单片机原理及应用 教学课件 作者 佟云峰第7章 单片机的系统设计.ppt

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1、第七章单片机的系统设计高校教材网7.1系统设计概述单片机控制系统是指以单片机为核心（主控制器），配置适当的外围设备，以程序运行方式对某特定要求实现控制的系统。一个单片机控制系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包含系统扩展,即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路和系统配置（即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路）两个部分；软件系统包含系统初始化程

2、序（即对系统用到的片内功能模块和片外扩展模块控制字的设置）和控制程序（功能算法实现、定时器/计数器及中断管理、外部模块读写、I/O口控制、可靠性和抗干扰设计等）两个部分。7.1.1系统设计的一般原则1、总体原则单片机控制系统大多数用于工业环境或嵌入到其它设备中完成某种特定的控制功能。单片机控制系统应充分发挥单片机固有的（体积小、功耗低、控制功能强等）特点，系统不宜过大和太复杂。因此，在设计系统时应注意把握以下几个方面的总体原则：（1）系统的高可靠性和实时性；（2）系统硬件的最简化和软件的通用化；（3）系统的操作、维护

3、和升级应较为方便。2、系统硬件设计原则在系统设计总体原则指导下，系统的硬件设计应遵循如下的基本原则：（1）尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法,为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。（2）系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。（3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑(分工)原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。（4）

4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。（5）可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。（6）单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。（7）系统的硬件设计应尽量“单片”实现。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越

5、来越强，真正的片上系统SoC已经可以实现。目前大多数单片机产品在片内集成了大容量FLASH存储器、SRAM、A/D、D/A、丰富的并口和串口、看门狗、上电复位电路、温度传感器等等。3、系统软件设计原则（1）系统软件总体设计应采用模块化设计方法，各模块功能程序应具备通用性，以便日后碰到类似的功能程序时，可以直接调用，避免重复功能程序设计，缩短系统开发周期；（2）适当地使用软件陷阱、指令冗余等设计技术，提高系统的可靠性；（3）充分利用单片机的片内资源，能用软件实现的功能就不要扩展相应的硬件；（4）对开关量的输出/输出尽量使

6、用PLC普遍采用的扫描技术；（5）使用数字滤波技术、先进成熟的控制算法提高信号抗扰能力和系统的控制精度；（6）采用合理的数据结构来简化数据的存储和检索；（7）在保证实现控制功能地前提下，尽可能地使用执行时间短（机器周期数少）、占用内存少（指令字节数少）的指令编写程序。7.1.2系统设计的步骤7.1.3系统的可靠性设计1、元器件选择2、系统设计3、PCB设计7.2系统开发工具介绍7.2.1系统硬件开发工具单片机系统开发常用的硬件工具有编程器、仿真器和逻辑分析仪。当然，对于初学者来说不一定要全部备齐，可以利用单片机的ISP

7、功能加上KeilC51软件，同样可以进行一些小系统的开发。但是，真正做单片机的系统开发下面的设备是必要的。1、编程器编程器的主要功能是将编好的程序和数据写到单片机或存储器中。图7-2所示是SmartPRO5000U编程器。支持PHILIPS、ATMEL、WINBOND等众多半导体厂商的产品。主要性能如下：图7-2SmartPRO5000U编程器2、仿真器仿真器的主要功能是用可控制的手段来真实地模仿单片机的软件和硬件工作情况。图7-3和图7-4分别是高性能TKS668B仿真器软件界面和外观图。图7-3TKS668B仿真器

8、软件界面图7-4TKS668B仿真器3、逻辑分析仪逻辑分析仪的主要功能是进行逻辑分析、总线分析和协议分析等。图7-5LA5034逻辑分析仪7.2.2系统软件开发工具单片机学习及系统开发大致需要用到如下的一些应用软件。1、Debug8051软件图7-5Debug8051软件界面2、Keilc51软件Keilc51是德国知名公司Kei