單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基

第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程 7.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則與方法 7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 7.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試 7.5 MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與 調(diào)試實(shí)例 電話(huà)留言機(jī) 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程 通常 ， 開(kāi)發(fā)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)過(guò)程： 系統(tǒng)需求調(diào)查； 可行性分析； 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)； 系統(tǒng)建造； 系統(tǒng)調(diào)試； 系統(tǒng)方案局部修改 、 再調(diào)試； 生成正式產(chǎn)品 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 1. 系統(tǒng)需求調(diào)查 做好詳細(xì)的系統(tǒng)需求調(diào)查是對(duì)研制新系統(tǒng)準(zhǔn)確定 位的關(guān)鍵 。 當(dāng)你建造一個(gè)新的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí) ， 首 先要調(diào)查市場(chǎng)或用戶(hù)的需求 ， 了解用戶(hù)對(duì)未來(lái)新系統(tǒng) 的希望和要求 ， 通過(guò)對(duì)各種需求信息進(jìn)行分析綜合 ， 得出市場(chǎng)或用戶(hù)是否需要新系統(tǒng)的結(jié)論 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 其次 ， 應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)系統(tǒng)的狀況進(jìn)行調(diào)查 。 調(diào) 查的主要內(nèi)容包括： 原有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 、 功能以及存 在的問(wèn)題； 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)系統(tǒng)的最新發(fā)展情況以及與 新系統(tǒng)有關(guān)的各種技術(shù)資料； 同行業(yè)中哪些用戶(hù)已 經(jīng)采用了新的系統(tǒng) ， 它們的結(jié)構(gòu) 、 功能 、 使用情況以 及所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益 。 經(jīng)過(guò)需求調(diào)查 ， 整理出需求報(bào)告 ， 作為系統(tǒng)可行 性分析的主要依據(jù) 。 顯然 ， 需求報(bào)告的準(zhǔn)確性將左右 可行性分析的結(jié)果 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2.可行性分析 可行性分析將對(duì)新系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研制的必要性及可實(shí) 現(xiàn)性給出明確的結(jié)論 ， 根據(jù)這一結(jié)論決定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) 研制工作是否進(jìn)行下去 。 可行性分析通常從以下幾個(gè)方面進(jìn)行論證： 市 場(chǎng)或用戶(hù)需求； 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益； 技術(shù)支持 與開(kāi)發(fā)環(huán)境； 現(xiàn)在的競(jìng)爭(zhēng)力與未來(lái)的生命力 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 3. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ) ， 這項(xiàng)工作要十分 仔細(xì) ， 考慮周全 。 方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是市場(chǎng)或用戶(hù) 的需求 、 應(yīng)用環(huán)境狀況 、 關(guān)鍵技術(shù)支持 、 同類(lèi)系統(tǒng)經(jīng) 驗(yàn)借鑒及開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等 。 主要內(nèi)容包括： 系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)； 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 4. 系統(tǒng)建造 這一階段的工作是將前面產(chǎn)生的系統(tǒng)方案付諸實(shí) 施 ， 將硬件框圖轉(zhuǎn)化為具體電路 ， 軟件流程用程序加 以實(shí)現(xiàn) 。 設(shè)計(jì)硬件電路時(shí) ， 單片機(jī)的選用對(duì)電路結(jié)構(gòu) 及復(fù)雜度有較大影響 。 一個(gè)合適的單片機(jī)將會(huì)最大限 度地降低其外圍連接電路 ， 從而簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的硬件 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 5. 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的正確與可靠 ， 從中發(fā) 現(xiàn)組裝問(wèn)題或設(shè)計(jì)錯(cuò)誤 。 這里所指的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤 ， 是指 設(shè)計(jì)過(guò)程中所出現(xiàn)的小錯(cuò)誤或局部錯(cuò)誤 ， 決不允許出 現(xiàn)重大錯(cuò)誤 。 6.系統(tǒng)方案局部修改 、 再調(diào)試 對(duì)于系統(tǒng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題或錯(cuò)誤以及出現(xiàn)的不 可靠因素要提出有效的解決方法 ， 然后對(duì)原方案做局 部修改 ， 再進(jìn)入調(diào)試 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 7. 生成正式系統(tǒng) (或產(chǎn)品 ) 作為正式系統(tǒng) (或產(chǎn)品 )， 不僅要提供一個(gè)能正確可 靠運(yùn)行的系統(tǒng) (或產(chǎn)品 )， 而且還應(yīng)提供關(guān)于該系統(tǒng) (或 產(chǎn)品 )的全部文檔 。 這些文檔包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 、 硬件 電原理圖 、 軟件程序清單 、 軟 /硬件功能說(shuō)明 、 軟 /硬件 裝配說(shuō)明書(shū) 、 系統(tǒng)操作手冊(cè)等 。 在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí) ， 還要 考慮到產(chǎn)品的外觀(guān)設(shè)計(jì) 、 包裝 、 運(yùn)輸 、 促銷(xiāo) 、 售后服 務(wù)等商品化問(wèn)題 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 7.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 基本原則與方法 7.2.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則是： 可靠性高； 性能價(jià)格比高； 操作簡(jiǎn)便； 設(shè)計(jì)周期短 。 1.可靠性高 高可靠性是系統(tǒng)應(yīng)用的前提 ， 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè) 環(huán)節(jié) ， 都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 通常 ， 高可靠性可從以下 5個(gè)方面進(jìn)行考慮： (1)使用可靠性高的元器件； (2)嚴(yán)格安裝硬件設(shè)備及電路； (3)采取必要的抗干擾措施 ， 以防止環(huán)境干擾 (如空 間電磁輻射 、 強(qiáng)電設(shè)備啟停 、 酸堿環(huán)境腐蝕等 )、 信號(hào) 串?dāng)_ 、 電源或地線(xiàn)干擾等影響系統(tǒng)的可靠性； (4)請(qǐng)專(zhuān)家和有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 嚴(yán)格把關(guān)； (5)作必要的冗余設(shè)計(jì)或增加自診斷功能。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2. 性能價(jià)格比高 單片機(jī)除體積小 、 功耗低等特點(diǎn)外 ， 最大的優(yōu)勢(shì)在 于高性能價(jià)格比 。 3.操作簡(jiǎn)便 如果所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品人機(jī)交互過(guò)多 ， 必然會(huì)給用戶(hù)操 作帶來(lái)一定困難 ， 也不利于最大限度地降低勞動(dòng)強(qiáng)度 。 4.設(shè)計(jì)周期短 只有縮短設(shè)計(jì)周期 ， 才能有效地降低設(shè)計(jì)費(fèi)用 ， 充 分發(fā)揮新系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì) ， 及早占領(lǐng)市場(chǎng)并具有一定的 競(jìng)爭(zhēng)力 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 7.2.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法 在進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí) ， 可以下述一 般設(shè)計(jì)方法作為指導(dǎo) 。 1.確定系統(tǒng)功能與性能 由需求調(diào)查可以確定出單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目 標(biāo) ， 這一目標(biāo)包括系統(tǒng)功能與性能 。 系統(tǒng)功能主要有 數(shù)據(jù)采集 、 數(shù)據(jù)處理 、 輸出控制等 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2. 確定系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般是以單片機(jī)為核心外部 擴(kuò)展相關(guān)電路的形式 。 確定了系統(tǒng)中的單片機(jī) 、 存儲(chǔ) 器分配及輸入 /輸出方式就可大體確定出單片機(jī)應(yīng)用系 統(tǒng)的基本組成 。 1)單片機(jī) 在系統(tǒng)詳細(xì)方案設(shè)計(jì)時(shí) ， 先要確定單片機(jī)的型號(hào) 。 所選單片機(jī)的型號(hào)不同 ， 組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也就不同 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 選擇單片機(jī)的原則是： 有供貨渠道； 最適宜實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能與性能； 有開(kāi)發(fā)手段 。 以下列出較有影響的單片機(jī)型號(hào)及廠(chǎng)家 ， 供選型參考 。 8位機(jī) MCS-51系列 Intel(美國(guó)英特爾公司 ) SUPER8,Z8系列 Zilog(美國(guó) ) F8,3870系列 Fairchild(美國(guó)仙童公司 ) 68HC05,68HC11系列 Motorola(美國(guó)摩托羅拉公司 ) 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 6500/1系列 Rockwell(美國(guó)洛克威爾公司 ) TMS700系列 TI(美國(guó)得克薩斯儀器公司 ) NS8070系列 NS(美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司 ) CDP1800系列 RCA(美國(guó)無(wú)線(xiàn)電公司 ) MN6800系列 National(日本松下公司 ) COM87(PD7800)系列 NEC(日本電氣公司 ) HD6301， HD6305， HD63L05Hitachi(日本日立公司 ) AT89C系列 ATMEL公司 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 16位機(jī) 8096(8098)系列 Intel(美國(guó)英特爾公司 ) MK68200系列 Mostek(美國(guó)莫斯特公司 ) TMS-9900系列 TI公司 HPC1604系列 NS公司 PD78300系列 NEC公司 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2)存儲(chǔ)器分配 不同的單片機(jī)具有不同的存儲(chǔ)器組織 。 MCS-51單 片機(jī)的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間相互獨(dú)立 ， 工作 寄存器與內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共用一個(gè)存儲(chǔ)空間 ， I/O端口 則與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共用一個(gè)存儲(chǔ)空間 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 3) I/O方式 采用不同的輸入 /輸出方式 ， 對(duì)于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 的軟 、 硬件結(jié)構(gòu)有直接的影響 。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 ， 常用的 I/O方式主要有： 無(wú)條件傳送方式 (同步傳送方式 )； 查詢(xún)方式； 中斷方式 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 3.硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是圍繞著單片機(jī)做外部 功能擴(kuò)展而展開(kāi)的 ， 其結(jié)構(gòu)如圖 7 1所示 ， 它主要涉 及以下擴(kuò)展部分的設(shè)計(jì) 。 1)程序存儲(chǔ)器 若單片機(jī)內(nèi)無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)容量不夠時(shí) ， 需外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 。 外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器通常選用 EPROM或 E 2PROM。 EPROM集成度高 、 價(jià)格便宜 ， E 2PROM則編程容易 。 當(dāng)程序量較小時(shí) ， 使用 E 2PROM較方便；當(dāng)程序量較大時(shí) ， 采用 EPROM更經(jīng) 濟(jì) 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 圖 71 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件的一般結(jié)構(gòu) 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器利用 RAM構(gòu)成 。 大多數(shù)單片機(jī)都提供 了小容量的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) ， 只有當(dāng)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 不夠用時(shí)才擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 。 存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)原則 是：在存儲(chǔ)容量滿(mǎn)足的前提下 ， 盡可能減少存儲(chǔ)芯片 的數(shù)量 。 建議使用大容量的存儲(chǔ)芯片以減少存儲(chǔ)器芯 片數(shù)目 ， 但應(yīng)避免盲目地?cái)U(kuò)大存儲(chǔ)容量 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 3) I/O接口 由于外設(shè)多種多樣 ， 使得單片機(jī)與外設(shè)之間的接 口電路也各不相同 。 因此 ， I/O接口常常是單片機(jī)應(yīng)用 系統(tǒng)中設(shè)計(jì)最復(fù)雜也是最困難的部分之一 。 4)譯碼電路 當(dāng)需要外部擴(kuò)展電路時(shí) ， 就需要設(shè)計(jì)譯碼電路 。 譯碼電路要盡可能簡(jiǎn)單 ， 這就要求存儲(chǔ)器空間分配合 理 ， 譯碼方式選擇得當(dāng) 。 5)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器 如果單片機(jī)外部擴(kuò)展的器件較多 ， 負(fù)載過(guò)重 ， 就 要考慮設(shè)計(jì)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 6) 抗干擾電路 針對(duì)可能出現(xiàn)的各種干擾 ， 應(yīng)設(shè)計(jì)抗干擾電路 。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 ， 一個(gè)不可缺少的抗干擾電路就 是抗電源干擾電路 。 最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法是在系統(tǒng)弱電 部分 (以單片機(jī)為核心 )的電源入口處對(duì)地跨接 1個(gè)大電 容 (100f左右 )與 1個(gè)小電容 (01f左右 )， 在系統(tǒng)內(nèi)部各 芯片的電源端對(duì)地跨接 1個(gè)小電容 (001f0.1f)。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 4.軟件設(shè)計(jì) 軟件是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分 。 一 般計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件和用戶(hù)軟件 ， 而 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的軟件只有用戶(hù)軟件 ， 即應(yīng)用系統(tǒng)軟 件 。 軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定軟件應(yīng)完成的任務(wù)及選擇相 應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu) 。 1)任務(wù)確定 根據(jù)系統(tǒng)軟 、 硬件的功能分工 ， 確定出軟件應(yīng)完成什 么功能 。 作為實(shí)現(xiàn)控制功能的軟件應(yīng)明確控制對(duì)象 、 控 制信號(hào)及控制時(shí)序；作為實(shí)現(xiàn)處理功能的軟件應(yīng)明確輸 入是什么 、 要做什么樣的處理 (即處理算法 )、 產(chǎn)生何種輸 出 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2) 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)技術(shù)密切相關(guān) 。 程序設(shè) 計(jì)技術(shù)則提供了程序設(shè)計(jì)的基本方法 。 在單片機(jī)應(yīng)用 系統(tǒng)中 ， 最常用的程序設(shè)計(jì)方法是模塊程序設(shè)計(jì) 。 模 塊程序設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)清晰 、 功能明確 、 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便 、 程 序模塊可共享 、 便于功能擴(kuò)展及便于程序維護(hù)等特點(diǎn) 。 為了編制模塊程序 ， 先要將軟件功能劃分為若干子功 能模塊 ， 然后確定出各模塊的輸入 、 輸出及相互間的 聯(lián)系 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 圖 72 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件的一般結(jié)構(gòu) 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 7.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 1.單機(jī)結(jié)構(gòu) 單機(jī)結(jié)構(gòu)是指在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中只有 1個(gè)單片機(jī) 。 這種結(jié)構(gòu)是目前單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用最多的一種結(jié)構(gòu) ， 它適用于小規(guī)模的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 典型的單機(jī)結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖 7 1與圖 7 2。 前面所 敘述的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是針對(duì)單機(jī)結(jié)構(gòu)而 言的 。 單機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 、 系統(tǒng)緊湊 ， 對(duì)于小 規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng)具有最佳的性能 /價(jià)格比 。 但在大規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng)中 ， 由于單機(jī)結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn) 多任務(wù)處理及高速度運(yùn)行 ， 因而無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)功能與 性能的要求 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2. 多機(jī)結(jié)構(gòu) 多機(jī)結(jié)構(gòu)是指在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中有多個(gè)單片機(jī) 同時(shí)工作 。 這種結(jié)構(gòu)是面向大規(guī)模單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的 。 由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同 ， 多機(jī)結(jié)構(gòu)又分為多級(jí)多機(jī)分散控 制結(jié)構(gòu)與局部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ， 其中多級(jí)多機(jī)分散控制結(jié)構(gòu) 在目前應(yīng)用較為廣泛 。 多級(jí)多機(jī)分散控制結(jié)構(gòu)的典型代表是兩級(jí)多機(jī)分 散控制系統(tǒng) 。 它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 7 3所示 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 圖 7 3 兩級(jí)多機(jī)分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 圖 74 多端口共享存儲(chǔ)器互連結(jié)構(gòu) 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 多端口存儲(chǔ)器互連結(jié)構(gòu)如圖 7 4所示 。 主機(jī)系統(tǒng)與 單片機(jī)系統(tǒng)都可以對(duì)共享存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)操作 ， 這樣 ， 主機(jī)系統(tǒng)的信息與單片機(jī)系統(tǒng)的信息可以通過(guò)共享存儲(chǔ) 器加以交換 ， 實(shí)現(xiàn)其通信目的 。 為了防止數(shù)據(jù)沖突 ， 對(duì) 共享存儲(chǔ)器應(yīng)作如下處理： 給共享存儲(chǔ)器每個(gè)端口規(guī)定不同的優(yōu)先級(jí) ， 防止 數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng) 。 對(duì)共享存儲(chǔ)器進(jìn)行分區(qū) ， 使得每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)與 主機(jī)系統(tǒng)間交換的數(shù)據(jù)僅在它們擁有的固定存儲(chǔ)區(qū)上存 儲(chǔ) ， 防止數(shù)據(jù)串?dāng)_ 。 多端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以大 大加快系統(tǒng)間的通信速度 ， 不足之處是多于兩個(gè)端口的 存儲(chǔ)器芯片目前尚屬少見(jiàn) ， 這給設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的難度 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 7.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié) 。 當(dāng) 完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件 、 軟件設(shè)計(jì)和硬件組裝 后 ， 便可進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試階段 。 系統(tǒng)調(diào)試的 目的是要查出用戶(hù)系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)中存在 的錯(cuò)誤及可能出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)問(wèn)題 ， 以便修改設(shè)計(jì) ， 最 終使用戶(hù)系統(tǒng)能正確可靠地工作 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 最好能在方案設(shè)計(jì)階段就考慮系統(tǒng)調(diào)試問(wèn)題 ， 如 采取什么調(diào)試方法 、 使用何種調(diào)試儀器等 ， 以便在系 統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)將必要的調(diào)試方法綜合進(jìn)軟 、 硬件設(shè)計(jì) 中 ， 或提早做好調(diào)試準(zhǔn)備工作 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 圖 75 系統(tǒng)調(diào)試的一般過(guò)程 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 7.4.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試工具 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試中 ， 最常用的調(diào)試工具有 以下幾種 。 1.單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng) (又稱(chēng)仿真器 )的主要作用是： 系 統(tǒng)硬件電路的診斷與檢查； 程序的輸入與修改； 硬件電路 、 程序的運(yùn)行與調(diào)試； 程序在 EPROM中的 固化 。 由于單片機(jī)本身不具有調(diào)試及輸入程序的能力 ， 因此單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)成為開(kāi)發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不可缺 少的工具 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2 萬(wàn)用表 萬(wàn)用表主要用于測(cè)量硬件電路的通斷 、 兩點(diǎn)間阻 值 、 測(cè)試點(diǎn)處穩(wěn)定電流或電壓值及其他靜態(tài)工作狀態(tài) 。 例如 ， 當(dāng)給某個(gè)集成芯片的輸入端施加穩(wěn)定輸入時(shí) ， 可用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試其輸出 ， 通過(guò)測(cè)試值與預(yù)期值的比 較 ， 就可大致判定該芯片的工作是否正常 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 3.邏輯筆 邏輯筆可以測(cè)試數(shù)字電路中測(cè)試點(diǎn)的電平狀態(tài) (高 或低 )及脈沖信號(hào)的有無(wú) 。 假如要檢測(cè)單片機(jī)擴(kuò)展總線(xiàn) 上連接的某譯碼器是否有譯碼信號(hào)輸出 ， 可編寫(xiě)一循 環(huán)程序使譯碼器對(duì)一特定譯碼狀態(tài)不斷進(jìn)行譯碼 。 4.邏輯脈沖發(fā)生器與模擬信號(hào)發(fā)生器 邏輯脈沖發(fā)生器能夠產(chǎn)生不同寬度 、 幅度及頻率 的脈沖信號(hào) ， 它可作為數(shù)字電路的輸入源 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 5.示波器 示波器可以測(cè)量電平 、 模擬信號(hào)波形及頻率 ， 還 可以同時(shí)觀(guān)察兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)的波形及它們之間的相 位差 (雙蹤或多蹤示波器 )。 它既可以對(duì)靜態(tài)信號(hào)進(jìn)行測(cè) 試 ， 也可以對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試 ， 而且測(cè)試準(zhǔn)確性好 。 它是任何電子系統(tǒng)調(diào)試維修的一種必備工具 。 6. 邏輯分析儀 邏輯分析儀能夠以單通道或多通道實(shí)時(shí)獲取與觸 發(fā)事件相關(guān)的邏輯信號(hào) ， 可保存顯示觸發(fā)事件前后所 獲取的信號(hào) ， 供操作者隨時(shí)觀(guān)察 ， 并作為軟 、 硬件分 析的依據(jù) ， 以便快速有效地查出軟 、 硬件中的錯(cuò)誤 。 邏輯分析儀主要用于動(dòng)態(tài)調(diào)試中信號(hào)的捕獲 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 7.4.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般調(diào)試方法 1.硬件調(diào)試 硬件調(diào)試是利用開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 、 基本測(cè)試儀器 (萬(wàn)用表 、 示波器等 )， 通過(guò)執(zhí)行開(kāi)發(fā)系統(tǒng)有關(guān)命令或運(yùn)行適當(dāng)?shù)?測(cè)試程序 (也可以是與硬件有關(guān)的部分用戶(hù)程序段 )， 檢 查用戶(hù)系統(tǒng)硬件中存在的故障 。 硬件調(diào)試可分靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行 。 1)靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶(hù)系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢查。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2) 動(dòng)態(tài)調(diào)試 動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶(hù)系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除 用戶(hù)系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障 、 器件間連接邏 輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查 。 由于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬 件動(dòng)態(tài)調(diào)試是在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的支持下完成的 ， 故又稱(chēng)為 聯(lián)機(jī)仿真或聯(lián)機(jī)調(diào)試 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2. 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是通過(guò)對(duì)用戶(hù)程序的匯編 、 連接 、 執(zhí)行 來(lái)發(fā)現(xiàn)程序中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除 糾正的過(guò)程 。 軟件調(diào)試的一般方法是先獨(dú)立后聯(lián)機(jī) 、 先分塊后組合 、 先單步后連續(xù) 。 1) 先獨(dú)立后聯(lián)機(jī) 2) 先分塊后組合 3) 先單步后連續(xù) 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 3. 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是指讓用戶(hù)系統(tǒng)的軟件在其硬件上實(shí)際運(yùn) 行 ， 進(jìn)行軟 、 硬件聯(lián)合調(diào)試 ， 從中發(fā)現(xiàn)硬件故障或軟 、 硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤 。 這是對(duì)用戶(hù)系統(tǒng)檢驗(yàn)的重要一關(guān) 。 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)主要解決以下問(wèn)題： (1)軟 、 硬件能否按預(yù)定要求配合工作 ， 如果不能 ， 那么問(wèn)題出在哪里 ?如何解決 ? (2)系統(tǒng)運(yùn)行中是否有潛在的設(shè)計(jì)時(shí)難以預(yù)料的錯(cuò) 誤 ， 如硬件延時(shí)過(guò)長(zhǎng)造成工作時(shí)序不符合要求 、 布線(xiàn) 不合理造成有信號(hào)串?dāng)_等 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) (3)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) (包括精度 、 速度參數(shù) )是否 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求 。 4. 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 一般情況下 ， 通過(guò)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后 ， 用戶(hù)系統(tǒng)就可以按 照設(shè)計(jì)目標(biāo)正常工作了 。 但在某些情況下 ， 由于用戶(hù)系 統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境較為復(fù)雜 (如環(huán)境干擾較為嚴(yán)重 、 工作現(xiàn)場(chǎng) 有腐蝕性氣體等 )， 在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工作之前 ， 環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的 影響無(wú)法預(yù)料 ， 只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 ， 找 出相應(yīng)的解決辦法；或者雖然已經(jīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到 抗環(huán)境干擾的對(duì)策 ， 但是否行之有效 ， 還必須通過(guò)用戶(hù) 系統(tǒng)在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行來(lái)加以驗(yàn)證 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 7.5 MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與 調(diào)試實(shí)例 電話(huà)留言機(jī) 1.可行性分析 從當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)電話(huà)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看 ， 電話(huà)留言機(jī) 在市場(chǎng)上品種很少 ， 進(jìn)口的電話(huà)留言機(jī)價(jià)格較貴 ， 不 能被一般電話(huà)用戶(hù)接受 ， 而國(guó)內(nèi)對(duì)電話(huà)留言機(jī)已有較 大的需求 ， 因此 ， 研制電話(huà)留言機(jī)勢(shì)在必行 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 2.系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為了提出正確的設(shè)計(jì)方案 ， 首先要對(duì)電話(huà)機(jī)內(nèi)部電 路作詳細(xì)的分析 ， 找出單片機(jī)系統(tǒng)與電話(huà)機(jī)的連接接 口 ， 為整個(gè)方案制訂打下良好的基礎(chǔ) 。 在選擇單片機(jī) 時(shí) ， 首選 8031的理由是： (1) 價(jià)格便宜 ， 有開(kāi)發(fā)環(huán)境； (2)采用語(yǔ)音芯片 T6668后 ， 語(yǔ)音處理功能全部由 T6668完成 ， 系統(tǒng)控制功能簡(jiǎn)單； (3)不需要單片機(jī)提供大量的程序 、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) ， 也不需要單片機(jī)提供特殊功能服務(wù) 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 語(yǔ)音芯片采用 T6668的理由是： (1)價(jià)格便宜 ， 操作簡(jiǎn)單； (2)有很強(qiáng)的語(yǔ)音采集 、 壓縮 、 存儲(chǔ) 、 回放功能 ， 且所有功能由硬件自動(dòng)完成 ， 簡(jiǎn)化了語(yǔ)音的繁瑣處理； (3)能保證良好的語(yǔ)音質(zhì)量 。 如果在方案論證過(guò)程中能掌握電話(huà)留言機(jī)的三大 核心：電話(huà) 、 單片機(jī) 、 語(yǔ)音處理芯片 ， 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)也 就不成問(wèn)題 。 系統(tǒng)的硬件框圖見(jiàn)圖 7 6。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 圖 7 6 電話(huà)留言機(jī)硬件框圖 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 3.系統(tǒng)調(diào)試 因?yàn)殡娫?huà)留言機(jī)采用 8031作為控制核心 ， 所以調(diào)試 工作可以在 SICE開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上進(jìn)行 。 首先進(jìn)行硬件調(diào)試 。 硬件調(diào)試一般包括對(duì)擴(kuò)展數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 (RAM)、 程序存儲(chǔ)器 (ROM)、 I/O口與 I/O設(shè)備 、 譯碼電路 、 晶振與復(fù)位電路等的測(cè)試 。 RAM測(cè)試常采 用寫(xiě)入讀出加比較的方法檢測(cè)； ROM測(cè)試常采用累加 和的方法檢測(cè)； I/O測(cè)試通過(guò)觀(guān)測(cè)輸入與輸出數(shù)據(jù)來(lái)完 成；譯碼器通過(guò)運(yùn)行循環(huán)檢測(cè)程序來(lái)檢驗(yàn)；觀(guān)察晶振 、 復(fù)位電路能否產(chǎn)生所需信號(hào)以確定其工作是否正常 。 第 7章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 圖 77 電話(huà)留言機(jī)軟件流程圖