第 11章单片机系统设计 *
设计举例 — 单片机控制交流11.2
单片机控制系统设计的要求和步骤11.1
11.1 单片机控制系统设计的要求和步骤
11.1.1 系统设计的基本要求
1．系统应具有优良的操作性能
2．通用性好，便于扩充
3．系统可靠性要高
4．保密性
11.1.2 系统设计的特点
① 设计人员必须把单片机控制系统要实现的任务和控制功能合理地分配给硬件或软件来实现，这就要考虑价格、工作速度、开发成本和可靠性等因素。
一般来说，软件设计一次性开发投入成本高，但复制容易，且复制成本低，因此在系统生产批量大时，分摊到每一台设备的价格就低了；而用硬件实现其控制功能适用于单台或小批量生产，并且硬件的工作速度也比软件的高。
② 硬件设计应采用标准化系列的大规模集成电路，这样可使系统组件减少，提高系统的可靠性。另外，还要考虑硬件芯片的后备渠道是否稳定、可靠，是否有代用品。选用专用和通用接口要和 I/O口控制程序的设计结合在一起。
③ 在设计单片机控制系统时，因采用器件集成度高，没有（或很少）信号观察点，而系统硬件和软件又可能分别研制，
故在系统最后联机调试过程中，硬件和软件的故障往往混杂在一起，难以分析和排除，这就要求调试者有较高的素质和综合分析与解决问题的能力。
11.1.3 确定系统总体控制方案
确定系统总体控制方案应从以下几个方面考虑。
① 控制系统是采用开环控制还是闭环控制。若采用闭环控制，要确定系统的控制精度，考虑传感器,A/D转换器的检测精度和满足系统稳定性所需要的调节器类型。
② 执行机构是采用电机驱动、液压驱动还是其他方式驱动，比较各种方案，择优而用。
③ 系统对快速性、控制精度和可靠性方面的具体要求。
④ 单片机在整个控制系统中所起的作用是计算推理、闭环调节还是巡回检测。
最后画出系统组成粗框图，用流程图来描述控制过程和任务，并写成设计任务说明书，以此作为设计依据。
11.1.5 单片机和接口电路的选择
① 字长。
② 运算速度。
③ 存储器容量。
④ 中断处理功能。
⑤ 可靠性。
11.1.6 系统总体设计
1．硬件和软件功能的分配与协调
2．控制软件设计
① 人机联系通信程序。
② 数据采集和处理程序。
③ 控制算法程序。
3,过程通道和中断处理方式的确定
4．系统软件和硬件连机调试
（ 1）软件调试方法
（ 2）硬件调试方法图 11-1 单片机控制系统设计流程图
11.2 设计举例 — 单片机控制交流变频调速系统
11.2.1 系统组成与工作原理图 11-2 单片机控制的 PWM交流变频调速系统
11.2.2 系统硬件设计
1．单片机最小系统图 11-3 最小单片机系统
2,键盘显示电路图 11-4 键盘与显示电路
3,主电路图 11-5 GTO的保护电路
4,转速测量电路图 11-6 PWM模块输出电路图 11-7 转速测量电路
5,检测及保护电路图 11-8 电压、电流测量电路
6,逆变器触发单元设计图 11-9 逆变器触发电路设计图 11-10 HEF4752V引脚名称及功能说明
11.2.3 系统软件设计
1,主程序
2,数字调节器设计图 11-11 主程序流程图图 11-12 系统动态结构图图 11-13 PID控制程序流程图
3,初始化程序
4．升降频控制程序
5,键盘显示编程图 11-14 初始化程序图 11-15 升降频控制程序
11.2.4 系统抗干扰措施
1．硬件抗干扰措施
2,软件抗干扰措施
设计举例 — 单片机控制交流11.2
单片机控制系统设计的要求和步骤11.1
11.1 单片机控制系统设计的要求和步骤
11.1.1 系统设计的基本要求
1．系统应具有优良的操作性能
2．通用性好，便于扩充
3．系统可靠性要高
4．保密性
11.1.2 系统设计的特点
① 设计人员必须把单片机控制系统要实现的任务和控制功能合理地分配给硬件或软件来实现，这就要考虑价格、工作速度、开发成本和可靠性等因素。
一般来说，软件设计一次性开发投入成本高，但复制容易，且复制成本低，因此在系统生产批量大时，分摊到每一台设备的价格就低了；而用硬件实现其控制功能适用于单台或小批量生产，并且硬件的工作速度也比软件的高。
② 硬件设计应采用标准化系列的大规模集成电路，这样可使系统组件减少，提高系统的可靠性。另外，还要考虑硬件芯片的后备渠道是否稳定、可靠，是否有代用品。选用专用和通用接口要和 I/O口控制程序的设计结合在一起。
③ 在设计单片机控制系统时，因采用器件集成度高，没有（或很少）信号观察点，而系统硬件和软件又可能分别研制，
故在系统最后联机调试过程中，硬件和软件的故障往往混杂在一起，难以分析和排除，这就要求调试者有较高的素质和综合分析与解决问题的能力。
11.1.3 确定系统总体控制方案
确定系统总体控制方案应从以下几个方面考虑。
① 控制系统是采用开环控制还是闭环控制。若采用闭环控制，要确定系统的控制精度，考虑传感器,A/D转换器的检测精度和满足系统稳定性所需要的调节器类型。
② 执行机构是采用电机驱动、液压驱动还是其他方式驱动，比较各种方案，择优而用。
③ 系统对快速性、控制精度和可靠性方面的具体要求。
④ 单片机在整个控制系统中所起的作用是计算推理、闭环调节还是巡回检测。
最后画出系统组成粗框图，用流程图来描述控制过程和任务，并写成设计任务说明书，以此作为设计依据。
11.1.5 单片机和接口电路的选择
① 字长。
② 运算速度。
③ 存储器容量。
④ 中断处理功能。
⑤ 可靠性。
11.1.6 系统总体设计
1．硬件和软件功能的分配与协调
2．控制软件设计
① 人机联系通信程序。
② 数据采集和处理程序。
③ 控制算法程序。
3,过程通道和中断处理方式的确定
4．系统软件和硬件连机调试
（ 1）软件调试方法
（ 2）硬件调试方法图 11-1 单片机控制系统设计流程图
11.2 设计举例 — 单片机控制交流变频调速系统
11.2.1 系统组成与工作原理图 11-2 单片机控制的 PWM交流变频调速系统
11.2.2 系统硬件设计
1．单片机最小系统图 11-3 最小单片机系统
2,键盘显示电路图 11-4 键盘与显示电路
3,主电路图 11-5 GTO的保护电路
4,转速测量电路图 11-6 PWM模块输出电路图 11-7 转速测量电路
5,检测及保护电路图 11-8 电压、电流测量电路
6,逆变器触发单元设计图 11-9 逆变器触发电路设计图 11-10 HEF4752V引脚名称及功能说明
11.2.3 系统软件设计
1,主程序
2,数字调节器设计图 11-11 主程序流程图图 11-12 系统动态结构图图 11-13 PID控制程序流程图
3,初始化程序
4．升降频控制程序
5,键盘显示编程图 11-14 初始化程序图 11-15 升降频控制程序
11.2.4 系统抗干扰措施
1．硬件抗干扰措施
2,软件抗干扰措施
