51单片机应用开发从入门到精通 - (EPUB全文下载)

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51单片机应用开发从入门到精通
第1章 单片机开发预备知识
第2章 51单片机基础实例
第3章 输入和显示
第4章 数据采集
第5章 数据通信
第6章 数据存储实例精选
第7章 全球定位系统设计与开发
版权
第1章 单片机开发预备知识
单片机的应用十分广泛，从工业控制到家用电器，许多地方都有单片机的身影。掌握了单片机开发技术，不仅能够根据自己的需要进行电子设计，实现自己的一些想法，而且也为进一步学习嵌入式技术打下一定的基础。
本章将对单片机应用系统的软、硬件设计以及开发和调试等各个方面加以介绍，以便读者能通过对本章的学习较快地完成单片机应用系统的研制工作。
1.1 单片机开发流程
单片机的开发主要分为硬件开发和软件开发，在系统设计上又有最小系统和扩展系统两种。下面将通过系统硬件设计、软件设计进行开发流程的介绍，并以最小系统及一些典型的扩展系统为例进行简单的说明。
1.1.1 单片机应用系统设计步骤
单片机应用系统是指以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，能实现某种或几种功能的应用系统。它由硬件部分和软件部分组成。一般来说，应用系统所要完成的任务不同，相应的硬件配置和软件配置也就不同。因此，单片机应用系统的设计应包括硬件设计和软件设计两大部分。为保证系统能可靠工作，在软、硬件的设计中，还要考虑其抗干扰能力。
在应用系统的设计中，软件、硬件和抗干扰设计是紧密相关、不可分离的。在有些情况下硬件的任务可由软件来完成（如某些滤波、校准功能等）；而在另一些要求系统实时性强、响应速度快的场合，则往往用硬件代替软件来完成某些功能。设计者应根据实际情况，合理地安排软、硬件的比例，选取最佳的设计方案，使系统具有最佳的性能价格比。
设计一个单片机测控系统，一般可分为4个步骤。
● 需求分析、方案论证和总体设计阶段
需求分析、方案论证是单片机测控系统设计工作的开始，也是工作的基础。只有经过深入细致的需求分析和周密而科学的方案论证才能使系统设计工作顺利完成。
需求分析的内容主要包括：被测控参数的形式（电量、非电量、模拟量、数字量等）、被测控参数的范围、性能指标、系统功能、工作环境、显示、报警、打印要求等。
方案论证是根据用户要求设计出符合现场条件的软硬件方案，在选择测量结果输出方式上，既要满足用户要求，又要使系统简单、经济、可靠，这是进行方案论证与总体设计一贯坚持的原则。
● 器件选择、电路设计制作、数据处理、软件编写阶段
器件选择和电路设计主要根据方案中所确定的指标进行，同时需要考虑器件的电气特性。
数据处理、软件编写是单片机系统实现功能最重要的步骤。首先，设计数据处理的算法，如果是简单的控制可以跳过这一步。然后，设计程序的结构，得到流程图。最后进行程序的编写工作。
● 整个系统的设计与性能测定阶段
编制好的程序或焊接好的线路，不能按预计的那样正确工作是常有的事，这就需要查错和调试。查错和调试有时是很费时间的。
调试时，应将硬件和软件分成几部分，逐个部分调试，各部分都调试通过后再进行联调。调试完成后，应在实验室模拟现场条件，对所设计的硬件、软件进行性能测定。
● 文件编制阶段
文件不仅是设计工作的结果，而且是以后使用、维修以及进一步再设计的依据。因此，一定要精心编写，描述清楚，使数据及资料齐全。
文件应包括：任务描述；设计的指导思想及设计方案论证；性能测定及现场试用报告与说明；使用指南；软件资料（流程图、子程序使用说明、地址分配、程序清单）；硬件资料（电原理图、元件布置图及接线图、接插件引脚图、线路板图、注意事项）。
一个项目定下来后，经过详细调研、方案论证后，就进入正式研制阶段。从总体上来看，设计任务可以分为硬件设计和软件设计，这两者互相结合，不可分离。从时间上来看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要作一些修改。软件设计任务贯彻始终，到中后期基本上都是软件设计任务。
1.1.2 系统硬件设计
单片机应用系统的硬件设计包括3大部分内容：单片机系统的扩展部分设计、各功能模块的设计和工艺设计。
1．单片机系统的扩展部分设计
系统扩展设计包括存储器扩展和接口扩展。存储器的扩展指 EPROM、EEPROM 和RAM的扩展，接口扩展是指8255、8155、8279以及其他功能器件的扩展。它们都属于单片机系统扩展的内容。
2．各功能模块的设计
如信号测量功能模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通信功能模块等，根据系统功能要求配置相应的A/D、D/A、键盘、显示器、打印机等外围设备。
为使硬件设计尽可能合理，应重点考虑以下几点：
（1）尽可能采用功能强的芯片，以简化电路。
（2）留有余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改、扩展方便。
（3）ROM空间。目前EPROM容量越来越大，一般选用2764以上的EPROM，它们都是28脚，要升级很方便。
（4）RAM空间。8031内部RAM不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉得不足。这就要求系统配置外部RAM，如6264、62256等。
（5）I/O端口。在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题是不能单靠软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果硬件设计之初就多设计出一些I/O端口，这问题就会迎刃而解。
（6）A/D和D/A通道。和I/O端口同样的原因，留出一些A/D和D/A通道将来可能会解决大问题。
3．工艺设计
工艺设计包括机箱、面板、配线、接插件等。设计时必须考虑到安装、调试、维修的方便。另外，硬件抗干扰措施也必须在硬件设计时一并考虑进去。
1.1.3 系统软件设计
在进行应用系统的总体设计时，软件设计和硬件设计应综合考虑，同时进行。当系统的电路设计定型后，软件的任务也就明确了。
系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的。一般地讲，软件的功能可分为两大类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量、计算、显示、打印、输出控制等；另一类是监控软件，它专门用来协调各执行模 ............

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