第2部分硬件設(shè)計及儀表線路2003

單片機應(yīng)用系統(tǒng)組成第六章

單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)組成

前向通道后向通道后向通道人機通道1．前向通道的組成及其特點前向通道是單片機與測控對象相連的部分，是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的輸入通道。來自被控對象的現(xiàn)場信息有多種多樣。按物理量的特征可分為模擬量和數(shù)字（或開關(guān)量）兩種。(1)與現(xiàn)場采集對象相連，是現(xiàn)場干擾進入的主要通道，是整個系統(tǒng)抗干擾設(shè)計的重點部位。(2)輸入信號來自現(xiàn)場，許多信號不能滿足單片機輸入的要求，所以要有形式多樣的信號變換調(diào)節(jié)電路。（如測量放大器、I/F變換、A/D轉(zhuǎn)換、放大、整形電路等）(3)前向通道是一個模擬、數(shù)字混合電路系統(tǒng)，其電路功耗小，一般沒有功率驅(qū)動要求。特點：2.后向通道的特點(1)后向通道是應(yīng)用系統(tǒng)的輸出通道，大多數(shù)需要功率驅(qū)動。(2)靠近伺服驅(qū)動現(xiàn)場，故后向通道的隔離對系統(tǒng)的可靠性影響很大。(3)根據(jù)輸出控制的不同要求，后向通道電路有多種多樣。（如模擬電路、數(shù)字電路、開關(guān)電路等，輸出信號形式有電流輸出、電壓輸出、開關(guān)量輸出及數(shù)字量輸出等）3.人機通道的特點(1)人機通道接口一般都是數(shù)字電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。(2)通常單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，人機對話通道都是小規(guī)模的。（如微型打印機、功能鍵、LED/LCD顯示器等）硬件的測試與調(diào)試智能儀表線路原理圖第七章

單片機系統(tǒng)硬件的測試與調(diào)試7-1單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一般調(diào)試方法硬件調(diào)試2.軟件調(diào)試3.系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

4.現(xiàn)場調(diào)試一、硬件調(diào)試方法1.靜態(tài)調(diào)試第一步：目測通過目測查出一些明顯的器件、設(shè)備故障并及時排除。第二步：萬用表測試用萬用表復(fù)核目測中認為可疑的連接或接點，檢查它們的通斷狀態(tài)是否與設(shè)計規(guī)定相符。硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器(萬用表、示波器等)，通過執(zhí)行開發(fā)系統(tǒng)有關(guān)命令或運行適當(dāng)?shù)臏y試程序，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。第三步：加電檢查加電時，首先檢查所有插座或器件的電源端是否有符合要求的電壓值。第四步：聯(lián)機檢查

在靜態(tài)檢查印制板、連接、器件等部分無物理性故障后，即可將用戶系統(tǒng)與單片機開發(fā)系統(tǒng)用仿真電纜連接起來。聯(lián)機檢查上述連接是否正確，是否連接暢通、可靠。2.動態(tài)調(diào)試動態(tài)調(diào)試是在開發(fā)系統(tǒng)的支持下完成的（如下圖）。它利用開發(fā)系統(tǒng)友好的人機界面，可以有效地對用戶系統(tǒng)的各部分電路進行訪問、控制，使系統(tǒng)在運行中暴露問題，從而發(fā)現(xiàn)故障。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。偉福仿真器

1、先獨立后聯(lián)機2、先分塊后組合3、先單步后連續(xù)三、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)主要解決以下問題：(1)軟、硬件能否按預(yù)定要求配合工作？如果不能，那么問題出在哪里？如何解決？(2)系統(tǒng)運行中是否有潛在的設(shè)計時難以預(yù)料的錯誤？如硬件延時過長造成工作時序不符合要求，布線不合理造成有信號串?dāng)_等。(3)系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)(包括精度、速度參數(shù))是否滿足設(shè)計要求？二、軟件調(diào)試單片機AT89C51、鍵盤、25045等部分A/D7109及串行通信部分LED顯示器部分單片機AT89C515位LED顯示器X25045看門狗蜂鳴器（BEEP）鍵盤、撥盤A/D7109串行通信7-2智能儀表線路原理圖（重點內(nèi)容）一、AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51單片機在儀表線路中為單片用法

與MCS-51兼容

4K字節(jié)可編程閃爍存儲器

壽命：1000寫/擦循環(huán)

數(shù)據(jù)保留時間：10年

全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz

三級程序存儲器鎖定

128*8位內(nèi)部RAM

主要特性

32可編程I/O線

兩個16位定時器/計數(shù)器

5個中斷源

可編程串行通道

低功耗的閑置和掉電模式

片內(nèi)振蕩器和時鐘電路二、儀表線路局部電路分析1、蜂鳴器（BEEP）電路實際BEEP接到P2.3“0”“1”CLRP1.5思考：同學(xué)自己分析該電路的發(fā)聲原理，各元件的作用？編寫一段程序完成測試任務(wù)。

2、74LS138譯碼器的作用【例7-4-11】試分析圖7-14中74LS138譯碼器輸入與輸出的關(guān)系。輸出輸入P2.5→CP2.6→BP2.7→A控制端始終有效SEL1-SEL5顯示器位選SEL8打開245輸入思考：下列程序中，哪段程序使SEL1、SEL4、SEL8有效？A）SETBP2.5B）SETBP2.5C）SETBP2.5D）SETBP2.5SETBP2.6SETBP2.6CLRP2.6CLRP2.6SETBP2.7CLRP2.7SETBP2.7CLRP2.7E）CLRP2.5F）CLRP2.5G）CLRP2.5H）CLRP2.5SETBP2.6SETBP2.6CLRP2.6CLRP2.6SETBP2.7CLRP2.7SETBP2.7CLRP2.7SEL1有效SEL4有效SEL8有效3、ULN2803反相驅(qū)動器信號輸入端信號輸出端01適用于低邏輯電平數(shù)字電路和照明，繼電器，或其他用于計算機工作上和消費應(yīng)用的大范圍的類似負載要求的大電流/高電壓之間的接口?！纠?-4-12】試分析圖7-15中ULN2803的作用。思考：當(dāng)P0.0=“0”；P0.1=“1”時，7SEG7=？7SEG6=？電阻RP1的作用（上拉電阻）當(dāng)P0口作為通用I/O接口時,要注意兩點:

在輸出數(shù)據(jù)時,由于V2截止,輸出級是漏極開路電路,要使“1”信號正常輸出，必須外接上拉電阻。P0口是準(zhǔn)雙向口。其特點是在輸入數(shù)據(jù)時，應(yīng)先把口置1(寫1)，才可作高阻輸入。電阻R1-R8（510

）的作用（限流電阻）七段LED顯示器+5V28037SEG7R1I≈7mA4、鍵盤、撥盤電路思考題(1)74HC245L三態(tài)輸出八總線收發(fā)器

DIR：方向控制端；

A0~A7：數(shù)據(jù)輸入/輸出端口；

：輸出允許端（低電平有效）；B0~B7：數(shù)據(jù)輸入/輸出端口。功能表控制輸入端B數(shù)據(jù)到A總線A數(shù)據(jù)到B總線隔離LL

LHHX操作

DIR可直接驅(qū)動總線或最多可驅(qū)動15個LSTTL負載。(2)鍵定義K1-K4儀表鍵盤（用戶使用）SW1-SW4撥盤（自檢開關(guān)）通過上拉電阻使：K（SW）閉合為“0”K（SW）打開為“1”(3)思考題①結(jié)合圖7-17和下列程序分析SW1的采樣過程。KR245: MOV P0,#0 LCALLSEL8 MOV P1,#0FFH MOV A,P1 LCALLSEL7 RETSEL7: CLR P2.7；P2.5-P2.7110(SEL7) SETB P2.6 SETBP2.5 RETSEL8: SETBP2.7；KR245EP2.5-P2.7111(SEL8) SETBP2.6 SETBP2.5 RET電路圖②采樣SW1與K1-K4程序相同嗎？為什么？答：硬件電路相同,所以采樣程序相同。③單片機上電復(fù)位時，74HC245三態(tài)門的狀態(tài)是什么？答：單片機上電復(fù)位時，P2口為高電平，SEL8有效，所以74HC245三態(tài)門狀態(tài)為打開狀態(tài)。④在KR245子程序中，調(diào)用SEL7子程序的作用是什么？KR245: MOV P0,#0 LCALLSEL8 MOV P1,#0FFH MOV A,P1

LCALLSEL7 RET答：關(guān)閉74HC245三態(tài)門。問題：采集的開關(guān)值存在A寄存器中，如何處理？5、A/D轉(zhuǎn)換器ICL71091234（1）ICL7109芯片①功能簡介ICL7109是一種高精度，低噪聲，低漂移雙斜率積分型12位A/D轉(zhuǎn)換器。另有一位符號位，一位溢出標(biāo)志位，實際上具有14位A/D的精度。ICL7109轉(zhuǎn)換速度較低，但內(nèi)藏基準(zhǔn)電壓源，且價格便宜，適用于低速度，高精度的測量場合。②主要管腳

模擬量輸入端：INLO，INHI分別為差動輸入電壓的正負極。

數(shù)字量輸出端：B1-B12POL，標(biāo)志位OR，溢出位思考：8位單片機如何采集12（14）位數(shù)字量。ICL7109的模擬輸入可接成單端輸入方式，也可接成差動輸入方式。其模擬轉(zhuǎn)換及數(shù)字信號輸出方式受RUN/HOLD，MODE，CE/LOAD，HBEN，LBEN

，腳的信號及狀態(tài)控制

RUN/HOLD接“H”則連續(xù)進行A/D轉(zhuǎn)換，接“L”則停止轉(zhuǎn)換，上一次轉(zhuǎn)換的的數(shù)據(jù)得以保持。智能儀表線路中接“H”。

MODE端接低電平，則工作在直接輸出方式下；接高電平，則工作在手動模式下。智能儀表線路中接“L”。

STATUS（狀態(tài)信號），采用直接方式接口時，由此腳給微機發(fā)中斷，請求立即接收數(shù)據(jù)。

在直接輸出模式下采樣控制CE作為輸出使能端，低電平有效；HBEN，LBEN分別為高位和低位字節(jié)允許端。AD1: CLR P2.0 CLR P2.1；讀高位 MOV A,P1 MOV B,A SETB P2.1 CLR P2.2；讀低位 MOV A,P1 SETB P2.2 SETB P2.0思考：8位單片機如何采集12（14）位數(shù)字量。③接口電路◆智能儀表中ICL7109工作在直接輸出方式下；◆每次轉(zhuǎn)換結(jié)束時，STATUS腳輸出一個負脈沖，向AT89C51發(fā)出中斷申請。單片機系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，執(zhí)行讀數(shù)據(jù)服務(wù)子程序：按照先低后高（或先高后低）分兩次讀入低位字節(jié)和高位字節(jié)數(shù)據(jù)。◆中斷讀數(shù)據(jù)時不影響ICL7109的A/D連續(xù)轉(zhuǎn)換。（2）思考題①ICL7109的STATUS端經(jīng)RC電路接到單片機，RC電路的作用是什么？答：微分電路，保證中斷申請一次有效。電路圖②ICL7660的作用是什么？ICL7660通用型負電流/電壓轉(zhuǎn)換器ICL7660工作時只需外接兩個電容器，便可將1.5V-10.0V范圍的正電壓轉(zhuǎn)換為相同幅值的負電壓，為A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，運算放大器，模擬開關(guān)等提供工作所需的正、負電源。答：提供7109所需的-5V電源。電路圖③電路中VR1可調(diào)電位器的作用是什么？●REFIN+和REFIN-分別為差動參考電壓的正負極。

電路圖答：一般調(diào)整參考電壓等于1/2滿度輸入電壓。④當(dāng)P2.0=P2.1=0時，從P1口讀入的數(shù)據(jù)中，P1.4和P1.5的值分別表示什么含義？

電路圖；-------------------------------------------------------；功能：外部中斷0完成A/D采樣任務(wù)，每次采1個數(shù)。；使用：“1”區(qū)RO-R7；出口參數(shù)：AD_BUF開始的6個單元；-------------------------------------------------------AD_BUFEQU0AH；數(shù)據(jù)區(qū)A/D采樣值3次（占6字節(jié)）0AH-0FHAD_NUMEQU27H；采樣次數(shù)

INT00: PUSHA PUSHPSW；保護現(xiàn)場 CLRRS1；選“1”區(qū) SETBRS0 CLREA；關(guān)閉中斷 MOVR0,#AD_BUFAD1: CLRP2.0 CLRP2.1

；讀高8位 MOVA,P1 SETBP2.1

MOVC,ACC.4；判斷輸入是否溢出？0R=P1.4=1溢出 (POL=P1.5=1輸入電壓為+) JCAD3 ANLA,#3FH MOV@R0,A INCR0 CLRP2.2；讀低8位 MOVA,P1 SETBP2.2 SETBP2.0 MOV@R0,A INCR0 INCAD_NUM MOVA,AD_NUM CJNEA,#3,AD2AD3: MOVAD_NUM,#0 MOVR0,#AD_BUFAD2: SETBEA POPPSW POPA RETI⑤電路中的ICL7109大約多長時間完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換？電路圖答:ICL7109是雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器(慢速)，由使用說明書知自零階段2048時鐘；積分階段2048時鐘；保持階段4096時鐘；共8192個時鐘周期進行一次A/D轉(zhuǎn)換操作。儀表振蕩頻率3.58MHZ,則時鐘頻率為：3.58/58=61.72KHZ轉(zhuǎn)換一次時間為：8192/61.72=0.1327（S），即每秒轉(zhuǎn)換7.5次。6、5位LED顯示器3LED顯示器等效電路RR…..abhCOMafbge

cdh反相驅(qū)動器2803P0.7P0.0P0+5VQ1DT1SEL1AY0BY1CY2

138Y7

P2.7P2.6P2.5…………思考題：（1）LED顯示器是共陰，還共陽？共陽極陽極+5Vabcdefgh陰極abcdefgh共陰極答：由等效電路知，LED顯示器共陽。（2）當(dāng)執(zhí)行下面的程序后，三極管Q1-Q5哪一個導(dǎo)通？DT1-DT5各是什么電平？CLRP2.7SETBP2.6CLRP2.5+5v“1”（3）當(dāng)執(zhí)行下面的程序后，5個LED顯示器哪一個亮？顯示什么字型？ CLRP2.7 CLRP2.6 SETBP2.5 MOVA，#0FFH MOVP0，A答：執(zhí)行下面的程序后，SEL5有效，Q5導(dǎo)通，DT5為高電平，最低位LED被選中，從字型口輸出FFH，反相后為00H，LED七段顯示器全亮。電路圖（4）寫出字型為“0”到“9”的七段碼。

（5）根據(jù)圖7-20，判斷LED顯示器電路采用動態(tài)掃描顯示，還是靜態(tài)顯示？RR…..abhCOMafbge

cdh反相驅(qū)動器2803P0.7P0.0P0+5VQ1DT1SEL1AY0BY1CY2

138Y7

P2.7P2.6P2.5…………答：動態(tài)掃描顯示。（6）分析下列程序段的功能。；------------------------------------------------------------------------LED0EQU30H；顯示緩沖區(qū)（7段碼）LED0-----LED4LED1EQU31H；顯示的高位-----------低位LED2EQU32HLED3EQU33HLED4EQU34HEXER4：

MOVR0,#LED0；預(yù)存顯示字型 MOVA,#0；顯示8.？ MOV@R0,A INCR0 MOVA,#7EH；？ MOV@R0,A INCR0 MOVA,#0CH；？ MOV@R0,A INCR0 MOVA,#0B6H；？

MOV@R0,A INCR0 MOVA,#9EH；？ MOV@R0,A

MOVR7,#40EXER41: PUSH06H

LCALLDISPLAY；顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容 POP06H DJNZR7,EXER41 SJMPEXER4；-------------------------------------------------------；顯示子程序：用“0”區(qū)的R0-R7；-------------------------------------------------------DISPLAY：PUSHA PUSHPSW CLRRS0 CLRRS1

MOVA,LED0；送字形(符號位) MOVP0,A LCALLSEL1；字位口左1位P2.7-P2.5000(SEL1) LCALLD5MS；延時5ms子程序 MOVP0,LED1；送字形（數(shù)據(jù)的