嵌入式控制系统应用设计　全套课件.PPT

嵌入式控制系统应用设计 第1章 嵌入式控制系统的应用与组成 1.1 自动控制的概念与应用 自动控制： 利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行 自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高工作效率 自动控制系统的进展： 1. 机械式控制系统——由机械动作代替人工操作2. 模拟式控制系统——经模拟电路运算得出控制量3. 计算机控制系统——由计算机计算控制量，并集中控多个环节4. 分布式控制系统——多台计算机分散控制多个环节，各计算机之间通过信号传递工作状态5. 现场总线控制系统——各控制计算机通过串行数据总线传递工作状态信息 嵌入式控制系统 在电子仪器或电气设备中使用计算机芯片控制仪器和设备的运行状态。 使用单只芯片构成单片计算机控制系统，也可使用多只芯片，分别控制仪器设备的不同工作环节，构成分布式控制系统。 1.2 计算机控制系统的组成 控制系统的结构框图 计算机——第2章（单片机ATmega16) 显示接口电路——第3章 按键接口电路——第4章 模拟与数字测量信号输入通道——第5章 控制信号输出通道——第6章 利用计算机处理测量数据——第7章 根据控制模式计算控制信号幅度——第8章 系统集成——第9章 控制系统组成的技术方案 1. 使用工控PC机或商用PC机+输入/输出信号通道 优点：数据处理能力强 外设配置齐全且性能高 操作系统与外设驱动以及应用工具软件的支持好 2. 使用单片机+显示/按键接口+输入/输出信号通道 优点：体积小、重量轻，可以嵌入到设备内部 成本低，小型仪器仪表也可以使用 1.3 应用单片机实现嵌入式控制 利用嵌入式控制技术可以设计出智能化的仪器设备 嵌入式控制技术的应用范围很广，从日用家电到工业生产，以及尖端兵器，都在广泛应用 为嵌入式控制系统设计选择适当的单片机 单片机的性能指标： 1. 数据处理能力 2. 片内外设种类与数量 3. 开发工具的支持 数据处理能力 CPU运算的数字位长和指令运行频率或周期表达单片机的数据处理能力 片内外设种类与数量 1. 存储器——程序存储器/数据存储器/EEPROM存储器的存储容量 2. I/O口——I/O引脚数量多反映芯片数据输入/输出的能力强 3. 定时/计数器数量和功能——定时器的数量/最大计数长度/计数时钟频率/PWM输出功能 4. AD转换器——数字位长/转换速度/通道数 5. 外设接口——并口（总线）和串口：USART/SPI/ (TWI)等。有的单片机还有USB和LCD等接口 6. 中断的种类和数量——包括外部信号的输入中断和片内外设中断，反映单片机处理突发事件的能力 仿真和编程方式——是否具有现场编程（ISP）功能 第2章 ATmega16单片机的应用 了解单片机芯片内的电路组成，充分利用片内电路的功能 ATmega16单片机的片内电路结构图： 2.1 CPU与片内存储器 CPU：由程序指令控制进行数值计算、逻辑运算和数据传输 单片机应用程序的编辑与编译： 可以使用CVAVR编辑/编译用户的C语言程序 进入CVAVR的主界面 打开或输入源程序 在编译源程序之前应设置编译器目标器件和系统时钟频率 设置仿真工具，生成用于计算机仿真运行的*.cof文件 编译源程序，检查源程序的语法错误 观看运行CVAVR 使用仿真工具AVR Studio 检查程序中的逻辑错误 选择仿真平台和目标芯片 应用AVR Studio 仿真C语言程序时，打开C语言编译器生成的*.cof文件 在AVR Studio上可选单步、跳步或连续运行，进行仿真 连续运行 Flash程序存储器：由编程器进行程序指令码和固定不变数据的烧写 C语言编译器生成*.hex文件 在AVR Studio的主界面调用JTAG ICE进行编程 JTAG ICE也可以进行EEPROM的烧写 Flash中可以存放固定不变的数据， EEPROM中存放可以在程序运行中修改的数据 在C语言程序中定义一个EEPROM地址空间的变量，就可由程序指令对EEPROM进行读写操作 C语言程序中定义的普通变量，由C语言编译器自行安排，存放在通用寄存器中或SRAM中 2.2 引脚配置与通用I/O口 ATmega16的引脚配置 两种芯片封装形式 32条多功能复用I/O口 外部复位引脚 外部时钟引脚 芯片电源引脚 片内ADC供电引脚 片内外设的工作状态由相应的I/O寄存器控制 用CVAVR程序生成向导器CodeWizardAVR获得I/O寄存器的控制代码： 进入CodeWizardAVR的初始化设置界面 定义芯片和系统时钟频率 选择Ports进行通用I/O口的状