1、2009年“天华杯” 单片机设计与开发大赛 赛前安排,主讲：张宏伟,单片机设计与开发大赛,一、大赛规则 二、单片机设计与开发资源主板电路图 三、知识准备及训练内容 四、单片机系统设计调试方法,一、大赛规则,1、比赛内容及形式 2、赛场提供的设备和器材 3、比赛涉及知识准备 4、评分,1、比赛内容及形式,选手须在规定时间内（ 6小时 ），根据配发的材料套件包、元器件清单、主要元器件说明、产品功能介绍等资料，完成以下操作：,1、比赛内容及形式,（1）硬件电路设计。 根据比赛题目要求，用给定的材料，用PROTEL软件(推荐Protel 99SE 或Protel 2004 DXP)设计出电路原理图。
2、（2）电路板焊接与装配 。 焊接电子元器件及功能部件，装配成实际的单片机产品。,1、比赛内容及形式,（3）产品硬件电路调试。 根据功能及技术指标，对产品进行调试，并按要求记录调试结果。 （4）编写程序及软、硬统调。,2、赛场提供的设备和器材,主要设备： 20MHz双踪示波器 电子计数器(频率计) 通用直流稳压电源 装有Keil C、IspPgm的计算机 焊台（电烙铁）、尖嘴钳、斜口钳、螺丝刀、万用表等 选手自带工具： 签字笔、计算器。,3、比赛涉及知识准备, 模拟电路、数字电路、传感器原理、AT89S52单片机等相关知识及其应用； 51系列汇编语言或C语言的编程方法及应用； Keil C软件及
3、IspPgm 软件的使用； 常用仪器的使用方面的知识。,4、评分,满分为100分 硬件电路设计（20分） 根据电路设计质量评分。设计原理正确，用配发元件易于实现，注重设计成本和可靠性。 电路板焊接与装配（15分） 根据焊接和装配工艺质量评分。焊接和装配正确，符合工艺、安全、电气要求，作品整洁、美观、可靠。, 产品硬件电路调试（20分）根据测试、调试情况评分。各元器件和部件连接正确，电路参数设置合理，符合工艺、安全和技术要求。调试合理，方法正确，测量工具的使用符合规范。 编写程序及软、硬统调（45分）根据编写程序、在线下载程序情况评分。,违规扣分,选手有下列情形时，需从参赛成绩中扣分: 违反规定
4、提前进行操作的，由现场评委负责记录，扣5-10分； 上交作品中，部件松动扣10分、工作不稳定扣5-10分、不能正常工作扣20-30分、电路短路扣30分； 完成工作任务过程中，因操作不当使自己或他人受伤扣10分；, 发生损坏赛场设备、污染赛场环境、将工具遗忘在赛场等不符合职业规范的行为，视情节扣5-10分。 发生严重违规操作或作弊等情况时，确认后由主评委宣布终止该选手的比赛，其成绩以0分计。,二、主板电路图,1、单片机小系统 2、键盘 3、拨码开关 4、LED显示 5、LED指示灯 6、A/D转换器 7、D/A转换器 8、电源,1、单片机小系统,思考：J2的作用？ PR1的作用？,接线端子排,2
5、、键盘,思考： J1的作用？ J5的作用？ J7的作用？,注：矩阵键盘的工作原理,3、拨码开关,4、LED显示,思考：J13、U3、的作用？RP3、RP4、RP5的作用？是否必须？,5、LED指示灯,6、A/D转换器,思考：J6、UJ10、J11、J12的作用？ADC809的应用。,7、D/A转换器,思考：DAC0832的应用.输出电压的范围？,8、电源,思考：J20J26的作用？D9D13的作用,上交电子文档必须以选手比赛编号命名，不得使用实名，否则比赛成绩记为0分。 假如比赛编号为200917234，则四个电子文档依次命名为： 200917234示意图.BMP； 200917234原理图；
6、 200917234流程图.BMP； 200917234源程序.TXT,三、知识准备及训练内容,单片机用于工业测控时，典型单片机应用系统结构：,三、知识准备及训练内容,1、单片机系统 硬件设计 1）单片机基本系统（最小系统） 2）I/O接口 3）输入/输出通道 4）传感器及检测装置 5）执行机构 6）人机界面 程序设计 2、模拟、数字电子,1）单片机基本系统（最小系统）,保证单片机工作的最小应用系统 电源、晶振、复位、程序下载接口等,2）I/O接口,单片机主机和外围电路的连接部件。 对于51单片机，P0P3四个基本口； P0+锁存器，可扩展数据和地址线； 若外围设备较多，需扩展接口资源，如82
7、55等 注意：驱动能力的扩展,3）输入/输出通道,计算机和生产过程之间进行信息传送和变换的连接通道。 按信号的种类分为： 模拟量通道和数字量通道。 按信号传输的方向分为： 输入通道和输出通道 或前向通道和后向通道。,模拟量输入输出通道,模拟量输入通道涉及： 传感器、信号调理（放大、滤波等）、多路开关、采样保持、A/D转换。 模拟量输出通道涉及： D/A、放大、多路切换、执行机构驱动，V/I变换等。,数字量输入输出通道,数字量是相对模拟量的统称，具体分： 数字量（编码数字） 开关量 脉冲量 不同的信号处理方式不同。 对脉冲信号，可通过I/O口输入或中断源输入进行事件计数，实现脉冲的频率、周期测量
8、。,输入：电平转换、隔离、防抖动。 输出：功率驱动、电磁隔离。 需要注意的是： 继电器、固态继电器的控制 常用的开关量功率驱动电路，如：功率三极管、达林顿管驱动、晶闸管驱动等 光电耦合器,4）传感器,传感器：把各种非电量信息转换为电信号，实现现场信息的采集。 传感器一般由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成。 对转换后的电信号进行测量，并进行放大、转换等处理等功能，输入通道。,5）执行机构,计算机的计算输出，最终是要通过执行机构作用于对象的。 执行器按动力源可分为： 电动式、液压式和气动式。 在电动执行器中，一般有直流电机、步进电机、电磁线圈等。 因此需注意：直流电机、步进电机、继电器、晶闸
9、管的驱动控制。,6）人机界面,设置参数，控制系统的运行，指示系统运行的状态。 对单片机系统来说，主要是： 键盘（矩阵、独立式），拨码开关 LED数码管显示、LCD液晶显示 打印机,2、软件设计,51的编程语言常用的有二种： 一种是汇编语言，一种是C语言。 汇编语言的机器代码生成效率很高但可读性却并不强，复杂一点的程序就更是难读懂。 C语言提供了很多数学函数并支持浮点运算，开发效率高，移植性强，故可缩短开发时间，增加程序可读性和可维护性。 要熟悉基本语法、指令，开发环境的应用，常用功能模块程序设计，程序设计调试方法。,3、模拟数字电子知识,1）电阻、电容、电感、二极管、三极管等分立元件的应用 2
10、）运放的应用：在信号运算、信号处理、运放在波形产生、信号测量方面的应用 3）常用芯片的原理：7407、 7404、74LS573、 74LS244、74LS138等,四、单片机系统设计调试方法,1、单片机系统设计的指标 满足工艺要求 操作性要好 可靠性高 实时性强 经济效益好,2、单片机控制系统的设计步骤,（1）准备阶段 （2）设计阶段 （3）仿真及调试阶段 （4）现场调试运行阶段,单片机控制系统的设计步骤,（1）准备阶段 工艺要求，技术性能指标，还要包含经费、计划进度等内容。 （2）设计阶段 总体设计、硬件设计、算法设计、软件设计,单片机控制系统的设计步骤,1）方案论证 既要符合工艺要求，又
11、要使系统简单、经济、可靠，这是进行方案论证与总体设计一贯坚持的原则。,2）硬件设计 单片机系统的扩展部分设计 各功能模块的设计，如： 信号测量功能模块 信号控制功能模块 人机对话功能模块（键盘、显示、打印机） 通讯功能模块等。,3）软件设计 根据软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分。 各功能程序实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植、修改。,3）软件设计 在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。这不仅是程序设计的一个重要组成部分，而且是决定成败的关键部分。 要合理分配系统资源，包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等。,（3）仿真及调试阶段 首先进行硬件调试与软件调
12、试，然后进行硬件软件统调，最后考机运行，为现场投运做好准备。,1）硬件调试,调试工作的主要任务是排除样机故障，包括设计错误和工艺性故障。 （a）脱机检查 用万能表逐步按照逻辑图检查印刷板中各器件的电源及各引脚的连接是否正确，检查连线是否有短路等故障。有时为了保护芯片，先对各管座电源进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。,（b）联机调试,将样机接入仿真机的仿真插头进行调试，观察各部分接口电路是否满足设计要求。此时可通过运行一些简单的软件看各个接口工作是否正常。如果正常，则说明各接口硬件没问题；否则，应进行针对性的处理。,2）软件调试,利用微型计算机提供的软件开发平台，根据要求编写源程序，经汇编、编译、连接无误后，生成相应的可执行文件和目标代码，将目标代码写入程序存储器中，即可进行软硬件的联合调试。,3）硬件、软件联合调试,经过硬件、软件单独调试后，即可进入硬件、软件联合调试阶段。找出硬件、软件之间不匹配的地方，反复修改和调试。实验室调试工作完成以后，即可组装成控制系统，移至现场进行运行和进一步调试，并根据运行及调试中的问题反复进行修改。,
