电子教案8
第八章 微机化测控系统设计及实例
8.1 微机化测控系统设计要求和研制过程
8.1.1设计的基本要求
一、达到或超过技术指标
二、尽可能提高性能价格比
三、适应环境,安全可靠
四、便于操作和维护
8.1.2设计研制过程
一、确定任务、拟制系统方案
1、确定设计任务和整机功能
2、完成总体设计,选择确定硬件类型和数量
二、硬件和软件的研制
三、联机总调、性能测定
8.2总体设计
一、设计方案的选定
二、工作总框图的绘制
实例——图8-2-1某微机化电压表的工作总框图
三、结构总体设计
目前常用的结构有以下四种:
1、大板结构
2、分板式结构
3、积木式结构
4、插件式结构
四、设计工作的筹划与准备
8.3硬件设计
8.3.1元器件的选择
一、微处理器的选择——应考虑的因素
(1) 微处理器的用途
(2)微处理器的字长
(3) 微处理器的寻址范围和寻址方式
(4)微处理器指令的功能
(5) 微处理器的执行速度
(6) 微处理器的功耗
(7)微处理器的中断能力和DMA 能力
(8) 微处理器的硬、软件支持
(9) 微处理器的成本
二、外围元、器件的选择
选择元器件时一般还要注意如下几点:
1、在满足技术要求的前提下尽可能选择价格低的元器件。
2、尽可能选用集成组件。
3、尽可能选用单电源供电的组件。对只能采用电池供电的场合,必须选用低功耗器件。
4、元器件的工作温度范围应大于所使用环境的温度变化范围。
5、系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。
8.3.2电路设计的原则
1、硬件电路结构要结合软件方案一并考虑。软件能实现的功能尽可能由软件来实现。
2、尽可能选用典型电路和集成电路。
3、微机系统的扩展与外围设备配置留有适当的余地,以便进行二次开发。
4、在把设计好的单元电路与别的单元电路相连时要考虑它们是否能直接连接?
5、在模拟信号传送距离较远时,要考虑以电流或频率信号传输代替以电压信号传输。 在数字信号传送距离较远时,要考虑采用“线驱动器”。
6、可靠性设计和抗干扰设计
8.3.3硬件电路研制过程
8.4 软件设计
8.4.1软件研制过程
图8-3-1硬件电路设计过程 图8-4-1软件设计过程
8.4.2软件设计的依据——系统定义
系统定义(或说明) 是软件设计的依据,应包括下列各项内容:
一、输入/输出说明
二、系统存储器说明
三、处理阶段的说明
四、出错处理和操作因素的说明
8.4.3软件设计方法
一、模块化编程
所谓“模块化”编程,就是把整个程序按照“自顶向下”的设计原则,从整体到局部再到细节,一层一层分解下去,一直分解到最下层的每一模块能容易地编码时为止。
二、结构化设计
1、顺序结构 2、条件结构 3、循环结构
8.4.4软件的测试和运行
常用的方法:
功能测试法
程序逻辑结构测试法
8.5设计实例
8.5.1电冰箱温度测控系统设计
一、直冷式电冰箱的工作原理及控制要求
①设定3个测温点,测量范围-26~+26℃,精度±0 5℃;
②利用功能键分别控制温度设定、速冻设定、冷藏室及冷冻室温度设定等; ③利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度,压缩机启、停和速冻、报警状态; ④制冷压缩机停机后自动延时3min 后方能再启动;
⑤电冰箱具有自动除霜功能,当霜厚达3mm 时自动除霜;
⑥开门延时超过2min 发声报警;
⑦连续速冻时间设定范围1~8h ;
⑧工作电压180~240V ,当欠压或过压时,禁止启动压缩机并用指示灯显示。
二、电冰箱控制系统硬件电路设计
1、主机电路
图8-5-1冰箱控制原理框图
图8-5-2冰箱单片机控制电路图
2、A/D转换电路及功能
3、功能键及显示电路
4、除霜电路——图8-5-3
5、制冷压缩机和除霜电热丝启、停控制电路——图8-5-4
二、电冰箱控制系统软件设计
1、主程序
主程序框图如图8-5-5所示。
2、T0中断服务程序
T0中断服务程序框图如图8-5-6所示。
3、T1中断服务程序
T1的中断服务程序框图如图8-5-7所示。
8.5.2防盗报警系统设计
设计要求:能对监测点进行自动检测,一旦出现盗情,能立即报警,并指示被盗地点。
一、硬件设计
硬件电路如图8-5-8所示。
二、软件设计
程序流程图如8-5-9所示。
1、主程序
主程序流程图如图8-5-10所示。
2、读数子程序
读数子程序流程图如8-5-11所示。
3、核对子程序
核对子程序流程图如图8-5-12所示。
4、查找报警点子程序
查找报警点子程序流程图如图8-5-13所示。
5、显示及报警子程序
显示及报警子程序流程图如图8-5-14所示。