1.4 单片微型计算机应用系统举例

嵌入式计算机系统的应用实例有很多，例如，在手机、空调、洗衣机等和人们的生活密切相关的设备中都不乏其身影，而单片机应用系统是中低档嵌入式系统的主流，具有简单易学、易开发、应用较广的特点，是学习嵌入式系统的入门首选。

为了简单明了地展示嵌入式计算机系统的应用特点，下面举一个简单的单片机应用系统的例子。图1-3所示为一个简单的电加热锅炉。为了在无人值守的条件下随时都有热开水供应，且锅炉的安全生产还必须得到保障，必须给这个锅炉配备一套可靠的监控系统。在这个监控系统中，通过J1电磁阀来控制高压蒸汽的排出，以防气压过高造成炉体爆裂事故的发生；电磁阀J2用来控制冷水的加入；继电器J3用来控制加热电阻丝和电源的通与断；通过高低水位传感器来监测锅内的储水量，以防止过多进水或缺水干烧而造成事故；通过压力传感器检测锅内水蒸气的压力；通过温度传感器检测水温，以保证水烧开后停止加热，当水温低于95°C时重新加热，以便保温。

图1-3 电加热锅炉

为了能自动获取锅炉的状态，并产生适当的操作，使锅炉能按所设计的要求工作，设计了以AT89S51单片机为核心的电加热锅炉单片机控制系统，如图1-4所示。在这里，为了简化系统，假设各传感器都能将有效的动作信号转换为TTL高电平信号输出，单片机通过有关端口的引脚获取这些电平信号。同样为了简化起见，对炉温的控制也是采用开关控制而非连续控制，更没有使用控制算法。

图1-4 电加热锅炉单片机控制系统

在电加热锅炉单片机控制系统中，通过接口的引脚，将有关检测信号输入单片机，根据输入信号判断锅炉的状态，进而通过引脚输出控制信号控制相关继电器动作，从而实现对锅炉的控制，使其按照要求安全工作。

为使系统实现预期的功能，单片机必须运行相应的程序，程序流程图如图1-5所示。具体程序清单暂且略去。

图1-5 电加热锅炉单片机控制程序流程图

将硬件系统设计、制作、连接调试完毕，并将所编制的程序经过图1-6所示的单片机开发装置调试成功后，将程序代码写入单片机的程序存储器。至此，整个系统的软硬件系统开发完毕，系统上电后，整个电加热锅炉就可以按照所要求的功能开始工作了。

图1-6 单片机应用系统开发装置示意图

通过这个简单的例子可以认识到，要设计一个嵌入式计算机应用系统，除了要掌握程序设计方面的软件知识外，还必须掌握计算机本身的结构、工作原理及与外部连接方面的硬件知识，这也是学习本门课程的目标之一。

为了解计算机的工作原理，进而掌握其应用系统的设计和开发，下面将从最基础的数制出发，一步一步地将计算机的基本工作原理展示出来。