24
25 26
GND 23
27
22
28
U6A
9
WR 1
2
6
10 P3.0
74LS04
11
10
30 ALE
U6C
29 RD 5
6
74LS04
U5
D7
IN0
D6
D5
IN1
D4
D3 ADC0809 IN2
D2
D1
IN3
D0
IN4
EOC
IN5
A
B
IN6
C
IN7
ALE
OE START CLK
Vref(-) Vref(+)
•单片机应用系统的研制过程包括确定任务、总体设计、 硬件设计、软件设计、系统调试、产品化等几个阶段。 它们不是绝对分开的，有时是交叉进行的。
2
二、单片机应用系统的开发工具
•单片机应用系统开发必须经过调试阶段，只有经过调 试才能发现问题，改正错误，最终完成开发任务。实 际上，对于较复杂的程序，大多数情况下都不可能一 次性就调试成功，即使是资深程序员也是如此。
7 6 4 2 1 9 10
a DPY ba
c d
f
g
b
ee c fd
g
3
3
VCC
Vcc
U1
13 12 11 10 9 15 14
a b c d e f g
A B C D
7 1 2 6
LT BI/RBO
RBI
3 4 5
74LS47
VCC
U4
13 12 11 10 9 15 14
a b c d e f g
芯
编
片
程
PC
座
器
编程器与计算机的连接
6
10.2 单片机应用系统实例
例：空调机温度控制系统 1. 设计要求
用MCS-51单片机设计一个空调机的温控系统。具体 要求如下： 实时测量环境温度，并显示当前温度值。 当室温度高于设定温度，压缩机运转，使室温降低。 当室温低于设定温度，压缩机停止运转。 温度设定功能，通过按键输入压缩机启停的温度设 定值。设定温度过程中显示设定温度值，以便于操 作。设定完毕后，改为显示当前测定温度值。
I2C总线是二线制，采用器件地址的硬件设置方法， 通过软件寻址完全避免了器件的片选线寻址方法，从 而使硬件系统具有简单灵活的扩展方法。I2C总线简单， 结构紧凑，易于实现模块化和标准化。
I2C总线传送速率主要有两种：一种是标准S模式 （100Kb/s），另一种是快速F模式（400Kb/s）。
19
（3）SPI(Serial Peripheral Interface) 串行扩展 接口
RD 17 WR 16
RD WR
P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07
P21 PP2202 P23 P24 P25 P26 P27
RXD TXD ALE/P PSEN
39
21
38
20
37
19
36
18
35
8
34
15
33
14
32
U6B
17
21
INT1
3
7
22
23
4
25
24
74LS04
26 27 28 1 2 3 4 5
16 12 +5V
U7 AD590
+ _ NC
+12V
123
VCC
3
R16 2 10kΩ
7 U8 OPA1
741 6
R17
10kΩ
41 5
-12V R23
2kΩ
零位调整
R18 10kΩ
-12V
41 5
2
3 R20 20kΩ R25
6 741 U9 OPA2 7
1kΩ
10
3. 硬件设计 系统的硬件电路包括主机、温度控制、压缩机
的控制、按键及显示5个部分，系统硬件电路原理图 如下图所示。
11
DS1 DPY_7-SEG
DS2 DPY_7-SEG
R1
R2 R3 R4 R6 R7
R8
7 6 4 2 1 9 10
a DPY ba
c d
f
g
b
ee c fd
g
R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
20
（4）Microware串行扩展接口 Microware总线是NS公司提出的串行同步双工通
信接口，用于8位COP800系列单片机和16位HPC系列单 片机。
Microware总线是三线制，由一根数据输出（SO） 线、一根数据输入（SI）线和一根时钟（SK）线组成。 所有从器件的时钟线连接到同一根SK线上，主器件向 SK线发送时钟脉冲信号，从器件在时钟信号的同步沿 输出/输入数据。主器件的数据输出线SO和所有从器 件的数据输入线相接，从器件的数据输出线都接到主 器件的数据输入线SI上。
SPI总线是Motorola公司提出的一种同步串行外设 接口。允许MCU与各种外围设备以同步串行方式进行通 信。其外围设备种类繁多：最简单的TTL移位寄存器到 复杂的LCD显示驱动器、网络控制器等。
SPI总线是三线制，可直接与多种标准外围器件直 接接口，在SPI从设备较少而没有总线扩展能力的单片 机系统中使用特别方便。即使在有总线扩展能力的系 统中采用SPI设备也可以简化电路设计，省掉很多常规 电路中的接口器件，从而提高了设计的可靠性。
R24
+12V
50kΩ GND
GND -12V
放大 10 倍
R22 100kΩ
-12V
R21 2 5kΩ
3
41 5
6 741
U10 OPA3 R26 7
1kΩ
+12V
GND
VCC
1 U2A CD Q 6
ALE CLK
32 D
5
SD
4 74QLS74
VCC VCC
C1 30pF GND
C2 30pF
X1 12MHz
•单片机只是一块芯片而已，本身并无开发能力，要借 助开发工具才能实现系统设计。开发工具主要包括电 脑、编程器(又称写入器)、仿真机。如果使用EPROM作 为存储器还要配备紫外线擦除器。其中必不可少的工 具是电脑和编程器(当然对于在线可编程（ISP）的单 片机，如89S51，也可以不用编程器，而通过下载电缆 下载)。
14
题目二 数字温度计 用MCS-51单片机设计数字温度计。具体要求如下： 1. 5位数码管显示温度，可显示摄氏度或华氏度; 2. 温度显示范围-20.0度~+50.0度； 3. 1个按键用于显示摄氏度或华氏度切换。 4. 写出设计方案，画出完整的电路原理图（包括电源、 时钟电路、复位电路），编写程序。
21
（5）单总线（1-wire）串行扩展总线 1-wire总线是Dallas公司研制开发的一种协议，
PC
仿真器
仿用 真户
头系
统
5
2. 编程器 当我们编写好的程序在集成开发环境编译通过后， 会形成一个二进制文件(文件名与源程序文件名相同， 后缀名为“.BIN”)或十六进制文件(后缀名为 “.HEX”)，即形成所谓的目标程序。这个目标程序 必须利用编程器才能将目标文件烧写到单片机的程 序存储器中，从而让单片机系统的硬件和软件真正 结合起来，组成一个完整的单片机系统。 编程器的主要功能是将目标程序烧写到芯片中，其 与电脑的连接如下图所示。
A B C D
7 1 2 6
LT BI/RBO
RBI
4 35
74LS47VCCU31 2 3 4 5 6 7 8
P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17
8051
INT13 12
INT1 INT0
15 14
T1 T0
VCC 31 EA/VP
X1 19 X2 18
X1 X2
RESET9 RESET
15
题目三 波形发生器 用MCS-51单片机设计一个波形发生器。具体要求如下： 1. 可根据按钮选择连续输出锯齿波、三角波或正弦波 形; 2. 4个按键，3个分别用于选择输出锯齿波、三角波、 正弦函数；一个用于改变输出波形的周期。 3. 写出设计方案，画出完整的电路原理图（包括电源、 时钟电路、复位电路），编写程序。
第十章 单片机应用系统设计
10.1 单片机应用系统概述
一、单片机应用系统的设计方法
•单片机应用系统的技术要求各不相同，针对具体的任 务，设计方法和步骤也不完全相同。
•为完成某一任务的单片机应用系统需要包含硬件和软 件系统。硬件和软件必须紧密结合，协调一致才能正 常工作。在系统研制过程中，硬件设计和软件设计不 能截然分开。硬件设计时应考虑软件设计方法，而软 件也一定是基于硬件基础上进行设计的。这就是所谓 的“软硬结合”。
16
10.4 串行扩展技术
一、串行扩展总线及特点 串行扩展总线技术是新一代单片机技术发展的一
个显著特点。串行扩展总线有电路结构简单，程序编 写方便，易于实现用户系统软硬件的模块化、标准化 等优点。
常用的串行扩展总线和接口有1-wire总线、I2C总 线、SPI总线、Microware总线和CAN总线等。
X2
P3.0
R19 10kΩ
S2 SW-PB
GND
S1 SW-PB
RESET
VCC
C3 R5
1kΩ
GND
10µF
压缩机
+
-
A
220V
K1 VCC
GND 200Ω
Q1