如何成為單片機(jī)系統(tǒng)工程師第二章

第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師知識(shí)儲(chǔ)備3一個(gè)電子系統(tǒng)，比如機(jī)器人，其背后蘊(yùn)涵的知識(shí)往往是相當(dāng)豐富的。既有模擬電路、數(shù)字電路，還有嵌入式系統(tǒng)、機(jī)電一體化等。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.1.1綜合素質(zhì)4電子血壓計(jì)，測量時(shí)將一個(gè)密封的袖帶套在上臂上，按下按鈕啟動(dòng)血壓測量后，單片機(jī)控制氣泵工作，向袖帶中打氣從而增加其中的壓力。當(dāng)壓力達(dá)到200mmHg左右時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測袖帶中的壓力變化，通過ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)分析，從而計(jì)算出收縮壓（高壓）和舒張壓（低壓）。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.1.2軟件工具5單片機(jī)及電路仿真：Proteus、Multisim等。電路原理圖及PCB設(shè)計(jì)：AltiumDesigner(Protel)等第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiàn)象是不是與設(shè)計(jì)的一致，以驗(yàn)證電路圖設(shè)計(jì)的正確性，這在電子電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.1.3硬件工具之一：面包板7面包板的表面有規(guī)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(gè)部分。上半部分每列5個(gè)插孔之間是導(dǎo)通的，下半部分每列5個(gè)插孔之間也是導(dǎo)通的。而上、下部分插孔之間不導(dǎo)通。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dǎo)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dǎo)線并通過導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)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(dǎo)線可以焊接在萬用板的任意一面。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chǎn)廠家就可以把印刷電路板加工出來。電子產(chǎn)品的電路板已經(jīng)具備工作的基本條件了。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.1.5焊接工具11第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.1.6焊接方法13焊接時(shí)，從個(gè)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(cè)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(diǎn)焊錫以便更好的導(dǎo)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(huì)看到銅黃色的焊盤表面產(chǎn)生微小的泡泡，這時(shí)再把焊錫絲推到焊盤上。由于焊盤溫度已經(jīng)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(dāng)焊點(diǎn)形成一個(gè)較為圓滑、飽滿的錫點(diǎn)后立即把焊錫絲拿走，然后是電烙鐵頭。不一會(huì)，焊錫冷卻而即形成一個(gè)焊點(diǎn)。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.2.1需求分析14需求分析是分析功能、確定參數(shù)要求的過程。無論在學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)或是將來設(shè)計(jì)一些解決實(shí)際問題的項(xiàng)目，明確最終要達(dá)到的功能非常重要。比如一個(gè)簡單的單片機(jī)控制發(fā)光二極管的例子，功能確定為單片機(jī)控制一個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮500ms，熄滅500ms，再點(diǎn)亮500ms，再熄滅500ms……如此反復(fù)。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.2.2電路設(shè)計(jì)15左邊陰影框里就是單片機(jī)，右邊的是發(fā)光二極管。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.2.3程序設(shè)計(jì)16單片機(jī)程序用匯編語言或C51語言編寫，有許多計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用軟件可支持這兩種語言的單片機(jī)程序開發(fā)，比如第4章將要介紹的μVision軟件等。用匯編或C51語言設(shè)計(jì)好的單片機(jī)程序，將通過一個(gè)連接計(jì)算機(jī)USB口和單片機(jī)下載接口的下載器，下載到單片機(jī)中。下載完成后，單片機(jī)啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行下載的程序就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能了。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.2.4系統(tǒng)調(diào)試17在調(diào)試階段，也就是“磨合”軟件和硬件以便它們共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。當(dāng)程序下載到單片機(jī)系統(tǒng)后，啟動(dòng)單片機(jī)運(yùn)行程序，觀察系統(tǒng)的“反應(yīng)”和我們的設(shè)計(jì)是不是相符。比如發(fā)光二極管以500ms為間隔進(jìn)行閃爍。當(dāng)程序設(shè)計(jì)完成并下載到單片機(jī)之后，可能出現(xiàn)的問題是發(fā)光二極管不閃爍或閃爍的時(shí)間間隔不對。如果出現(xiàn)這些與設(shè)計(jì)不符的實(shí)驗(yàn)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(cuò)誤，修改后再下載到單片機(jī)系統(tǒng)中。如此反復(fù)，直到系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常為止。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.3.1發(fā)光二極管工作原理18發(fā)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(jié)能的特點(diǎn)大量使用在照明設(shè)備中。發(fā)光二極管有極性之分，當(dāng)有足夠的正向電流（正極流向負(fù)極的電流，約10mA~30mA）通過時(shí)便會(huì)發(fā)光。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.3.2單片機(jī)的控制19我們把發(fā)光二極管D1的負(fù)極連接在單片機(jī)的P0.4口（35管腳）上，電阻R1起到限流的作用。根據(jù)器件的連接關(guān)系分析知道：當(dāng)單片機(jī)的P0.4口輸出低電平時(shí)（接地），發(fā)光二極管D1正、負(fù)極之間獲得電壓而被點(diǎn)亮；當(dāng)P0.4口輸出高電平時(shí)（+5V），發(fā)光二極管D1則熄滅。所以要實(shí)現(xiàn)圖2-17所示的功能，即讓發(fā)光二極管以500ms為間隔閃爍，變成了讓單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.3.3體驗(yàn)單片機(jī)控制發(fā)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.4.1需求分析21反應(yīng)時(shí)間測試儀的功能：單片機(jī)向蜂鳴器輸出一個(gè)很短的鳴響信號Vout（比如500ms），測試者聽到這個(gè)信號后立即按下按鈕開關(guān)向單片機(jī)輸入一個(gè)信號Vin，單片機(jī)只要計(jì)算出輸出信號Vout與輸入信號Vin之間的時(shí)間差就得到反應(yīng)時(shí)間（以ms為單位），最后輸出到反應(yīng)時(shí)間顯示器上顯示即可。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.4.2電路設(shè)計(jì)22系統(tǒng)由4個(gè)模塊（部分）組成：單片機(jī)、蜂鳴器及驅(qū)動(dòng)電路、按鈕開關(guān)、反應(yīng)時(shí)間顯示器。第2章如何成為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師2.4