10.2.2-单片机应用系统的系统硬件设计（教案）-《单片机技术与应用》同步教学（化学工业出版社）

教案 编号：PTzZ-169 流水号：168 （首页）共 4页 课程 《单片机技术与应用》 一体化 理论 章节（课题）及内容 单片机应用系统的系统硬件设计 班级日期 中职 2024.04 授课方式 讲授与任务驱动相结合 课时 1 作业题数 1 拟用时间 40分钟 教学目标 使学生理解以下理论知识： · 了解单片机应用系统硬件设计的基本原则和方法。 · 掌握单片机应用系统的硬件组成和电路设计技巧。 · 学会使用电路绘图软件绘制硬件电路图。 教学资源准备 多媒体设备 课本教材 学生练习素材 教学重点 1. 单片机应用系统硬件设计的基本原则和方法。 2. 单片机应用系统的硬件组成和电路设计技巧。 3. 常用电子元器件的选择和使用方法。 教学难点 1. 如何根据实际需求进行单片机应用系统的硬件设计。 2. 硬件电路的抗干扰设计和可靠性设计。 教学方法 讲授法、任务驱动法、演示法、体验探究法等。 1. 讲授法：通过讲解单片机应用系统硬件设计的基本原则和方法，引导学生理解硬件设计的思路。 2. 案例分析法：通过分析实际案例，帮助学生掌握单片机应用系统的硬件设计技巧。 3. 实践操作法：通过实验和课程设计，让学生在实践中掌握硬件设计的实际操作方法。 授课教师： 审阅签名： 教学过程 教学活动内容 时间分配教学方法 课前导入 1. 介绍单片机应用系统硬件设计的重要性和作用。 2. 展示一些典型的单片机应用系统硬件设计实例，激发学生的学习兴趣。 3. 提出问题，引导学生思考单片机应用系统硬件设计的关键要素。 2分钟 讲授新课 练习指导 单片机应用系统硬件设计的基本原则和方法包括以下几点： 1. 尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法，为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。 2. 系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。 3. 硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。 4. 系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 5. 可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。 6. 单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 7. 尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强，真正的片上系统SoC已经可以实现。 总之，在设计单片机应用系统硬件时，应遵循以上原则，确保系统的可靠性。 **单片机应用系统的硬件组成和电路设计技巧** **硬件组成**： 单片机应用系统的硬件主要包括以下几个部分： 1. **单片机芯片**：这是系统的核心，负责执行程序代码，处理数据。 2. **存储器**：包括程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM），用于存储程序和数据。 3. **输入/输出设备**：如按键、LED、LCD、传感器等，用于与用户或其他系统交互。 4. **接口电路**：用于连接单片机和其他硬件组件，如串行通信接口、并行接口、A/D转换接口等。 5. **电源电路**：为整个系统提供稳定的工作电压。 6. **其他辅助电路**：如晶振电路、复位电路、看门狗电路等，用于保证系统的正常运行。 **电路设计技巧**： 1. **模块化设计**：将复杂的系统划分为多个功能模块，每个模块单独设计，最后再组合成一个完整的系统。 2. **规范化设计**：遵循一定的电路设计规范，如布局合理、走线清晰、电源去耦等。 3. **抗干扰设计**：采取适当的措施来减少外界干扰对系统的影响，如使用屏蔽罩、滤波电容、光电隔离等。 4. **可靠性设计**：从元件选择、电路板布局到焊接工艺等各个环节都要考虑可靠性因素。 5. **热设计**：对于大功率或发热量大的元件，要进行合理的散热设计，以保证系统的稳定运行。 6. **可扩展性设计**：在设计时要考虑到未来可能的扩展需求，预留必要的接口和空间。 **使用电路绘图软件绘制硬件电路图**： 电路绘图软件（如Altium Designer、Protel、Eagle等）是电子工程师进行硬件设计的必备工具。以下是使用