1.4 單片微型計算機應用系統(tǒng)舉例

嵌入式計算機系統(tǒng)的應用實例有很多，例如，在手機、空調(diào)、洗衣機等和人們的生活密切相關的設備中都不乏其身影，而單片機應用系統(tǒng)是中低檔嵌入式系統(tǒng)的主流，具有簡單易學、易開發(fā)、應用較廣的特點，是學習嵌入式系統(tǒng)的入門首選。

為了簡單明了地展示嵌入式計算機系統(tǒng)的應用特點，下面舉一個簡單的單片機應用系統(tǒng)的例子。圖1-3所示為一個簡單的電加熱鍋爐。為了在無人值守的條件下隨時都有熱開水供應，且鍋爐的安全生產(chǎn)還必須得到保障，必須給這個鍋爐配備一套可靠的監(jiān)控系統(tǒng)。在這個監(jiān)控系統(tǒng)中，通過J1電磁閥來控制高壓蒸汽的排出，以防氣壓過高造成爐體爆裂事故的發(fā)生；電磁閥J2用來控制冷水的加入；繼電器J3用來控制加熱電阻絲和電源的通與斷；通過高低水位傳感器來監(jiān)測鍋內(nèi)的儲水量，以防止過多進水或缺水干燒而造成事故；通過壓力傳感器檢測鍋內(nèi)水蒸氣的壓力；通過溫度傳感器檢測水溫，以保證水燒開后停止加熱，當水溫低于95°C時重新加熱，以便保溫。

為了能自動獲取鍋爐的狀態(tài)，并產(chǎn)生適當?shù)牟僮鳎瑰仩t能按所設計的要求工作，設計了以AT89S51單片機為核心的電加熱鍋爐單片機控制系統(tǒng)，如圖1-4所示。在這里，為了簡化系統(tǒng)，假設各傳感器都能將有效的動作信號轉換為TTL高電平信號輸出，單片機通過有關端口的引腳獲取這些電平信號。同樣為了簡化起見，對爐溫的控制也是采用開關控制而非連續(xù)控制，更沒有使用控制算法。

在電加熱鍋爐單片機控制系統(tǒng)中，通過接口的引腳，將有關檢測信號輸入單片機，根據(jù)輸入信號判斷鍋爐的狀態(tài)，進而通過引腳輸出控制信號控制相關繼電器動作，從而實現(xiàn)對鍋爐的控制，使其按照要求安全工作。

為使系統(tǒng)實現(xiàn)預期的功能，單片機必須運行相應的程序，程序流程圖如圖1-5所示。具體程序清單暫且略去。

將硬件系統(tǒng)設計、制作、連接調(diào)試完畢，并將所編制的程序經(jīng)過圖1-6所示的單片機開發(fā)裝置調(diào)試成功后，將程序代碼寫入單片機的程序存儲器。至此，整個系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)開發(fā)完畢，系統(tǒng)上電后，整個電加熱鍋爐就可以按照所要求的功能開始工作了。

通過這個簡單的例子可以認識到，要設計一個嵌入式計算機應用系統(tǒng)，除了要掌握程序設計方面的軟件知識外，還必須掌握計算機本身的結構、工作原理及與外部連接方面的硬件知識，這也是學習本門課程的目標之一。

為了解計算機的工作原理，進而掌握其應用系統(tǒng)的設計和開發(fā)，下面將從最基礎的數(shù)制出發(fā)，一步一步地將計算機的基本工作原理展示出來。