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《单片机原理及应用》综合实验(课程设计)指导书
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(使用专业:电气工程及其自动化)
第一部分概述
系统设计的一般原则
微型计算机控制系统设计时,一般应做以下考虑:
(1)确定设计任务,对设计方案进行调研,包括查阅资料、分析研究、确定系统的技术指标。
(2)系统方案设计,包括芯片的选择、综合考虑软件硬件的分工与分配。
(3)系统的软件硬件设计。
(4)系统调试。
软硬件设计的内容
1 单片机硬件设计包含以下内容:
(1)存储器扩展:程序存储器和数据存储器的扩展;
(2)接口扩展:并行I/O口扩展,串行I/O口扩展,模拟量接口扩展;
(3)定时器/计数器的扩展;
(4)中断源的扩展;
另外,在单片机外部电路接口较多时,必须考虑其驱动能力(P2,P0),因为驱动能力不足,会影响系统工作的可靠性。
2 硬件测试
单片机硬件原理设计(方案)完成后,即可进行电路板的设计制作,安装元器件后,编制简单的测试程序,借助单片机仿真开发装置,对硬件进行必要的测试,检查硬件是否能正常工作。通常通过测试程序检查地址线(片选线、选通线)、控制线(读写控制、输入输出控制、时钟信号等)、数据总线(通过测试程序发送特定的数据,如AA、55,检查地址线顺序是否连接正确)、外围芯片等是否正常。
3 软件设计和调试
单片机系统的软件是根据系统功能要求设计的,详细分析系统要求,可靠地实现各种功能。系统的软件设计和硬件设计可以同时进行。
在软件调试过程中,对照设计要求,在单片机仿真开发装置上对软件的各个部分进行调试修改。
4 系统调试
检验软硬件设计的正确性,有时需重复几次,直至满足设计要求。
第二部分参考方案介绍
通用控制器单片机系统部分的方案
设计内容介绍及实现方案
设计要求
微控制器:MCS-51系列Intel8031、ATMEL89C51/89C52
程序设计容量不大于8K,预留外部数据存储器空间2K;16点输入(两个字节),16点输出(两个字节),8个模拟量输入通道,1个模拟量输出通道,定时/计数器不少于2个,可提供2个以上的外部中断源接口。
参考资料:《集成电路手册》查阅相关芯片的管脚定义和芯片功能
设计方案
根据设计要求,可选以下主要外围芯片:
1)程序设计容量不大于8K: 可选一片2764,27128,27256,27512,或者2片2732,4片2716;
2)外部数据存储器空间2K: 可选一片6116,6264;
3)8个模拟量输入通道: 可选一片ADC0809;
4)1个模拟量输出通道: 可选一片ADC0832;
5)16点输入(开关量): 可选一片8155,或者2片74LS244;
6)16点输出(开关量): 可选一片8155,或者2片74LS273;
7)由于单片机内部具有2个定时/计数器2个,可提供2个的外部中断源,这一部分可以不用扩展;若采用8155实现I/O口扩展,还可提供2个14位定时/计数器。
在分配芯片地址时,可用线选法和译码器译码法,由于系统中外围芯片较多,最好采用译码器译码法,译码器可采用74LS138,74LS139,74LS154。
另外,在设计时,必须考虑地址总线和数据总线的驱动能力(P2,P0),必要时,要加接总线驱动器,P0加接双向总线驱动器74LS245,P2加接单向总线驱动器74LS244。
设计方案
A、参考方案一(图1)
采用74LS244/245及74LS273构造输入输出口,模拟量输入输出采用ADC0809、ADC0832,设计适当的存储器(程序存储器、数据存储器)。
单片机
晶振
复位
8
8
x
P2
P0
ALE
74LS373
EPR0M
RAM
PSEN
RST
RD
WR
y
译码器
产生RAM、273、244、0809、
0832的片选信号(x+y=8)
74LS244
74LS244
74LS273
74LS273
0809
0832
片选1
+
片选2
+
电平转换
电平转换
输入设备:如:开关、按钮、限位开关
片选0
片选3
+
片选4
+
驱动电路
驱动电路
输出设备:继电器、接触器、电磁铁等
片选5
逻辑电路
START、OE,ALE
A0,A1,A2
IN0-IN7
EOC接中断
变送器或转换电路
传感器
片选6
转换电路
执行器
图1 参考方案一
B、参考方案二(图2)
采用8155构造输入输出口,模拟量输入输出采用ADC0809、ADC0832,设计适当的存储器(程序存储器、数据存储器)。
参考资料:
《