片机应用系统设计技术

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1、第11章单片机应用系统设计技术单片机的应用系统由硬件和软件所组成，应用系统的硬件和软件设计各不相同，但总体设计方法和研制步骤基本相同。本章着重介绍单片机应用系统的设计方法以及一些实用技术。11.1单片机应用系统设计的基本原则所谓单片机应用系统，就是为达到某种应用目的而设计的以单片机为核心的专用系统(在调试过程中通常称为目标系统)。单片机的应用系统和一般的计算机应用系统一样，也是由硬件和软件所组成。硬件指由单片机、扩展的存储器、输入输出设备、控制设备、执行部件等组成的系统；软件是各种控制程序的总称。硬件和软件只有

2、紧密相结合，协调一致，才能组成高性能的单片机应用系统。在系统的研制过程中，软硬件的功能总是在不断地调整，以便相互适应，相互配合，以达到最佳性能价格比。单片机应用系统的基本设计原则是：可靠性高、性能价格比高、操作简便、设计周期短。1.可靠性高可靠性是指系统在规定的条件下、规定的时间内完成规定功能的能力。规定的条件包括环境条件(如温度、湿度、振动等)、供电条件等；规定的时间一般指平均无故障时间、连续正常运行时间等；规定的功能随单片机的应用系统不同而不同。高可靠性是系统应用的前提，单片机应用系统的可靠性是一项最重要最

3、基本的技术指标，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。可靠性是硬件设计时必须考虑的一个指标。单片机应用系统在实际工作中，可能会受到各种外部和内部的干扰，使系统工作产生错误或故障，为了减少这种错误和故障，就要采取各种提高可靠性的措施，其中抗干扰措施在硬件电路设计中尤为重要。通常，可靠性设计可从以下7个方面进行考虑：(1)提高元器件的可靠性。注意选用质量好的电子元器件、接插件；要进行严格的测试、筛选和老化。同时，设计的技术参数应留有余量。(2)优化系统结构。优化的电路设计和合理的编程软件可以进一

4、步提高系统运行的可靠性。(3)严格安装硬件设备及电路，提高印刷电路板和组装的质量。设计电路板时，布线及接地方法要符合要求。设计电路板一般采用电子设计自动化软件Protel99，Protel99具有强大的功能，成为电路设计不可或缺的工具，有关内容由专门课程讲解。(4)采取必要的抗干扰措施，以防止环境干扰(如空间电磁辐射、强电设备启停、酸碱环境腐蚀等)、信号串扰、电源或地线干扰等影响系统的可靠性。(5)作必要的冗余设计或增加自动检测与诊断功能。冗余设计是通过增加完成同一功能的备用单元或备份信息或重复操作来提高系统可

5、靠性的一种设计方法。自动检测与诊断功能，可以通过在线的测试与诊断，及时地测试出故障区域，判定动作与功能的正常性。(6)电路设计时要注意电平匹配和阻抗匹配。在应用系统的电路设计时，会有很多外围电路，由于TTL电路和CMOS电路的逻辑电平有差异，CMOS电路的逻辑电平与电源有关，TTL电路的逻辑电平在电源值给定时，符合标准规范。当一个电路既有TTL集成电路器件又有CMOS集成电路器件时，若不经过电平转换，将会造成逻辑的混乱，使电路无法正常工作。因此在硬件设计时，必须选择合适的TTL和CMOS接口，以保证外围电路的逻

6、辑电平匹配。另外设计时要充分考虑阻抗匹配，各部分间驱动能力要留有余地。(7)电路设计时要注意发热元器件的散热问题，特别在印制板的设计时要充分考虑，电路散热设计是关乎可靠性的原则问题。2.性能价格比高单片机具有体积小、功耗低、性能价格比高等特点。在保证性能要求和可靠性的条件下，尽量选用廉价的元器件和经济型单片机，以降低成本。3.操作简便如果所设计的产品人机交换过多，必然会给用户操作带来一定困难，也不利于最大限度地降低劳动强度。设计时要做到操作尽量简便。4.设计周期短只有缩短设计周期，才能有效地降低设计费用，充分发

7、挥新系统的技术优势，及早占领市场并具有一定的竞争力。11.2单片机应用系统设计的一般过程单片机的应用领域极为广泛，不同领域技术要求各不相同，用单片机组成应用系统时，涉及的实际问题不同，要求也各不相同，组成的方案也会千差万别，很难有一个固定的模式适应一切问题，但考虑问题的基本方法和设计过程大体相似。单片机应用系统的研制开发过程就是从提出任务到正式投入运行的过程，包括确定任务、总体设计、硬件设计、软件设件、在线仿真调试、程序固化等几个阶段。下面把几个阶段所完成的工作分叙如下。11.2.1确定任务在设计单片机应用系统

8、前必须明确应用系统的功能和技术指标。首先要对应用对象的工作过程进行深入调查分析和细致研究，明确单片机系统所要完成的任务、控制对象的状况及所要达到的技术指标，例如功能要求、信号的种类和数量、应用的环境等等，然后再综合考虑系统的先进性、可靠性、可维护性以及成本、经济效益等，拟订出合理可行的技术性能指标，以达到最高的性能／价格比。11.2.2总体设计在对应用系统进行总体设计时，应根据应用系统