单片机应用系统设计技术第8章

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1、本章以电梯控制器的设计和实现为例，本章以电梯控制器的设计和实现为例，介绍介绍80C51单片机应用系统硬件电路设单片机应用系统硬件电路设计和软件编程方法。计和软件编程方法。第第8章章 单片机应用系统设计实例单片机应用系统设计实例n8.1 设设 计计 要要 求求n8.2 总总 体体 方方 案案n8.3 硬件电路设计硬件电路设计n8.4 软软 件件 设设 计计n本章小结本章小结3、步进电动机正转表示电梯上行，步进电动机反转表示电梯、步进电动机正转表示电梯上行，步进电动机反转表示电梯下行。启动按钮按下去表示电梯控制系统可以运行。紧急停下行。启动按钮按下去表示电梯控制系统可以运行。紧急停止按钮按下，电动

2、机停止运动。止按钮按下，电动机停止运动。设设 计计 要要 求求 以以8位微处理器位微处理器/微控制器和步进电动机为核心设计四层的小微控制器和步进电动机为核心设计四层的小楼上电梯控制器。楼上电梯控制器。1、人机接口、人机接口:显示器、按键、喇叭、指示灯显示器、按键、喇叭、指示灯2、中间层每层楼的电梯口都有上楼、下楼两个按钮，顶层只、中间层每层楼的电梯口都有上楼、下楼两个按钮，顶层只有下楼按钮，底层只有上楼按钮。一个有下楼按钮，底层只有上楼按钮。一个7段数码管显示器作为段数码管显示器作为电梯当前层的指示灯，两个发光二极管作为电梯运行方向指示电梯当前层的指示灯，两个发光二极管作为电梯运行方向指示灯；

3、进入电梯里边，按数字键选择想要去的目的楼层，一个灯；进入电梯里边，按数字键选择想要去的目的楼层，一个7段数码管显示器作为电梯当前层的指示灯，两个发光二极管作段数码管显示器作为电梯当前层的指示灯，两个发光二极管作为电梯上行和下行指示灯。为电梯上行和下行指示灯。4、报警按钮按下，启动蜂鸣器和闪烁红色报警灯。、报警按钮按下，启动蜂鸣器和闪烁红色报警灯。要求：要求：总总 体体 方方 案案电梯控制器组成可分为六个单元：电梯控制器组成可分为六个单元：图图8.2 电梯控制器仿真电路电梯控制器仿真电路硬件电路设计硬件电路设计步进电机单元步进电机单元 电梯内部状态显示单元电梯内部状态显示单元 电梯内部按键操作单

4、元电梯内部按键操作单元 电梯外部按键电梯外部按键操作单元操作单元软软 件件 设设 计计主程序模块主程序模块主程序可分为三大部分主程序可分为三大部分外部按键扫描外部按键扫描内部按键扫描内部按键扫描电机运转电机运转程序初始化后，便循环执行上述三个部分，外部按键一被扫程序初始化后，便循环执行上述三个部分，外部按键一被扫描到有按下时，如果电梯不在当前层，则马上响应并运转，描到有按下时，如果电梯不在当前层，则马上响应并运转，否则仍然停在当前层。当内部按键按下时，需再次按下否则仍然停在当前层。当内部按键按下时，需再次按下“启启动动”键，相当实际中的键，相当实际中的“关门关门”，此时电梯以内部按键按下，此时

5、电梯以内部按键按下的层为目标层运行。在电机运转循环中，也增加了内外按键的层为目标层运行。在电机运转循环中，也增加了内外按键的扫描，以时电梯运行时能接受请求。的扫描，以时电梯运行时能接受请求。电梯控制器软件主要设计人机交互和步进电机驱动电梯控制器软件主要设计人机交互和步进电机驱动电梯主程序流程图电梯主程序流程图每到一层的状态控制每到一层的状态控制首先判断该层是否有当首先判断该层是否有当前运行方向的请求，若前运行方向的请求，若有，则停留在此层，按有，则停留在此层，按下启动键继续运行，若下启动键继续运行，若没有任何请求或者请求没有任何请求或者请求方向不同，则不停留方向不同，则不停留其状态控制流程图其

6、状态控制流程图内部按键扫描内部按键扫描按顺序扫描每个按键，如果按键被按下，则保存其值，按顺序扫描每个按键，如果按键被按下，则保存其值，若发现被按下的按键刚好是电梯当前所在的层，则电梯若发现被按下的按键刚好是电梯当前所在的层，则电梯保持不动，否则，若电梯当前为停止状态，则马上做运保持不动，否则，若电梯当前为停止状态，则马上做运行方向相应的调整并自动启动，若电梯当前为运行状态，行方向相应的调整并自动启动，若电梯当前为运行状态，则只保存请求则只保存请求内部按键扫描流程内部按键扫描流程外部按键扫描外部按键扫描按顺序扫描每个按键，按顺序扫描每个按键，如果按键被按下，则保如果按键被按下，则保存其值，若发现

7、被按下存其值，若发现被按下的按键刚好是电梯当前的按键刚好是电梯当前所在的层，则电梯保持所在的层，则电梯保持不动，否则，若电梯当不动，否则，若电梯当前为停止状态，则马上前为停止状态，则马上做运行方向相应的调整做运行方向相应的调整并自动启动，若电梯当并自动启动，若电梯当前为运行状态，则只保前为运行状态，则只保存请求存请求外部按键扫描流程外部按键扫描流程仿真运行仿真运行本本 章章 小小 结结根据嵌入式应用系统要实现的功能要求，对系统功能细化，根据嵌入式应用系统要实现的功能要求，对系统功能细化，分成若干功能模块，画出系统功能框图，再对功能模块进分成若干功能模块，画出系统功能框图，再对功能模块进行硬件和

8、软件功能实现的分配。行硬件和软件功能实现的分配。 具体设计包括硬件设计和软件设计。具体设计包括硬件设计和软件设计。 硬件设计主要是根据性能参数要求对各功能模块所需要使硬件设计主要是根据性能参数要求对各功能模块所需要使用的元器件进行选择和组合，其选择的基本原则就是市场上用的元器件进行选择和组合，其选择的基本原则就是市场上可以购买到的性价比最高的通用元器件。必要时，须分别对可以购买到的性价比最高的通用元器件。必要时，须分别对各个没有把握的部分进行搭试、功能检验和性能测试，从模各个没有把握的部分进行搭试、功能检验和性能测试，从模块到系统找到相对优化的方案，画出电路原理图。块到系统找到相对优化的方案，

9、画出电路原理图。 硬件设计的关键一步就是利用印制板（硬件设计的关键一步就是利用印制板（PCB）计算机辅）计算机辅助设计（助设计（CAD）软件对系统的元器件进行布局和布线，接着）软件对系统的元器件进行布局和布线，接着是印制板加工、装配和硬件调试。是印制板加工、装配和硬件调试。 软件设计软件设计软件设计贯穿整个系统的设计过程，主要包括任务分析、软件设计贯穿整个系统的设计过程，主要包括任务分析、资源分配、模块划分、流程设计和细化、编码调试等。软资源分配、模块划分、流程设计和细化、编码调试等。软件设计的工作量主要集中在程序调试，所以软件调试工具件设计的工作量主要集中在程序调试，所以软件调试工具就是关键。就是关键。基于基于Proteus电路设计、电路设计、Keil C51程序设计以及两者联合程序设计以及两者联合仿真调试的方法，建立起单片机应用系统硬件电路设计、仿真调试的方法，建立起单片机应用系统硬件电路设计、软件设计以及调试的全虚拟环境，使得全部的设计工作在软件设计以及调试的全虚拟环境，使得全部的设计工作在PC上就能完成，可显著提高单片机应用系统的设计开发效上就能完成，可显著提高单片机应用系统的设计开发效率，降低开发风险，这对嵌入式系统设计是一个很好的思率，降低开发风险，这对嵌入式系统设计是一个很好的思路。路。