論述單片機應用系統設計與開發

黃廣才 HUANG Guang-cai；易凱 YI Kai

（瀟湘職業學院，婁底 417000）

（Xiaoxiang Vocational College，Loudi 417000，China）

1 單片機應用系統設計原則

為優化單片機應用系統的組成結構，結合單片機應用系統的特點，實現單片機的各項功能的最大化，單片機應用系統設計的原則應該遵循以下方面：

1.1 優化軟件與硬件功能 軟件與硬件是單片機應用系統重要的組成部分，單片機內的功能實現需要借助軟件或者硬件來實現，有些功能則通過軟件和硬件都能完成，但是它們的處理效率是不同的，軟件能夠完成復雜的運算等，具有設計靈活的特點，但是其執行速度不如硬件，而硬件雖然執行速度快，但其靈活性差，因此在設計單片機應用系統時需要結合軟硬件的功能優化它們的任務。

1.2 自頂向下與自底向上相結合 一般來說單片機應用系統設計時應該根據單片機的總體任務進行相關的功能設計，但是要考慮局部功能的需要，也就是說在設計單片機系統的時候要充分考慮問題較為復雜的單片機功能，注意單片機任務之間的互動性。

1.3 以先進技術為方向，堅持器件解決問題 計算機技術更新速度非常快，先進技術的發展會拓展計算機技術的功能，同時也會導致一些計算機器件功能的不兼容，尤其是在集成電路或者新型電路模板出現后，單片機功能就會出現不兼容，因此在設計的時候要及時掌握市場最先進的技術信息，盡可能應用適合性強、集成度高的芯片。

2 單片機應用系統設計中存在問題

2.1 單片機的硬件性能不合格 單片機的硬件設施是保證單片機正常運行的基礎，如果硬件設施不合格，即使再功能完善的單片機連起碼的運行都不能保障，由于單片機技術的發展，人們在設計單片機應用系統的時候往往會忽視單片機的硬件設施，結果造成單片機硬件指標不能達到相應的要求，造成在企業應用中系統中不能使用。

2.2 軟件設計的不完善 單片機應用系統的軟件部分是單片機的生命，是單片機運行的核心，軟件功能的運行需要相應的程序編程，但是單片機應用系統設計過程中，由于受到設計人員專業知識或者其它原因的限制，軟件的程序編寫達不到最先進的編程設計要求，造成編寫的程序存在許多的漏洞，影響單片機的正常運行。而且在單片機軟件程序編寫完成以后，編程人員不對其進行系統的檢測，造成其在使用的過程中出現問題，影響單片機應用系統的整體功能發揮。

3 單片機應用系統設計過程

3.1 單片機應用系統組成 單片機應用系統主要有軟件系統和硬件系統兩大部分構成：軟件系統主要是單片機的程序系統，它是單片機的核心器件，單片機的軟件系統由軟件開發和實時軟件兩部分構成，實時軟件就是根據單片機控制系統的要求而進行的程序編寫，開發軟件就是在單片機設計、開發時所使用的軟件；硬件部分主要包括單片機的CPU、存儲區、若干I/O接口及外圍設備等。

3.2 單片機應用系統設計要求 單片機應用系統設計一定要按照相關的要求進行：①構成單片機的元器件一定要有質量保證，元器件是構成單片機的基礎，任何一個細微的元器件出現問題都會引起單片機的正常工作，因此單片機應用系統設計時首要的就是要使用性能穩定的元器件，以此提高單片機功能系統的穩定性，其次要提高單片機電路的穩定性，降低因為電路不穩定造成單片機電路出現斷電。②在設計單片機時要盡量保證單片機內部結構的簡單化，規范化，要將各個模板進行科學的歸置，尤其是控制開關的設計一定要本著簡單、便捷的原則進行設計，同時模板的設計安排也要考慮以后的維修問題。③簡化單片機硬件設施，提高軟件安全性。在設計單片機時要盡量降低單片機的體積，簡化它的結構，在不影響其功能性能的基礎上，要盡量對其結構進行簡單處理，同時也要注意對單片機的軟件安全處理，避免被一些外界程序所侵犯，造成企業生產程序被破壞。

3.3 單片機應用系統設計 單片機應用系統設計需要經過嚴格的總體設計、軟硬件功能設計以及單片機應用系統的在線調試以及性能測試三個環節。具體到單片機的實際設計應用中其沒有明顯的界限，它們之間相互影響、相互循環，并且每個階段是密不可分的。

3.3.1 單片機的總體設計方案 ①單片機在總體設計前要根據單片機應用系統的使用要求、技術指標等進行設計。②在確定了單片機應用系統的總體預定設計后，要進行實地的考察以及論證，確定具體的總體方案，并且對總體方案進行細化，確定字方案的設計要求。

3.3.2 軟件、硬件的功能設計 ①硬件和軟件并行設計與調試。軟件與硬件是單片機應用系統的主要組成部分，因此在設計單片機系統時需要同時開展軟件與硬件的設計工作，在開展軟件設計的同時也要進行硬件電路的設計工作，以此實現軟硬件設計的同步完成。②硬件和軟件聯調。在軟件、硬件都完成設計工作、安裝后，需要對其進行測試，當然測試的過程應該將軟件與硬件結合起來，具體是在軟件系統的支持下檢測單片機硬件功能的的運行情況，看其與軟件系統是否兼容，以及其運行是否穩定；再看相關硬件設計的基礎檢測軟件系統是否適應硬件設施環境，看軟件系統的穩定性以及安全性。③編制設計文件。單片機的編制文件是檢驗、維修單片機的重要依據，其內容主要包括：設計任務書、系統線路說明圖、軟件流程圖、元器件結構布局圖以及測試報告等。

3.3.3 單片機應用系統調試步驟與調試方法 ①硬件電路靜態調試。單片機電路的靜態調試主要是為了查找一些明顯的硬件問題，具體的調試步驟是：首先先仔細檢查電路連接是否符合電路設計要求，并且利用萬能表對線路進行線路連接狀況監測，保證線路之間連接的穩定；其次要對關鍵部位的電路進行重點檢測，防止因為關鍵部門線路發生短路，而影響單片機整體的電路發生故障；最后在完成電路的檢測并且保證電路沒有短路現象支護，在插入單片機芯片，并且接通電源，通過電壓力表檢測電路的電壓數值以及電極是否正確。②軟件調試。軟件調試就是利用相應的軟件系統對開發系統進行檢測，一般來說程序的編寫就是利用某些編程軟件，按照一定的格式、語法規則等將需要設定的程序輸入到開發系統中，并且將源程序開發為執行文件的過程。因此通過程序編程的輸入可以檢測出源程序的錯誤，并且給予修改的要求。所以軟件調試就是通過計算機與開發軟件系統的結合利用軟件進行開發軟件系統，在軟件調試以后可以通過下載或者其它手段將開發的軟件放置在靜態的硬件設施上進行軟件應用試驗。③動態在線調試。雖然在單片機的應用系統在完成了靜態調試和軟件調試階段之后，要想發揮其功能，還需要完成單片機的動態在線調試，因此單片機應用系統的應用是在贏家系統和軟件系統相互聯機的狀態下構成的，動態在線調試就是應用一種仿真開發工具進行，一般來說單片機中的一些硬件故障必須要在動態在線調試中才能發現，比如硬件部位的內部故障和部件之間的邏輯錯誤等。雖然有的軟件調試可以解決許多的錯誤，但是一些與硬件無關的故障則需要借助在線動態調試才能完成，比如計算機程序、數據處理程序等，還有就是與單片機硬件聯系密切的應用程序，更加需要將軟件系統與硬件系統結合起來進行動態在線調試才能發現問題的存在。

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