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1、项目项目10 10 单片机应用系统综合设计单片机应用系统综合设计 10.1 10.1 单片机应用系统设计方法与步骤单片机应用系统设计方法与步骤项目项目10 单片机应用系统综合设计单片机应用系统综合设计概括起来，单片机应用系统的开发过程主要有下面几个步骤：可行性调研；总体方案设计；设计方案细化；确定软硬件功能；应用系统硬件设计；应用系统软件设计；仿真调试；固化应用程序；脱机运行等。项目项目10 单片机应用系统综合设计单片机应用系统综合设计10.1.1方案的确定方案的确定 方案的确定可以分为总体方案设计、设计方案细化以，确定软硬件功能等两个部分。（1）总体方案设计：在进行可行性调研后，如果可以立项
2、，下一步工作就是系统总体方案的设计。工作的重点应放在该项目的技术难度上，此时可参考这一方面有关更详细、更具体的资料，不能理解成什么任务都采用新技术，应根据系统的不同部分和需实现的功能，参考国内外同类产品的性能，提出合理而可行的技术指标，编写出设计任务书，从而完成系统总体方案设计。（2）设计方案细化，确定软硬件功能：v 一旦总体方案确定下来，下一步的工作就是将该项目细化，即需明确哪些部分用硬件来完成，哪些部分用软件来完成。由于硬件结构与软件方案会相互影响，因此，从简化电路结构、降低成本、减少故障率、提高系统的灵活性与通用性方面考虑，提倡软件能实现的功能尽可能由软件来完成，但也应考虑以软件代硬件的
3、实质是以降低系统实时性、增加处理时间为代价的，而且软件设计费用、研制周期也将增加，因此系统的；软、硬件功能分配应根据系统的要求及实际情况而合理安排，统一考虑。单片机应用系统的硬件设计包括两大部分内容：一是单片机系统的扩展部分设计。它包括存储器扩展和接口扩展。存储器的扩展指EPROM、EEPROM和RAM的扩展，接口扩展是指8255、8155、8279以及其它功能器件的扩展。二是各功能模块的设计。如信号测量功能模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通讯功能模块等，根据系统功能要求配置相应的A/D、D/A、键盘、显示器、打印机等外围设备。项目项目10 单片机应用系统综合设计单片机应用系统综合设
4、计10.1.2 系统硬件设计系统硬件设计系统的电路设计应注意以下几个方面：（1）存储器扩展：容量需求，在选择单片机时就考虑到单片机的内部存储器资源，如能满足要求就不需要进行扩展，在必须扩展时注意存储器的类型、容量和接口，一般尽量留有余地，并且尽可能减少芯片的数量。选择合适的方法、ROM和RAM的形式，RAM是否要进行掉电保护等。（2）I/O接口的扩展：单片机应用系统在扩展I/O接口时应从体积、价格、负载能力、功能等几个方面考虑。应根据外部需要扩展电路的数量和所选单片机的内部资源（空闲地址线的数量）选择合适的地址译码方法。（7）印刷电路板的设计与制作：电路原理图和印刷电路板的设计常采用专业设计软
5、件进行设计，如Protel，OrCAD等。设计印刷电路板需要有很多的技巧和经验，设计好印刷电路板图后应送到专业化制作厂家生产，在生产出来的印刷电路板上安装好元件，则完成硬件设计和制作。（8）负载容限的考虑：单片机总线的负载能力是有限的。如MCS-51的P0口的负载能力为4mA，最多驱动8个TTL电路，P1P3口的负载能力为2mA，最多驱动4个TTL电路。若外接负载较多，则应采取总线驱动的方法提高系统的负载容限。常用驱动器有：单向驱动器74LS244，双向驱动器74LS245等。（9）信号逻辑电平兼容性的考虑：在所设计的电路中，可能兼有TTL和CMOS器件，也有非标准的信号电平，要设计相应的电平
6、兼容和转换电路。当有RS-232，RS-485接口时，还要实现电平兼容和转换。常用的集成电路有MAX232，MAX485等。（10）电源系统的配置：单片机应用系统一定需要电源，要考虑电源的组数、输出功率、抗干扰。要熟悉常用三端稳压器（78系列、79系列）、精密电源（AD580，MC1403，CJ313/336/385，W431）的应用。（11）抗干扰的实施：采取必要的抗干扰措施是保证单片机系统正常工作的重要环节。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。项目项目10 单片机应用系统综合设计单片机应用系统综合设计系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的。软件的功能可分为二大类。
7、一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量、计算、显示、打印、输出控制等；另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度角色。项目项目10 单片机应用系统综合设计单片机应用系统综合设计10.1.3 系统软件设计系统软件设计（1）总体规划：软件所要完成的任务已在总体设计时规定，在具体软件设计时，要结合硬件结构，进一步明确软件所承担的一个个任务细节，确定具体实施的方法，合理分配资源。（2）程序设计技术：合理的软件结构是设计一个性能优良的单片机应用系统软件的基础。在程序设计中，应培养结构化程序设计风格，各功能程序实行模块化、子程序化。(3）程序设计：在选择
8、好软件结构和所采用的程序设计技术后，便可着手进行程序设计，将设计任务转化为具体的程序。(4）要合理分配系统资源，包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等。其中最关键的是片内RAM分配。(5）注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。(6）加强软件抗干扰设计，它是提高计算机应用系统可靠性的有力措施。(7）软件装配：各程序模块编辑之后，需进行汇编或编译、调试，当满足设计要求后，将各程序模块按照软件结构设计的要求连接起来，即为软件装配，从而完成软件设计。在软件装配时，应注意软件接口。项目项目10 单片机应用系统综合设计单片机应用系统综合设计设计人员在进行程序设计时应从以下几个方面加以
9、考虑：（2）软件调试 软件调试的任务是利用开发工具进行在线仿真调试，发现和纠正程序错误。一般采用先分别测试各子程序程序模块，在进行子程序模块联调的方法。硬件和软件调试完成之后，应进行系统调试。系统调试是单片机应用系统设计的最后阶段，也就是脱机运行两个部分。（3）固化应用程序，脱机运行 在仿真调试完毕后，借助开发系统的编程器或专用编程器，将调试完毕的应用程序写入EPROM或EEPROM。因写入EPROM中的程序和数据不可修改，且停电后也不会丢失，所以称为程序固化。把固化了程序的EPROM插入目标系统，目标系统就可以现场独立运行。将固化好程序的ROM插回到应用系统电路板的相应位置，即可脱机运行。系统试运行要连续运行相当长的时间，以考验其稳定性。并要进一步进行修改和完善处理。项目项目10 单片机应用系统综合设计单片机应用系统综合设计