单片机应用系统设计机电11301班龙猛.doc

单片机应用系统设计 一、应用系统的设计方法 一般情况下，一个实际的单片机应用系统的设计过程主要包括以下几个阶段： （1）总体方案设计 （2）硬件设计 （3）软件设计 （4）系统仿真调试 （5）系统安装运行 （6）文档的编制 在以上的设计过程中，其中步骤（1）、（2）、（3）中要始终包括系统的可靠性、保密性、抗干扰性等的设计。 1 总体方案设计 系统的总体方案设计就是根据设计任务，参考国内外同类产品的资料，进行必要的理论分析和计算，提出合理而可行的技术指标，并编写出详细设计技术方案。详细设计方案应包括产品名称、设计目的、系统功能要求、系统性能指标、设计周期、设计费用、单片机的选型、单片机的资源分配、人机界面的形式、通信协议等，对所选用器件的生产商、精度要求、使用环境要求等也都要在该技术方案中加以说明。 这个过程完成得好坏直接影响下一步的设计工作，一个好的设计方案往往要经过反复推敲和论证，最终达成共识。因此对于单片机应用系统的设计，最关键的一步就是系统总体方案设计。 2 硬件设计 所谓硬件设计，就是根据总体设计方案所确定的系统扩展所需要的存储器、I/O接口电路、A/D和D/A电路、通信接口电路等，设计出系统的电原理图，并根据设计出来的电原理图制作试验板或印刷电路板（PCB）的过程。 为使硬件设计尽可能合理，系统硬件设计应注意以下几个方面： ①尽可能选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率和结构的灵活性； ②在条件允许的情况下，尽可能选择功能强、集成度高的电路或芯片。因为采用这种器件代替某一部分电路，不仅元件数量、接插件和相互连线减少，使系统可靠性增加，而且成本往往比用多个元件实现的电路要低。 ③注意选择通用性强、市场货源充足的元器件，尤其对需大批量生产的场合，更应该注意这方面的问题。如果某种器件无法得到，也要能用其它元器件直接替换或只须对电路稍作修改就可使用其它器件替换。 ④设计一个应用系统时，最好采取模块化设计，通常把中央控制单元、输入接口、输出接口、人机对话接口等分块进行设计，然后采用某种连接方式将其组合成一个完整的系统。 ⑤系统的扩展及各功能模块的设计在满足应用系统功能要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改、扩展。如存储器的容量选择，在设计时采取多种不同容量芯片均能读写的电路（可设置跨接线选择）。 ⑥设计时应尽可能地了解最新先进技术。现在电子技术的发展迅速，器件功能越来越强大，采取新技术、新工艺，所设计的系统就会具有更好的竞争力。如现在的单片机，有带看门狗的、有带LCD驱动的、有带A/D和D/A转换的等等，如系统需要LCD驱动就可直接选择自带LCD驱动的单片机，而不需再设计LCD驱动电路，如程序存储器空间不够，就可直接选用较大存储空间的单片机而不需扩充程序存储器。 ⑦在电路设计时，要充分考虑应用系统各部分的驱动能力。如发光二极管的正常发光的驱动电流在15mA左右，能否直接用单片机I/O口驱动，不正确的设计容易损坏I/O口造成系统可靠性降低。 ⑧印制板的设计应考虑工艺要求和系统的抗干扰性。包括器件的布局、布线等，还应考虑便于安装、调试、维修等。 3 软件设计 软件设计的任务是根据应用系统的总体设计方案的要求和硬件结构，设计出能够实现系统各种功能控制的程序。 软件设计时，应从以下几个方面进行考虑： ①根据软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分。根据它们之间的联系和时间上的关系，设计出合理的软件总体结构，使其清晰、简捷、流程合理。 ②培养结构化程序设计风格。各功能程序应实行模块化、子程序化。这样，既便于调试、连接，又便于移植、修改。 ③建立正确的数学模型。即根据功能要求，描述出各个输入和输出变量之间的数学关系。 ④为提高软件的总体设计效率，应以简明、直观的方法对任务进行描述，在编写应用软件之前，先绘制出程序流程图。 ⑤要合理分配系统资源。系统资源分配包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等，特别是片内RAM的分配、中断优先级的设置等。 ⑥注意在程序的有关位置处写上功能注释（非指令解释），提高程序的可读性。 ⑦加强软件抗干扰设计，提高计算机应用系统可靠性。 4 系统仿真调试 基于上述考虑所完成的电路板和设计出的控制软件或多或少存在问题，一般不能直接应用。如印制板在设计过程中出现了短路、断路、遣漏；在焊接过程中出现了虚焊、器件装反、装错等；在器件采购过程中出现所购器件性能达不到要求，在程序设计过程中出现所设计程序存在语法错误或逻辑错误。要解决上述存在的问题，通常需借助仿真器进行调试，排除硬件和软件上的所有错误，使系统能够正常运行后，然后再把程序固化到单片机系统的程序存储器中，再经过一整套完全的测试方案进行测试，如测试结果在性能和功能上达不到总体设计方案规定的指标要求，还必须修改硬件或软件甚至修改总体设