析可行性分析 9.2.19.2.1可行性分析的主要内容可行性分析的主要内容 9.2.29.2.2教学实验板研制可行性分析教学实验板研制可行性分析9.39.3系统方案设计系统方案设计 9.3.19.3.
5、1系统的主要功能与性能系统的主要功能与性能 9.3.29.3.2硬件结构设计硬件结构设计 9.3.39.3.3软件结构设计软件结构设计 9.3.49.3.4教学实验板系统设计方案教学实验板系统设计方案9.2.1 9.2.1 可行性分析的主要内容可行性分析的主要内容 方案调研主要是收集整理资料,确定解决问题的技方案调研主要是收集整理资料,确定解决问题的技术方案。它主要包括如下几个方面:术方案。它主要包括如下几个方面:1.1. 研究和开发的目的和意义;研究和开发的目的和意义;2.2. 国内外同类产品的应用状况、目前在应用中急需解国内外同类产品的应用状况、目前在应用中急需解决的问题和未来发展趋势;决
6、的问题和未来发展趋势; 3.3. 国内外同类产品的开发水平、开发环境和器材供应国内外同类产品的开发水平、开发环境和器材供应状况;对接受委托研制项目还应了解合作方所具备状况;对接受委托研制项目还应了解合作方所具备的技术条件;的技术条件;4.4. 比较各种可行方案,确定拟采用的技术线路。可行比较各种可行方案,确定拟采用的技术线路。可行方案不一定局限于单片机应用系统,应依据所要解方案不一定局限于单片机应用系统,应依据所要解决的问题而定。对各种方案应进行技术经济分析,决的问题而定。对各种方案应进行技术经济分析,合理选择实施方案;合理选择实施方案;5.5. 分析拟实施方案的技术难点,明确技术主攻方向。分
7、析拟实施方案的技术难点,明确技术主攻方向。9.2.1 9.2.1 可行性分析的主要内容可行性分析的主要内容可行性分析通常从如下几个方面进行论证:可行性分析通常从如下几个方面进行论证:1. 市场或用户需求情况;市场或用户需求情况;2. 经济效益和社会效益;经济效益和社会效益;3. 技术支持和开发环境;技术支持和开发环境;4. 现在的竞争力和未来的生命力。现在的竞争力和未来的生命力。9.2.29.2.2教学实验板研制可行性分析教学实验板研制可行性分析 1.1. 研制教学实验板的目的和意义研制教学实验板的目的和意义 2.2. 国内同类产品的应用状况国内同类产品的应用状况3.3. 需求调查需求调查4.
8、4. 方案调研方案调研5.5. 实验板设计拟采用的技术线路实验板设计拟采用的技术线路6.6. 参加人员及计划安排参加人员及计划安排7.7. 经济效益和社会效益分析经济效益和社会效益分析主要内容主要内容第第 9 9 章章 单片机应用系统设计与调试单片机应用系统设计与调试9.19.1单片机应用系统开发过程单片机应用系统开发过程9.29.2可行性分析可行性分析 9.2.19.2.1 可行性分析的主要内容可行性分析的主要内容 9.2.29.2.2 教学实验板研制可行性分析教学实验板研制可行性分析9.39.3系统方案设计系统方案设计 9.3.19.3.1 系统的主要功能与性能系统的主要功能与性能 9.3
9、.29.3.2 硬件结构设计硬件结构设计 9.3.39.3.3 软件结构设计软件结构设计 9.3.49.3.4 教学实验板系统设计方案教学实验板系统设计方案9.3 9.3 系统方案设计系统方案设计 9.3.1 9.3.1 系统的主要功能与性能系统的主要功能与性能 系统主要功能有数据采集、数据处理、输出系统主要功能有数据采集、数据处理、输出控制等,每一个功能又可细分为若干个子功能。控制等,每一个功能又可细分为若干个子功能。比如数据采集可分为模拟信号采样与数字信号采比如数据采集可分为模拟信号采样与数字信号采样;数据处理可分为预处理、功能性处理、抗干样;数据处理可分为预处理、功能性处理、抗干扰处理等
10、子功能,而功能性处理还可以继续划分扰处理等子功能,而功能性处理还可以继续划分为各种信号处理等。输出控制按控制对象不同可为各种信号处理等。输出控制按控制对象不同可分为各种控制功能,如继电器控制、分为各种控制功能,如继电器控制、DADA转换输出转换输出控制、控制、PWMPWM输出控制等。输出控制等。 9.3.1 9.3.1 系统的主要功能与性能系统的主要功能与性能 系统性能主要由精度、速度、功耗、体积、系统性能主要由精度、速度、功耗、体积、重量、价格、可靠性等技术指标来衡量。系统研重量、价格、可靠性等技术指标来衡量。系统研制前,要根据需求调查结果给出上述各指标的定制前,要根据需求调查结果给出上述各
11、指标的定额。一旦这些指标被确定下来,整个系统将在这额。一旦这些指标被确定下来,整个系统将在这些指标限定下进行设计。系统的技术指标会左右些指标限定下进行设计。系统的技术指标会左右系统软硬件功能的划分。系统功能尽可能用硬件系统软硬件功能的划分。系统功能尽可能用硬件完成,这样可提高系统的工作速度,但相应的成完成,这样可提高系统的工作速度,但相应的成本、功耗、体积等增加。用软件来实现可反之。本、功耗、体积等增加。用软件来实现可反之。因此在进行系统软硬件功能划分时,一定要依据因此在进行系统软硬件功能划分时,一定要依据系统性能指标综合考虑。系统性能指标综合考虑。 9.3.2 9.3.2 硬件结构设计硬件结
12、构设计1.1.单片机选型原则单片机选型原则2.2.I/OI/O通道划分通道划分3.3.I/OI/O方式确定方式确定4.4.软硬件功能划分软硬件功能划分9.3.3 9.3.3 软件结构设计软件结构设计 结构化程序设计是最难的一种设计方法,也是一结构化程序设计是最难的一种设计方法,也是一种系统思考问题的办法。其过程包括如下工作:种系统思考问题的办法。其过程包括如下工作:n 自顶向下的设计,即把整个设计分成多个层次,自顶向下的设计,即把整个设计分成多个层次,上一层的程序块可以调下一层的程序块;上一层的程序块可以调下一层的程序块;n 模块化编程,即力求使每个模块独立,其正确与模块化编程,即力求使每个模
13、块独立,其正确与否不依赖于上一层模块,从而非常便于调试和查否不依赖于上一层模块,从而非常便于调试和查错。错。n 结构化编程,即使用若干结构良好的转移和控制,结构化编程,即使用若干结构良好的转移和控制,而避免用任意转移而避免用任意转移(GOTO)(GOTO)语句,尽可能使每个模语句,尽可能使每个模块都只有一个入口和一个出口。块都只有一个入口和一个出口。 9.3.4 9.3.4 教学实验板系统设计方案教学实验板系统设计方案 1.1.教学实验板系统设计的基本原则教学实验板系统设计的基本原则 n 整套实验系统成本应控制在整套实验系统成本应控制在150150元左右,不包括元左右,不包括PCPC机。机。n
14、 整套实验系统整套实验系统( (包括包括ECMT-1ECMT-1型教学实验板、电源、型教学实验板、电源、RS232RS232通通信电缆和光盘信电缆和光盘) )可放在一个小纸盒内,便于学生携带。可放在一个小纸盒内,便于学生携带。n 尽可能做到典型单元电路在多个实验项目中复用,降低成尽可能做到典型单元电路在多个实验项目中复用,降低成本。本。n 实验板上适度设置一些测试点,便于学生测试。实验板上适度设置一些测试点,便于学生测试。n 实验板线不能太密,便于初学者检查。实验板线不能太密,便于初学者检查。n 电源接口简单,保证初学者不致将电源接反。电源接口简单,保证初学者不致将电源接反。n 线路不要太复杂
15、,尽可能选择一些在实际应用中常用的典线路不要太复杂,尽可能选择一些在实际应用中常用的典型单元电路。要充分运用数字电路和本门课程已学习的知型单元电路。要充分运用数字电路和本门课程已学习的知识。识。n 采用采用ISPISP编程,使用编程,使用RS232RS232接口,减少编程和调试设备费用。接口,减少编程和调试设备费用。n 设计实验项目除完成单片机实验教学内容外,应能做多种设计实验项目除完成单片机实验教学内容外,应能做多种综合性设计性实验。综合性设计性实验。 9.3.4 9.3.4 教学实验板系统设计方案教学实验板系统设计方案 2. ECMT-12. ECMT-1型教学实验板的主要功能和技术指标型
16、教学实验板的主要功能和技术指标 n 开关量输入:开关量输入:4 4路,路,TTLTTL电平。可利用板上拔码开关电平。可利用板上拔码开关S1S1模拟模拟开关量输入。外接开关量输入可通过开关量输入。外接开关量输入可通过J6J6插座接入,此时拔插座接入,此时拔码开关码开关S1S1应位于断开位置。应位于断开位置。n 开关量输出:开关量输出:2 2路,路,1 1路接路接LEDLED指示灯,指示灯,1 1路接蜂鸣器。路接蜂鸣器。n 模拟量输入:模拟量输入:2 2路,精度为路,精度为8 8位,转换速率位,转换速率50kBPS50kBPS。可利用。可利用板上模拟量给定和脉冲信号发生器来模拟外部模拟量输入。板上
17、模拟量给定和脉冲信号发生器来模拟外部模拟量输入。外接模拟量输入时,可通过外接模拟量输入时,可通过CON4CON4接线端子输入。接线端子输入。n 模拟量输出:模拟量输出:2 2路,精度为路,精度为8 8位。通过位。通过CON3CON3接线端子输出。接线端子输出。n 串行通信:串行通信:1 1路,路,RS232RS232接口。接口。9.3.4 9.3.4 教学实验板系统设计方案教学实验板系统设计方案 3.3.设计方案比较设计方案比较 单片机教学实验板设计方案有两种:一单片机教学实验板设计方案有两种:一是采用三总线方式对单片机进行扩展;另一是采用三总线方式对单片机进行扩展;另一种是对单片机直接进行种
18、是对单片机直接进行I/OI/O扩展。随着单片扩展。随着单片机技术的发展,单片机种类和其片内资源得机技术的发展,单片机种类和其片内资源得到极大丰富,因此,实际应用重在选型。基到极大丰富,因此,实际应用重在选型。基于上述原因,采用对单片机直接进行于上述原因,采用对单片机直接进行I/OI/O扩扩展的方案。展的方案。 9.3.4 9.3.4 教学实验板系统设计方案教学实验板系统设计方案 4.4.硬件结构设计硬件结构设计 n 单片机选型单片机选型n 电源电路的确定电源电路的确定n I/OI/O通道划分通道划分n I/OI/O方式确定方式确定 n 软硬件功能划分软硬件功能划分 n 信号模拟器信号模拟器 9
19、.3.4 9.3.4 教学实验板系统设计方案教学实验板系统设计方案 5.5.软件结构设计软件结构设计 主要内容主要内容9.4 9.4 硬件电路设计与制作硬件电路设计与制作 9.4.1 9.4.1 硬件电路设计硬件电路设计 9.4.2 9.4.2 电路参数的计算电路参数的计算 9.4.3 PCB9.4.3 PCB板制作板制作 9.4.4 9.4.4 教学实验板电路设计与制作教学实验板电路设计与制作9.5 9.5 软件程序设计软件程序设计 9.5.1 9.5.1 软件设计过程软件设计过程 9.5.2 9.5.2 优秀应用软件的特点优秀应用软件的特点9.6 9.6 单片机应用系统调试单片机应用系统调
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