微处理器与嵌入式系统设计课程ppt课件.ppt
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1、微处理器与嵌入式系统设计课程简介课程特点和准备课程内容多、平台跨度大、实验要求高。课程定位与衔接课程参考资料与所作准备 1.课程所针对的实验平台-80C51与STM32 2.课程所用到的开发环境-Keil MDK与Proteus 3.课程所用的参考资料 51单片机C语言教程-郭天祥 电子设计从零开始-杨欣 ARM Cortex-M3 权威指南 STM32中文参考手册单片机系统设计流程需求分析 需求分析是分析功能、确定参数要求的过程。比如一个简单单片机控制发光二极管的例子,功能确定为单片机控制一个发光二极管点亮500ms,熄灭500ms如图所示:电路设计程序设计单片机程序用汇编语言或C语言编写,
2、有许多计算机上的应用软件可支持这两种语言的单片机程序开发,比如以后将要介绍的Keil Vision软件等。用汇编或C语言设计好的单片机程序,将通过一个连接计算机USB口和单片机下载接口的下载器,下载到单片机中。下载完成后,单片机启动时运行下载的程序就可以实现相应的控制功能了。系统调试 在调试阶段,也就是“磨合”软件和硬件以便它们共同实现系统功能。当程序下载到单片机系统后,启动单片机运行程序,观察系统的“反应”和我们的设计是不是相符。比如发光二极管以500ms为间隔进行闪烁。当程序设计完成并下载到单片机之后,可能出现的问题是发光二极管不闪烁或闪烁的时间间隔不对。如果出现这些与设计不符的实验效果,
3、首先在保证硬件电路是正确的前提下,回到程序中找错误,修改后再下载到单片机系统中。如此反复,直到系统运转正常为止。单片机控制下的发光二极管发光二极管的工作原理 单片机如何控制发光二极管我们把发光二极管D1的负极连接在单片机的P0.4口(35管脚)上,电阻R1起到限流的作用。根据器件的连接关系分析知道:当单片机的P0.4口输出低电平时(接地),发光二极管D1正、负极之间获得电压而被点亮;当P0.4口输出高电平时(+5V),发光二极管D1则熄灭。所以要实现左图所示的功能,即让发光二极管以500ms为间隔闪烁,变成了让单片机的P0.4口以500ms为间隔输出高、低电平。51单片机系统剖析单片机本身单片
4、机系统构成 AT89S51的硬件结构AT89S51单片机作为51系列单片机一个代表,被广泛应用在控制领域中。AT89S51是单片机的一个型号,这个型号下有DIP、PLCC、TQFP等封装。AT89S51单片机的管脚注意,有些电路符号中的管脚不是排从小到大的顺序排列的,而是把相近功能的管脚放到了一起。而旁边实际的AT89S51单片机器件的管脚则是按逆时针顺序排列的。单片机最简系统最简系统,是使用最少的外围元器件让单片机能够工作的电路。AT89S51单片机的最简系统如图所示,首先,单片机的VCC、GND接+5V以获得工作电源。此外,还多出了两个部分(阴影框),一个是复位电路,另一个是振荡器。最后还
5、有一个细节,就是单片机的(31管脚)也接到了+5V上。电源端(VCC、GND)AT89S51的VCC(40管脚)和GND(20管脚)分别为电源端和接地端,AT89S51的供电电压范围为直流+4.0+5.5V。电路中所有具有同名的电源标号或网络标号之间是连通的,只是为了电路图的美观,没有把这些连通的节点全部连接起来。时钟信号端(XTAL1、XTAL2)AT89S51单片机的XTAL1端(19管脚)、XTAL2(18管脚)内部有一个片内振荡器结构,但仍然需要在XTAL1和XTAL2之间连接一个晶振Y1,并加上两个容量介于2040pF的电容C1、C2组成时钟电路,如图所示。单片机上电后,用示波器可在
6、XTAL1管脚观察到频率与晶振频率相同的方波信号。复位端AT89S51单片机的RST端(9管脚)是复位端。当向RST端输入一个短暂的高电平单片机就会复位,复位后单片机从头开始执行程序。如果在单片机执行程序的过程中触发复位,则单片机立即放弃当前操作而被强行从头开始执行程序。最简单的复位电路就是在RST端与电源端之间连接一个10F左右的电解电容。单片机上电瞬间,电容C3的正极电压瞬间变为+5V,C3对于这个瞬间的电压突变相当于短路(隔直通交),于是+5V(高电平)相当于直接加到了单片机的RST端上。正是这个加在RST端的瞬间高电平使单片机复位。很快,电容C3充满电,在电路中相当于断路,于是RST端
7、电平由高转低,单片机随即开始执行程序。常用的复位电路有时,只使用一个电解电容的复位电路可靠性不高,所以图中给出两种较好的复位电路。其中,按钮开关S1可对单片机实现手动复位,当按下S1时,RST端获得复位信号(高电平)而使单片机复位,此时无论单片机在进行什么操作都得从头开始执行程序。外部程序存储器访问控制端最简系统中,AT89S51单片机的 端(31管脚)接了高电平。这是单片机的外部程序存储器访问控制端,顾名思义,的电平控制着单片机是否去访问外部程序存储器。接高电平时,单片机执行本单片机内部程序存储器中的程序,并在读取完内部程序存储器地址为0FFFH上的数据后自动转向读取外部的程序存储器;如果
8、接低电平,则单片机访问的全部是外部程序存储器。最简系统的额外补充系统电源的构建1、变压器的基本知识 把220V AC转换成低压直流电压的第一步是降压,常使用的元器件是电源变压器(transformer),它专门用于变换交流信号的电压。2.电源变压器选购变压器时需要知道初级线圈和次级线圈的电压。一般初级线圈为220V AC,次级则需要根据实际需要来确定。比如单片机系统常常用5V DC供电,所以变压器可以选择次级线圈相等或略高的,比如6V AC等。还有一个参数在选购变压器时非常重要变压器功率。如果某电路的工作电压为5V、工作电流为200mA,则电路的消耗功率P=VI=5V200mA=1W,于是选择
9、一个次级5V、额定功率1W以上的电源变压器就可以了。类似的,为电路设计电源时,可以大致估计一下电路的最大工作电流,用它乘以工作电压就可得到电路的消耗功率。电源的功率,或者说变压器的功率应该比这个功率大,否则电路有可能无法正常工作。变压器在使用前一定要注意区分好初级和次级管脚(见图3-6),一旦反接,轻则烧断电源保险,重则会使变压器线圈烧毁而彻底损坏。一般电源变压器在初级上都会标注有“220V”字样,如果没有标注可以按照下面的方法进行分辨:用万用表的电感器测量档,分别测量变压器的初级、次级线圈。电感大的为初级,应当接入220V。电感小的为次级,是输出端(相对降压变压器而言)。二极管与整流1.二极
10、管基础知识二极管(diode),只允许电流单向流过它。二极管有两个管脚,这两个管脚分成正极和负极,电流只能从正极流向负极。电路符号中倒三角一端为正极,短横线一端为负极。实际器件中,二极管圆柱形外壳一端一般都有一个色环(银色、黑色、白色等),作为二极管负极的标记,与这个标记同侧的管脚为负极,另一侧的管脚则为正极。有些二极管在圆柱形外壳上还印刷有器件的型号。注意,二极管的正极、负极在电路中是不能接反的,否则二极管发挥不了单向导电的作用,有时还会烧毁二极管。2.整流变压器帮我们变换了交流电压,不过从变压器次级输出的仍然是交流信号,这个交流信号的频率与市电相同,都是50Hz,其波形是正弦波。通常会用整
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