单片机应用系统设计方法

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　　摘 要:单片机作为微型计算机的一个分支,其应用系统的设计方法和思想与一般的微型计算机应用系统的设计在许多方面是一致的。但由于单片机应用系统通常作为系统的最前端,设计更应注意应用现场的工程实际问题,使系统的可靠性能够满足实际要求。
　　关键词:单片机;设计
　　中图分类号:TP368.1文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)11-0027-02
　　
　　1 单片机应用系统的设计过程
　　1.1 系统设计的基本要求
　　1.1.1 可靠性要高
　　单片机应用系统在满足使用功能的前提下,应具有较高的可靠性。这是因为单片机系统完成的任务是系统前端信号的采集和控制输出,一旦系统出现故障,必然造成整个过程的混乱和失控,从而产生严重后果。因此,对可靠性的考虑应贯穿于单片机应用系统设计的整个过程。
　　首先,在设计时对系统的应用环境要进行细致的了解,认真分析可能出现的各种影响系统可靠性的因素,采取切实可行的措施排除故障隐患;其次,在总体设计时应考虑系统的故障自动检测和处理功能。在系统正常运行时,定时地进行各个功能模块的自诊断,并对外界的异常情况做出快速处理。对于无法解决的问题,应及时切换后备装备或报警。
　　1.1.2 使用和维护要方便
　　在总体设计时,应考虑系统的使用和维修方便,尽量降低对操作人员的计算机专业知识的要求,以便于系统的广泛使用。
　　系统控制开关不能太多,不能太复杂,操作顺序应简单明了,参数的输入/输出应采用十进制,功能符号要简明直观。
　　1.1.3 为了使系统有良好的市场竞争力
　　在提高系统功能指标的同时,还要优化系统设计,采用硬件软化技术提高系统的性能价格比。
　　1.2 系统设计的步骤
　　1.2.1 确定任务
　　单片机应用系统可以分为智能仪器仪表和工业测控系统两大类。无论哪一类,都必须以市场需求为前提。所以,在系统设计前,首先要进行广泛的市场调查,了解该系统的市场应用概况,分析系统当前存在的问题,研究系统的市场前景,确定系统开发设计的目标。简单的说,就是通过调研克服旧缺点,开发新功能。
　　在确定了大的方向基础上,就应该对系统的具体实现进行规划,包括应该采集的信号的种类、数量、范围、输出信号的匹配和转换,控制算法的选择,技术指标的确定等。
　　1.2.2 方案设计
　　(1)确定了研制任务后,就可以进行系统的总体方案设计。包括:①性能特点要适合所要完成的任务,避免过多的功能闲置;②性能价格比要高,以提高整个系统的性能价格比;③结构原理要熟悉,以缩短开发周期;④货源要稳定,有利于批量的增加和系统的维护。
　　(2)硬件与软件的功能划分。系统的硬件和软件要作统一的规划。因为一种功能往往是既可以由硬件实现,又可以由软件实现。要根据系统的实时性和系统的性能价格比综合确定。
　　一般情况下,用硬件实现速度比较快,可以节省CPU的时间,但系统的硬件接线复杂、系统成本较高。用软件实现则较为经济,但要更多地占用CPU的时间,所以,在CPU时间不紧张的情况下,应尽量采用软件。如果系统回路多、实时性要求强,则要考虑用硬件完成。例如,在显示接口电路设计时,为了降低成本可以采用软件译码的动态显示电路。但是,如果系统的采样路数多,数据处理量大时,则应该为硬件静态显示。
　　1.2.3 硬件设计
　　硬件的设计是根据总体设计要求,在选择完单片机机型的基础上,具体确定系统中所要使用的元件,并设计出系统的电路原理图,经过必要的实验后完成工艺结构设计、电路板制作和样机的组装。主要硬件包括:
　　
　　(1)单片机电路设计。主要完成时钟电路、复位电路、共电电路的设计。
　　(2)扩展电路和输入/输出通道设计。主要完成程序存储器、数据存储器、I/O接口电路、传感器电路、放大电路、多路开关、A/D转换电路、D/A转换电路、开关量接口电路、驱动及执行机构的设计。
　　(3)控制面板设计。主要完成按键、开关、显示器、报警等电路的设计。
　　1.2.4 软件设计
　　单片机应用系统的设计中,软件设计占有重要的位置。应用软件包括数据采集和处理程序、控制算法实现程序、人机联系程序和数据管理程序。软件设计通常采用模块程序设计、自上向下的程序设计方法,见图1。
　　系统设计人员应该对当前流行的单片机主流机型充分了解,从而可以选择最为合适的机型。
　　
　　参考文献:
　　[1]周航慈.《单片机应用程序设计技术》.北京航空航天大学出版社
　　[2]李权利.《单片机原理及应用技术》.高等教育出版社
　　
　　Monolithic Integrated Circuit Application System Design Method
　　Zhang Lianhua
　　Abstract: The monolithic integrated circuit takes a microcomputer’s branch,its application system’s design method and the thought and the common microcomputer application system’s design in many aspects is consistent.But because the monolithic integrated circuit application system usual achievement system most front end,the design should pay attention to the application scene the project actual problem, enables system’s reliability to satisfy the actual request.
　　Key words: monolithic integrated circuit;design

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