单片机应用系统设计重点章节

‘壹’ 单片机应用系统设计的介绍

《单片机应用系统设计（附盘）》介绍了半导体温度传感器、转速测定及数据显示系统、汽车前轮转向角的简易测量系统、用光电池阵列定位光源、应用电阻应变片设计电子称、数字温度传感器；步进电机控制、温箱温度控制、考勤机系统、贪食蛇游戏；视频切换卡、光纤收发器、网络交换机、VDSL网络设备的局端和用户端、移动通信系统的监控单元等设计过程。

‘贰’ 单片机原理及应用的内容简介

本书详细地介绍了MCS-51单片机的硬件结构、指令系统，从应用的角度介绍了汇编语言程序设计与各种硬件接口设计、各种常用的数据运算和处理程序、接口驱动程序以及MCS-51单片机应用系统的设计，并对MCS-51单片机应用系统设计中的抗干扰技术以及各种新器件也作了详细的介绍。本书突出了选取内容的实用性、典型性。书中的应用实例，大多来自科研工作及教学实践，且经过检验，内容丰富、详实。
本书可作为工科院校的专科生、本科生、研究生单片机课程的教材以及毕业设计工作的参考书，也可供从事自动控制、智能仪器仪表、电力电子、机电一体化以及各类MCS-51单片机应用的工程技术人员参考。

‘叁’ 单片机应用系统设计有哪些方面，最好有些例子啦

仪器仪表如万用表
家电如洗衣机，空调，电视遥控器
智能设备比如MP3，MP4
车载电子设备--如导航仪，引擎点火设备
运动控制设备如电动车调速设备

‘肆’ 一般来说单片机开发系统应具备哪些功能

单片机应用系统的开发大体可分为三个阶段

1)确定任务，完成总体设计
(1)确定设计任务和系统功能指标，编写设计任务书
在单片机应用系统开发的前期阶段，首先必须认真细致地调查研究，深入了解用户各个方面的技术要求，了解国内外相似课题的技术水平，进行系统分析，摸清软件、硬件设计的技术难点等。然后确定课题所要完成的任务和应具备的功能，以及要达到的技术指标。综合考虑各种因素提出设计的初步方案，编写设计任务书。
设计任务书不但要明确系统设计任务，还要对系统规模做出规定，如主机机型、分机机型、配备哪些外围设备等，这是硬件设计、成本的依据。同时还应详尽说明系统的指标参数，操作规范，这是软件设计的基础。
(2)总体设计
拟定总体设计方案一般要通过认真调研、论证，最后定稿，以避免方案上的疏忽造成软件、硬件设计产生较大的返工，延误项目开发进程一总体方案的关键性计算难点，应设专题深入讨论，如传感器的选择。传感器常常是测试系统中的关键环节，一个设计合理的测控系统，往往会因传感器精度、非线性、温漂等指标限制，造成系统达不到指标要求。
总体设计要选择确定系统硬件的类型和数量，绘出系统硬件的总框图。其中主机电路是系统硬件的核心，耍依据系统功能的复杂程度、性能指标、精度要求，选定一种性能价格比合适的单片机型号，同时根据需要选定外围扩展芯片、人机接口电路及配置外部设备。
输入/输出通道是系统硬件的重要组成部分，总体设计要根据信号参数、功能指标要求合理选择通道数量、通道的结构、抗干扰措施、驱动能力等，确定输入/输出通道所需的硬件类型和数量。硬件电路各种类型的选择，一般都要进行综合比较，这些比较和选择必须是在局部试验的基础之上完成的。
总体设计还应完成软件设计任务分析，绘出系统软件的总框图。设计人员还应反复权衡哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，对软件、硬件比例做出合理安排。
总体设计一旦确定，系统的大致规模、软件的基本框架就确定了。然后就可将系统设计任务按功能模块分解成若干课题，拟定出详细的工作计划，使后面的软件、硬件设计同时并行展开。

2)硬件、软件设计与调试 U209B
(1)硬件设计
总体设计之后，就进入正式研制阶段。为使硬件设计尽可能合理，应注意下列原则。
①尽可能选择典型电路，采用硬件移植技术，力求硬件标准化、模块化。
②尽可能选择功能强的新型芯片取代若干普通芯片，以简化硬件电路，同时随着新型芯片价格不断降低，硬件系统成本也可能育所下降。
③系统扩展与配置应充分满足应用系统的功能要求，并留有余地，以备将来系统维护及更新换代。
④尽可能以软代硬。软、硬件具有可换性，硬件多了不但会增加成本，而且使系统出现故障的概率增加。以软代硬的实质是以时间代空间，可见这种代替是以降低系统的实时性为代价的。同此，考虑以软代硬的原则，应以不影响系统的性能为前提。
⑤可靠性及抗干扰设计。为确保系统长期可靠运行，硬件设计必须采取相应的可靠性及抗干扰措施，包括芯片、器件选择，去耦滤波，合理布线，通道隔离等。
⑥必须考虑驱动能力。单片机各I/O端口的负载能力有限，外部扩展应不超过其总负载能力的70%，如果扩展芯片较多，可能造成负载过重，系统工作不可靠。此时，应考虑设置线路驱动器。
⑦监测电路的设计。系统运行中出现故障，应能及时报警，这就要求系统具有自诊断功能，必须为系统设计有关监测电路。
⑧结构工艺设计。结构工艺设计是单片机应用系统设计的重要内容，可以单独列为硬件设计、软件设计之外的第三项设计内容，这里把它放在硬件设计中来研究。结构工艺设计包括系统设备的造型、壳体结构、外形尺寸、面板布局、模块固定连接方式、印制电路板、配线和插接件等。要求尽量做到标准化、规范化、模块化。一般以单片机为核心的产品，其单片机系统都足内装式、嵌入式，与设备本身有机地融为一体，这类产品都要求结构紧凑、美观大方，人机界面友好，便于操作、安装、调试及维修。
为提高硬件设计质量，加快研制速度，通常在设计印制电路板时，考虑开辟一小片机动布线区。在机动布线区中，可以插入若干片集成电路插座，并有金属化孔，但无布线。当样机研制中发现硬件电路有明显不足需要增加若干元器件时，可在机动布线区中临时拉线来完成，从而避免大返工。
(2)软件设计
单片机应用系统的设计以软件设计为重点，软件设计的工作量比较大。首先将软件总框图中的各功能模块具体化，逐级画出详细框图，作为软件设计的依据。
编程可采用汇编语言或各种高级语言。对于规模不大的软件多采用汇编语言编写，而对于较复杂的软件，且运算任务较重时，可考虑采用高级语言编程。C51、C96交叉编译软件是近年来较为流行的一种软件开发工具，它采用c语言编写源程序。
软件设计应当尽可能采用结构化设计和模块化编程的方法，这有利于查错、调试和增删程序。为提高可靠性，应实施软件抗干扰措施，编程必须进行优化，仔细推敲，合理安排，利用各种程序设计技巧，设计出结构清晰，便于调试和移植，占内存空间小，执行时间短的应用程序。
(3)碗件、软件调试
单片机应用系统硬件、软件研制与调试，由于单片机系统本身不具备自开发能力，所以必须借助于开发工具——单片机开发系统。通过它可方便地进行编程、汇编、调试、运行、仿真等操作。
单片机开发系统性能的优劣直接影响应用系统的设计水平和研制的工作效率。目前使用较多的是“通用型开发系统”，由通用微机系统、在线仿真器、EPROM及EEPROM读/写器等部分组成，如图5.3所示。另外，还有“简易型开发系统”、“软件模拟开发系统”、“专用开发系统”等。

硬件调试分以下两步进行。
①硬件电路检查。硬件电路检查在单片机开发系统之外进行，可用万用表、逻辑笔等常规工具，检查电路制作是否正确无误，要核对元器件规格、型号，检查芯片间连线是否正确，是否有短路、虚焊等故障，对电源系统更应仔细检查以防电源短路，极性错误。
②硬件诊断调试。硬件诊断调试在单片机开发系统上进行，用单片机开发系统的仿真头代替应用系统的单片机，再编制一些调试程序，即可迅速排除故障完成硬件的诊断调试。
硬件电路运行是否正常，还可通过测定一些重要的波形来确定。例如，可检查单片机及扩展器件的几个控制信号的波形与硬件手册所规定的指标是否相符，断定其工作正常与否。

3)系统总调、性能测定
系统样机装配好之后，还必须进行联机总调，排除应用系统样机中的软件、硬件故障。在总调阶段还毖须进行系统性能指标测试，以确定是否满足设计要求，写出性能测试报告。系统样机联机总调、测试工作正常之后便可投入现场试用。
最后一项重要工作是编制设计文件，这不仅是单片机应用系统开发工作的总结，而且是系统使用、维修、更新的重要技术资料文件。设计文件内容应包括：设计任务和功能描述；设计方案论证；性能测试和现场使用报告；使用操作说明；硬件资料：硬件逻辑图、电路原理图、元件布置和接线图、接插件引脚图和印制电路板图等；软件资料：软件框图和说明，标号和子程序名称清单，参量定义清单，存储单元和输入/输出口地址分配表以及程序清单。
随着技术的进步，单片机应用系统开发可采用在系统可编程技术，即采用JTAG接口完成系统软件设计和调试，仅仅需要一根下载线和一台通用PC及相关软件。

‘伍’ 51单片机典型系统开发实例精讲的内容简介

本书通过大量系统实例精讲形式，介绍了51单片机应用系统开发的流程与方法。全书包括11章，首先讲述51系列的硬件结构、指令系统、开发过程中的常用单元、Keil 8051 C 编译器、51系统设计流程，引导读者进行基础知识学习。然后安排了7个典型实用的51单片机系统设计实例，具体为实时日历时钟系统、网络监控与采集系统、工厂环境监测系统、电热水器控制系统、无线智能抄表系统、汽车行驶状态记录仪系统、智能嵌入式网关设计等，读者通过学习，可以快速提高设计能力，步入高级工程师的行列。
本书语言简洁，层次清晰，内容从零开始、循序渐进。不但详细讲述了硬件系统设计及软件调试方法与流程，而且提供了综合系统设计思路，对实例的所有程序代码做了详细注释，利于读者理解和巩固知识点。配套光盘包含了本书所有实例的硬件原理图和软件代码，方便读者学习。本书适合计算机、自动化、电子及相关专业的大中专院校学生，以及从事51单片机设计应用的工程师、科研人员使用。

‘陆’ 请简述单片机系统的设计过程是怎样的

单片机应用系统设计分为硬件设计与软件设计两部分及系统调试三个部分，大致过程如下：一、硬件电路设计1、根据任务需求规划确定单片机类型及外围接口电路方案；2、根据方案设计具体电路。二、软件设计1、根据目标任务的功能需求，结合硬件电路控制方式，规划设计软件功能模块；2、将功能模块细化成流程图；3、根据流程图编写程序代码；4、将编译后的目标代码下载到实物单片机或虚拟单片机进行软件仿真调试；三、系统调试1、将初调成功的目标的代码下载到单片机目标试验板进行软硬件联调及功能验证；2、验证成功符合设计要求，就可以进入小批量测试了。

‘柒’ 单片机开发与典型工程项目实例详解的目 录

1.1 单片机的应用和特点 1
1.1.1 单片机的应用 1
1.1.2 主流单片机的种类及特点 3
1.2 MCS-51系列单片机的内部结构 7
1.3 MCS-51单片机的引脚功能与时序 9
1.3.1 MCS-51系列单片机引脚说明 10
1.3.2 MCS-51单片机的时序 16
1.4 MCS-51单片机的存储器组织 17
1.4.1 程序存储器 18
1.4.2 数据存储器 19
1.4.3 特殊功能寄存器 21
1.5 单片机最小系统 24
1.5.1 单片机最小系统 24
1.5.2 彩灯控制器的设计 25
1.5.3 顺序控制器的设计 27
1.6 本章小结 29 2.1 单片机C语言宏配置介绍 30
2.1.1 处理器的配置 30
2.1.2 ID区域 31
2.1.3 EEPROM数据 31
2.2 单片机数据结构 31
2.2.1 类型限定词 32
2.2.2 常数 33
2.2.3 变量 34
2.2.4 构造数据类型 38
2.2.5 函数 46
2.2.6 中断 49
2.2.7 C语言和汇编语言的嵌套使用 53
2.2.8 伪指令 54
2.3 MPLAB IDE编译器简介 57
2.3.1 MPLAB工程管理器（MPLAB Project Manager） 57
2.3.2 MPLAB文本编辑器（MPLAB Editor） 57
2.3.3 MPLAB软件仿真器（MPLAB-SIM Simulator） 58
2.3.4 MPLAB在线仿真器（MPLAB-ICE Simulator） 58
2.4 MPLAB IDE的安装和使用 58
2.4.1 MPLAB IDE的安装要求 58
2.4.2 MPLAB IDE的使用 59
2.4.3 实例应用 59
2.4.4 MPLAB IDE中的工程 62
2.4.5 MPLAB IDE工程的编译 65
2.4.6 MPLAB IDE的软件仿真 66
2.5 MCC18基础 68
2.5.1 MCC18的安装目录浏览 68
2.5.2 MCC18的语言执行流程 70
2.5.3 MCC18举例 70
2.5.4 MCC18的编译环境 72
2.5.5 MCC18和单片机的比较 73
2.6 单片机的混合开发 74
2.6.1 C51和汇编语言的性能比较 74
2.6.2 C51和汇编语言的混合编程 74
2.7 本章小结 79 3.1 单片机应用系统设计的流程 80
3.2 单片机应用系统两设计原则 82
3.2.1 硬件系统设计原则 82
3.2.2 应用软件设计原则 83
3.3 单片机的选型 83
3.3.1 单片机选型的原则 83
3.3.2 单片机选型参考 85
3.3.3 开发工具的选择 86
3.4 系统常见故障与调试 87
3.5 本章小结 88 4.1 数字滤波算法 89
4.1.1 算术平均值滤波 90
4.1.2 滑动平均值滤波 92
4.1.3 防脉冲干扰平均值滤波 93
4.1.4 中值滤波 95
4.1.5 一阶滞后滤波 96
4.2 数字PID控制算法 97
4.2.1 位置式PID控制算法 98
4.2.2 增量式PID控制算法 100
4.2.3 积分分离的PID控制算法 102
4.2.4 变速积分PID控制算法 103
4.3 本章小结 104 5.1 键盘设计的组成和分类 105
5.1.1 键盘的物理结构 106
5.1.2 键盘的组成形式 106
5.2 键盘接口的工作过程和工作方式 111
5.2.1 键盘的抖动干扰和消除方法 111
5.2.2 盘接口的工作过程 112
5.2.3 键盘的工作方式 112
5.3 键位置的判别方法 113
5.4 键盘接口设计的储存芯片和
5.4 相关协议 114
5.4.1 键盘接口设计的储存芯片 114
5.4.2 AT24CXX系列的芯片及I2C协议 114
5.4.3 A93CXX系列的芯片及SPI协议 124
5.5 键盘接口实现的工程实例 132
5.5.1 矩阵键盘接口的工程实例 132
5.5.2 矩阵式中断扫描键盘的设计 137
5.5.3 二进制编码键盘接口的工程实例 139
5.6 重点与难点 141 6.1 交通灯顺序控制 143
6.1.1 硬件系统的设计 143
6.1.2 反向器74F06 145
6.1.3 控制字 145
6.1.4 程序设计 145
6.2 设计一种基于模糊理论的单片机控制交通路口调度系统 148
6.2.1 系统的总体设计 148
6.2.2 十字路口调度系统模糊控制器的设计 149
6.2.3 电路设计 151
6.2.4 车流量检测电路 154
6.2.5 系统主程序和模糊控制程序设计 155
6.2.6 系统显示程序设计 157
6.3 重点与难点 159 7.1 显示屏显示原理及串行通信基本概念 161
7.1.1 显示屏显示原理 161
7.1.2 串行通信 163
7.1.3 阵列式LED显示屏的实现 166
7.2 显示屏硬件电路设计 166
7.2.1 硬件电路介绍 168
7.2.2 外扩数据存储器电路 170
7.3 列式LED显示屏显示程序的171
7.3.1 汉字点阵数据的提取 171
7.3.2 显示主程序 174
7.3.3 串口中断处理程序 176
7.3.4 显示驱动函数 179
7.3.5 外部存储器读写程序 181
7.3.6 串口通信程序 181
7.3.7 文字显示特效程序 182
7.4 本章小结 191 8.1 IC卡基础 192
8.1.1 IC卡的分类 192
8.1.2 IC卡的标准 194
8.2 接触型IC卡读写系统的开发 194
8.2.1 IC卡读写系统的时序 195
8.2.2 IC卡读写系统的硬件连196
8.2.3 IC卡读写系统的软件系统 197
8.3 基于SLE4442加密卡读写系统的开发 201
8.3.1 SLE4442卡的介绍 201
8.3.2 SLE4442的模式 203
8.3.3 SLE4442的操作命令 205
8.3.4 SLE4442读/写系统的软硬件设计 208
8.4 重点与难点 215 9.1 无刷直流电机控制原理 216
9.1.1 无刷直流电机的组成 217
9.1.2 无刷直流电机的工作原理 217
9.1.3 无刷直流电机的控制方法 219
9.2 无刷直流电机的工作特性 220
9.3 直流无刷电机控制的应用实现 221
9.3.1 总体设计概述 221
9.3.2 直流无刷电机控制的硬件设计 222
9.3.3 直流无刷电机控制的软件设计 224
9.3.4 无刷直流电机速度闭环控制系统 227
9.4 本章小结 230 10.1 永磁同步电机的结构与分类 231
10.2 永磁同步电机的矢量控制 232
10.3 永磁同步电机控制 236
10.3.1 控制电路设计 237
10.3.2 光电隔离电路设计 238
10.3.3 功率电路设计 239
10.4 永磁同步电机控制的软件实现 239
10.4.1 电压SVPVM的DSPIC33f软件实现 241
10.4.2 转子位置检测 243
10.4.3 AD转换模块 245
10.5 本章小结 246 11.1 汽车行驶记录仪功能介绍 247
11.2 简易汽车行驶记录仪的设计 249
11.2.1 汽车行驶记录仪的考虑因素 250
11.2.1 MSP430 251
11.2.2 车模拟信号的采集 254
11.2.4 数字信号采集电路 255
11.2.5 SST39VF160芯片介绍 257
11.3 记录仪的软件设计 257
11.3.1 软件流程图 258
11.3.2 数据存储格式 259
11.3.3 SST39VF160存储器数据读写的实现 259
11.4 数据采集的程序实现 263
11.5 本章小结 264 12.1 USB-GPIB控制器简介 265
12.1.1 认识USB 266
12.1.2 GPIB 269
12.2 USB-GPIB控制器的硬件电路设计 271
12.2.1 器件的选择 272
12.2.2 USB-GPIB控制器电路设计 278
12.3 USB-GPIB控制器的软件程序的实现 287
12.3.1 USB单片机协议控制芯片与主机（计算机）的数据交互 288
12.3.2 USB协议控制芯片与GPIB控制器的数据交互 299
12.4 USB-GPIB控制器固件的调试与固化 300
12.4.1 USB-GPIB控制器固件的调试 301
12.4.2 USB-GPIB控制器固件程序的固化 302
12.5 本章小结 303 13.1 研究抗干扰技术的重要性 304
13.2 干扰的分类 305
13.2.1 按噪声产生的原因分类 306
13.2.2 按噪声传导模式分类 306
13.2.3 按噪声波形及性质分类 307
13.3 干扰的耦合方式 308
13.4 单片机系统可靠性的设计任务与方法 310
13.4.1 单片机系统可靠性设计的任务 310
13.4.2 可靠性设计一般方法 311
13.5 本章小结 313 14.1 无源滤波器抗干扰 314
14.1.1 电容滤波器 315
14.1.2 电感滤波器 316
14.1.3 RC低通滤波器 316
14.1.4 1LC低通滤波器 318
14.1.5 低通滤波器的结构选择 319
14.1.6 低通滤波器的平衡结构与串联形式 319
14.2 有源滤波器抗干扰 321
14.2.1 一级低通有源滤波器 321
14.2.2 二级低通有源滤波器 322
14.3 去耦电路 324
14.3.1 尖峰电流的形成原理 324
14.3.2 去耦电容的配置 325
14.3.3 光电隔离 326
14.3.4 继电器隔离 328
14.3.5 变压器隔离 328
14.3.6 布线隔离 329
14.4 接地技术 330
14.5 本章小结 334 15.1 概述 335
15.2 指令冗余技术 336
15.2.1 单字节指令冗余 337
15.2.2 重要指令冗余 337
15.3 软件陷阱技术 337
15.3.1 未使用的中断向量区设置陷阱 338
15.3.2 RAM数据区中设置陷阱 338
15.3.3 未使用的EPROM数据区设置陷阱 339
15.3.4 非EPROM单片机空间设置陷阱 339
15.3.5 运行程序区设置陷阱 339
15.4 看门狗技术 339
15.4.1 硬件看门狗技术 340
15.4.2 软件看门狗技术 342
15.5 本章小结 345

‘捌’ 单片机原理与应用的概述

单片机原理及应用:（张毅刚2004年版图书）
本书详细地介绍了MCS-51单片机的硬件结构、指令系统，从应用的角度介绍了汇编语言程序设计与各种硬件接口设计、各种常用的数据运算和处理程序、接口驱动程序以及MCS-51单片机应用系统的设计，并对MCS-51单片机应用系统设计中的抗干扰技术以及各种新器件也作了详细的介绍。本书突出了选取内容的实用性、典型性。书中的应用实例，大多来自科研工作及教学实践，且经过检验，内容丰富、详实。

‘玖’ 单片机原理与应用的目录

第1章 单片微型计算机概述
1.1 单片微型计算机发展概况
1.2 微型计算机系统的概念
1.3 单片机的特点和种类
习题1
第2章 MCS-51单片机硬件结构
2.1 单片机的基本结构
2.2 单片机的引脚及片外总线结构
2.3 单片机的存储器配置
2.4 CPU的时钟及铺助电路
习题2
第3章 MCS-51 单片机指令系统
3.1 概述
3.2 寻址方式
3.3 数据传送类指令
3.4 算术运算类指令
3.5 逻辑运算和移位指令
3.6 控制转移指令
3.7 位操作类指令
习题3
第4章 汇编语言程序设计
4.1 概述
4.2 顺序程序设计
4.3 分支程序设计
4.4 循环程序设计
4.5 子程序设计
4.6 常用程序举例
习题4
第5章 单片机应用小系统
5.1 单片机系统扩展的必要性
5.2 几个基本的概念
5.3 应用小系统介绍
5.4 接口电路综述
习题5
第6章 中断系统与定时/计数器
6.1 中断系统结构及管理
6.2 定时器/计数器结构特点与控制
6.3 定时器/计数器计数器及中断系统的综合应用
习题6
第7章 串行通信及其接口
7.1 串行口基本概念与串行口控制寄存器
7.2 串行通信工作方式
习题7
第8章 单片机的基本扩展
8.1 程序存储器扩展
8.2 数据存储器扩展
8.3 输入/输出口扩展技术
习题8
第9章 单片机的键盘显示接口技术
……
第10章 单片机与A/D和D/A转换器接口
第11章 单片机应用系统设计
参考文

‘拾’ 单片机C语言程序设计完全自学手册的介绍

《单片机C语言程序设计完全自学手册》是2008年电子工业出版社出版的图书，作者是郭惠，吴迅。本书以“基础、实用”为原则，通过基础知识与大量实例结合的形式，详细介绍了单片机C语言应用开发的各种方法和技巧。全书分为12章，前6章讲述单片机概述硬件结构、指令系统、C语言程序设计基础、常用开发工具、C语言与汇编混合编程等知识；后6章重点介绍单片机软硬件开发流程、常用单元模块设计、应用系统设计实例、扩展设计、系统设计经验总结以及RTX51实时操作系统等内容。读者通过学习，可以快速入门和提高。本书语言简洁，内容安排从零开始、由浅入深、循序渐进。实例典型丰富，代表性和指导性强，涵盖了单片机C语言开发的大多数应用领域和开发技术。同时本书对程序开发的关键细节做了深入解释，程序代码进行详细注释，利于读者掌握牢固、学懂学透，达到举一反三的效果。本书附有光盘，其中包括丰富的硬件原理图和程序源代码，方便读者学习和参考。本书适合从事单片机系统开发的初级设计人员，以及计算机、电子信息及相关专业的在校大学生使用。