單片機控制系統的設計與調試方法研究

高瑞

【摘 要】單片機之所以能夠得到極為廣泛地應用，是因為它功能強大，以及輕便靈活性能穩定，對于這一控制系統來講最為關鍵的部分是它的設計，這是單片機的技術核心。本文通過對單片機結構的深入研究和系統分析的同時，也探討了單片機軟硬件的整個設計過程，并在此基礎上著重介紹了對于它整個系統的調試過程，并參照相關資料以及大量案例總結出了系統調試的手段。

【關鍵詞】系統設計；單片機控制；調試手段

0 前言

我國經濟實力的全面提升，為科學技術的發展打下了良好的基礎，在這個背景下，科學技術在不斷取得突破的同時，也推動了電路系統的進步，發展方向逐漸邁向了高度集成化，相關技術也不斷地成熟和完善，CPU制造領域中的技術手段和方法也變得越來越多樣化，并且能夠發揮出極高的實用價值。其中單片機系統的發展最為突出，不僅在科技進步的大趨勢下得到進一步集成化的發展，同時還極大地精簡了相關的技術成本，使得其在集成電路領域中得到了極為廣泛的普及。

1 單片機控制的系統

CPU是單片機系統的核心部分，在整個系統中發揮著神經中樞的作用，在這一部分進行全方位的優化和升級，將會使得控制整個工業生產過程變得更加簡單和方便。設計是這一系統產生過程中最為重要的環節，在這一環節中不僅要對整體的方案進行精密嚴謹的設計，與此同時還要進行單片機以及變送器的選擇，除此之外還要在各類參數檢測構件的同時進行精確的建模，并且還要進行階段性的設計部署，分別完成軟硬件的系統設計，并在最后的環節中調試整個系統。在具體的設計過程中，還要做到利弊權衡和綜合考量，不僅要參照實際的系統規格需求制定出科學的控制方案，還要依據控制系統的具體規格和標準確定工藝參數以及他的測量范圍。在設計的過程中，不僅需要對硬件有著一定程度上的了解和研究，還需要具備靈活的應變能力以便于針對不同的情況進行不同形式的軟件設計，除此之外還有對工藝參數和相關性能的深入了解。在特殊情況下不僅學要了解控制對象的性能和現實狀態，還需要對它的數學模型作深入的研究[1]。

2 系統設計總方案

在進行系統總方案的具體設計之前，全面充分的了解和掌握被控對象的具體狀況，這與總方案的設計關聯很大，會直接對系統的總體性能產生影響，還會導致實施細則產生差異。設計的方式有很多種：①根據具體的情況和實際的需求科學的選擇控制系統的最終種類，這其中不僅有閉環系統，還有開環系統，除此之外還包括數據處理系統在內；②檢測元件在控制系統中存在較大的影響，會直接對整個系統的控制精度產生決定性作用，在這種情況下必須科學的選擇出測量元件，這有這樣才能夠保證測量參數的精準程度；③在微型機的整個控制系統中，執行機構是其中最關鍵的部分，只有根據實際的需求將這一部分確定，并兼顧到其與控制算法的匹配與否，才能將系統的基礎打牢；④根據系統的整體規格，以及操作手法確定與其相匹配的外圍設施，并將系統運作的原理描繪出來且制作成圖[2]。

3 硬件系統設計

單片機系統有著高度集成化的整體優勢，在系統的內部不僅包含了I＼O控制線，還包括了存儲器，除此之外還有計算器的存在，盡管如此，依舊有擴展接口的必要。購買接口板是擴展接口的方式之一，除此之外還可以通過設計匹配的芯片來進行接口擴展。

①擴展存儲器：在單片機系統中所應用的存儲器不僅需要進行相關數據的存儲，還需要存儲其中的運作程序，所以相對于同種型號的微型機來講，單片機對存儲容量的要求更高，在對存儲器實施擴展處理時，一定要充分的了解單片機的型號規格以及種類，而且要分別儲存程序和數據。

②擴展模擬量輸入的通道：在對輸送通道實施擴展處理時，必須要根據實際需要作出科學判斷，以此來確定數據采集的結構以及形式。人們使用系統中的絕大多數都是將S＼H形式結合起A＼D形式來使用，使兩者達到共享的狀態，但是當涉及到相關的檢測時，卻只能夠對A＼D進行共享，并對S＼H進行多路選用；其次在選擇轉換器時要進行慎重的考慮，并將其加入到設計的環節之中，在通常情況下，A＼D轉換器的具體位數越低與系統的匹配程度越高。

③擴展模擬量輸出的通道：模擬量輸出的通道能夠起到很大的聯絡作用，能夠將執行機構有機的連接到單片機系統中，在設計的過程中，要充分考慮到執行機構的具體類型，除此之外還應該兼顧到通道數量，步進電機搜集數據的方式較為直接，只要單片機進行直接的數據輸出就能夠達到目的。但是很多執行機構做不到數據的直接搜集，只能夠通過轉換器的處理之后傳送到執行機構中。

④設計開關量接口：二進制的數據通常只有兩種狀態，這種數據形式能夠很好地表示出開關量，布爾處理機在單片機中占據著重要的位置，能夠對開關量進行極為方便的處理，從而達到阻止干擾的目的，這樣一來，將單片機分離于外圍設施的有效工具就是光電隔離器[3]。

4 軟件系統設計

軟件系統在單片機系統中起著神經中樞的作用，在一定程度上控制著執行機構，其中包含了系統軟件，同時還存在著應用軟件。在對軟件系統部分進行設計時一定要保證它的穩定性，使得系統在整個工作過程中的狀態能夠明顯的反映出來；一定要保證軟件的設計能夠與硬件的設計相互匹配，并最終達到統一的標準，不僅如此，要加強軟件的功能使其能夠發揮更大的實用價值，這樣能夠減小硬件的成本投入；應用軟件的技術特點應該具備一定程度上的普遍性，不僅如此還應該使應用軟件的實用價值更強。開發軟件的過程可以總體上分為幾個環節，首先是將模塊的功能屬性進行劃分，并且將程序的形式結構進行整體的規劃，在此基礎上根據不同模塊制作出不同的流程圖，之后在程序的編寫過程中科學的選擇出合適的程序語言，最后將所有的模塊勾連起來形成一個整體的運作系統，構架起一套完整的程序[4]。

5 系統調試

所謂的系統調試包含著兩方面的內容，軟件調試和硬件調試。對硬件系統進行調試是為了將設計工藝之中存在的硬性故障排查出去，除此之外，設計中出現的錯誤也是硬件調試的排查目標。對軟件系統進行調試主要是為了掌握和測試目標代碼，確定目標代碼的準確性之后，將代碼正常寫入，系統就能夠正常的運轉起來。在分別完成兩大系統的調試之后，就可以開展兩者之間的配合調試，通過實驗室的實驗仿真進行，在逐步完善過程中，使得軟硬件實現完美的吻合與匹配。

6 結語

單片機技術在市場中的應用范圍在逐漸的擴大，在其中起到關鍵性作用的是設計環節。對于專業的設計人員必須做好幾個環節的準備，首先要清楚整個系統的構成，除此之外就是對于軟硬件的分別設計，在這些基礎上通過正確的方式對系統進行全面的調試，只有從這幾個環節進行把關才能夠做好總體以及分步的設計工作。

【參考文獻】

[1]張家田，董秀蓮.單片機控制系統的設計與調試方法[J].現代電子技術，2012（12）：13.

[2]董海濤.基于單片機控制的電磁振動式播種控制系統的設計[J].廣西大學學報，2013（05）：01.

[3]王麗維.基于單片機控制的種子包衣控制系統的設計[J].甘肅農業大學學報，2013（06）：01.

[4]薛龍，柳志成，楊震.步進電機步距角細分單片機控制系統設計和研究[J].新技術新工藝，2010（02）：25.

[責任編輯：薛俊歌]