如何成為單片機系統工程師第二章

第2章如何成為單片機系統設計師2第2章如何成為單片機系統設計師知識儲備3一個電子系統，比如機器人，其背后蘊涵的知識往往是相當豐富的。既有模擬電路、數字電路，還有嵌入式系統、機電一體化等。第2章如何成為單片機系統設計師2.1.1綜合素質4電子血壓計，測量時將一個密封的袖帶套在上臂上，按下按鈕啟動血壓測量后，單片機控制氣泵工作，向袖帶中打氣從而增加其中的壓力。當壓力達到200mmHg左右時即停止打氣并緩慢放氣，在氣壓下降的過程中，壓力傳感器實時監測袖帶中的壓力變化，通過ADC進行模數轉換后送給單片機分析，從而計算出收縮壓（高壓）和舒張壓（低壓）。第2章如何成為單片機系統設計師2.1.2軟件工具5單片機及電路仿真：Proteus、Multisim等。電路原理圖及PCB設計：AltiumDesigner(Protel)等第2章如何成為單片機系統設計師2.1.3硬件工具之一：面包板6在面包板上觀察電路的現象是不是與設計的一致，以驗證電路圖設計的正確性，這在電子電路設計中經常用到。第2章如何成為單片機系統設計師2.1.3硬件工具之一：面包板7面包板的表面有規則排列的供插裝元器件的插孔，在面包板中間有一條中心分隔槽把它分成上、下兩個部分。上半部分每列5個插孔之間是導通的，下半部分每列5個插孔之間也是導通的。而上、下部分插孔之間不導通。第2章如何成為單片機系統設計師2.1.3硬件工具之一：面包板8電阻1，它一支管腳插在電源正極排孔上，與電路的電源正極導通；另一支管腳插在下半部分的插孔中，而該插孔下方用一根導線跨接到第3列插孔中，而三極管1的e極插于同列插孔中，這樣就實現了電阻1與三極管1的e極的電氣連接。第2章如何成為單片機系統設計師2.1.4硬件工具之二：萬用板和印刷電路板9元器件插在萬用板的一面，元器件管腳穿過萬用板上的過孔，在萬用板另一面使用電烙鐵焊接管腳與萬用板上的焊盤，然后焊接導線并通過導線實現元器件之間的電氣連接。元器件一般都安裝在萬用板的同一面，導線可以焊接在萬用板的任意一面。第2章如何成為單片機系統設計師2.1.4硬件工具之二：萬用板和印刷電路板10電路原理圖可生成印刷電路板圖。把印刷電路板圖交給電路板生產廠家就可以把印刷電路板加工出來。電子產品的電路板已經具備工作的基本條件了。第2章如何成為單片機系統設計師2.1.5焊接工具11第2章如何成為單片機系統設計師2.1.6焊接方法12插元器件入過孔，焊接元器件管腳與焊盤。第2章如何成為單片機系統設計師2.1.6焊接方法13焊接時，從個頭較小的電阻、瓷介電容等元器件開始。把元器件插入印刷電路板的過孔，并從另一側伸出。左手拇指和食指捏著焊錫絲，右手拿電烙鐵（左撇子可反過來），先在電烙鐵頭上輕輕蹭一點焊錫以便更好的導熱。接著把電烙鐵頭貼到管腳和焊盤之間，等焊盤上的溫度升高之后，一般會看到銅黃色的焊盤表面產生微小的泡泡，這時再把焊錫絲推到焊盤上。由于焊盤溫度已經可以把焊錫絲熔化，所以焊錫絲很快熔化在管腳和焊盤之間，當焊點形成一個較為圓滑、飽滿的錫點后立即把焊錫絲拿走，然后是電烙鐵頭。不一會，焊錫冷卻而即形成一個焊點。第2章如何成為單片機系統設計師2.2.1需求分析14需求分析是分析功能、確定參數要求的過程。無論在學習單片機系統設計或是將來設計一些解決實際問題的項目，明確最終要達到的功能非常重要。比如一個簡單的單片機控制發光二極管的例子，功能確定為單片機控制一個發光二極管點亮500ms，熄滅500ms，再點亮500ms，再熄滅500ms……如此反復。第2章如何成為單片機系統設計師2.2.2電路設計15左邊陰影框里就是單片機，右邊的是發光二極管。第2章如何成為單片機系統設計師2.2.3程序設計16單片機程序用匯編語言或C51語言編寫，有許多計算機上的應用軟件可支持這兩種語言的單片機程序開發，比如第4章將要介紹的μVision軟件等。用匯編或C51語言設計好的單片機程序，將通過一個連接計算機USB口和單片機下載接口的下載器，下載到單片機中。下載完成后，單片機啟動時運行下載的程序就可以實現相應的控制功能了。第2章如何成為單片機系統設計師2.2.4系統調試17在調試階段，也就是“磨合”軟件和硬件以便它們共同實現系統功能。當程序下載到單片機系統后，啟動單片機運行程序，觀察系統的“反應”和我們的設計是不是相符。比如發光二極管以500ms為間隔進行閃爍。當程序設計完成并下載到單片機之后，可能出現的問題是發光二極管不閃爍或閃爍的時間間隔不對。如果出現這些與設計不符的實驗效果，首先在保證硬件電路是正確的前提下，回到程序中找錯誤，修改后再下載到單片機系統中。如此反復，直到系統運轉正常為止。第2章如何成為單片機系統設計師2.3.1發光二極管工作原理18發光二極管（LED，電路符號

）是一種最常用的指示器件，近幾年因其成本下降和節能的特點大量使用在照明設備中。發光二極管有極性之分，當有足夠的正向電流（正極流向負極的電流，約10mA~30mA）通過時便會發光。第2章如何成為單片機系統設計師2.3.2單片機的控制19我們把發光二極管D1的負極連接在單片機的P0.4口（35管腳）上，電阻R1起到限流的作用。根據器件的連接關系分析知道：當單片機的P0.4口輸出低電平時（接地），發光二極管D1正、負極之間獲得電壓而被點亮；當P0.4口輸出高電平時（+5V），發光二極管D1則熄滅。所以要實現圖2-17所示的功能，即讓發光二極管以500ms為間隔閃爍，變成了讓單片機的P0.4口以500ms為間隔輸出高、低電平。第2章如何成為單片機系統設計師2.3.3體驗單片機控制發光二極管20見本書光盤中的視頻演示第2章如何成為單片機系統設計師2.4.1需求分析21反應時間測試儀的功能：單片機向蜂鳴器輸出一個很短的鳴響信號Vout（比如500ms），測試者聽到這個信號后立即按下按鈕開關向單片機輸入一個信號Vin，單片機只要計算出輸出信號Vout與輸入信號Vin之間的時間差就得到反應時間（以ms為單位），最后輸出到反應時間顯示器上顯示即可。第2章如何成為單片機系統設計師2.4.2電路設計22系統由4個模塊（部分）組成：單片機、蜂鳴器及驅動電路、按鈕開關、反應時間顯示器。第2章如何成為單片機系統設計師2.4