淺談單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求與特點(diǎn)

王高建

【摘要】單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要注意設(shè)計(jì)的基本要求與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)如果沒(méi)有基本要求，也就失去了系統(tǒng)存在的意義，比如設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)失去了可操作性，那么整個(gè)系統(tǒng)就失去了設(shè)計(jì)的目的。本文主要對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)要求和特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可操作性

1 設(shè)計(jì)的基本要求

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)有很多技術(shù)要求，但一個(gè)良好的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要滿足以下四個(gè)基本要求：

（1）可操作性

操作性強(qiáng)，涵蓋兩個(gè)方面的內(nèi)容：一個(gè)是使用方便，另一個(gè)是維修容易。這個(gè)要求對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是很重要的，硬件和軟件設(shè)計(jì)都要考慮這個(gè)問(wèn)題。應(yīng)用系統(tǒng)是由用戶(hù)自己編制或修改的，如果應(yīng)用程序采用機(jī)器語(yǔ)言直接編寫(xiě)，顯然是十分麻煩的，盡可能采用匯編語(yǔ)言，配上高級(jí)語(yǔ)言，以使用戶(hù)便于掌握。在硬件配置方面，應(yīng)該考慮使系統(tǒng)的控制開(kāi)關(guān)不能太多，太復(fù)雜，而且操作順序要簡(jiǎn)單等。

故障一旦發(fā)生，應(yīng)易于排除，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須考慮的。從軟件角度講，最好配置查錯(cuò)程序或診斷程序，以便在故障發(fā)生時(shí)用程序來(lái)查找故障發(fā)生的部位，從而縮短排除故障的時(shí)間。硬件方面，零部件的配置應(yīng)便于維修。

（2）通用性

通用性要好，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可以控制多個(gè)設(shè)備和不同的過(guò)程參數(shù)，但各個(gè)設(shè)備和控制對(duì)象的要求是不同的，而且控制設(shè)備還有更新，控制對(duì)象還有增減。系應(yīng)統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮能適應(yīng)各種不同設(shè)備和各種不同的控制對(duì)象，使系統(tǒng)不必大改動(dòng)就能很快適應(yīng)新的情況。這就要求系統(tǒng)的通用性要好，能靈活的進(jìn)行擴(kuò)充。

要使控制系統(tǒng)達(dá)到這樣的要求，設(shè)計(jì)時(shí)必須使系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)接口，并盡可能采用通用的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，以便在需要擴(kuò)充時(shí)，只要增加插件版就能實(shí)現(xiàn)。接口最好采用通用的接口芯片，在速度允許的情況下，盡可能把接口硬件部分的操作功能用軟件實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)指標(biāo)留有一定的余量，這樣便于系統(tǒng)功能擴(kuò)展，也便于系統(tǒng)升級(jí)。如CPU的工作速度、電源功率、內(nèi)存容量、過(guò)程通道等，均應(yīng)留有一定余度。

（3）可靠性

可靠性要高，是應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的一個(gè)基本要求。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將造成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的混亂，引起嚴(yán)重后果。特別是對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)模塊的可靠性要求應(yīng)更嚴(yán)格。

在大型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，因?yàn)橛布r(jià)格不高，故經(jīng)常配置常規(guī)控制裝置作為后備，一旦計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就把后備裝置切換到控制回路中去，以維持生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行。而單片計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)或PLC控制系統(tǒng)的硬件價(jià)格較低，通常可組成多微處理器控制系統(tǒng)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。

（4）性?xún)r(jià)比

一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否被廣泛使用，關(guān)鍵在于是否有較高的性能/價(jià)格比，而硬件電路軟件化是提高系統(tǒng)性能性?xún)r(jià)比的較好的方法，它是將需要通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的功能通過(guò)軟件編程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減少硬件成本，提高其使用的靈活性，能用軟件實(shí)現(xiàn)的功能盡量不用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，以求實(shí)現(xiàn)最高的性能價(jià)格比。

在設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，把握上述四個(gè)方面是至關(guān)重要的，由目的和設(shè)計(jì)要求去設(shè)計(jì)才能設(shè)計(jì)出實(shí)用性請(qǐng)、適合應(yīng)用的單片機(jī)系統(tǒng)。

2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須把系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)和功能合理的分配給硬件和軟件，既要考慮系統(tǒng)的價(jià)格，又要考慮系統(tǒng)滿足實(shí)時(shí)性的工作速度，做到硬件軟件合理權(quán)衡，并盡量節(jié)省機(jī)器時(shí)間和內(nèi)存控制。

硬件設(shè)計(jì)采用大規(guī)模集成電路，這不但使組件減少，而且對(duì)設(shè)計(jì)人員所需要的電子線路技術(shù)要求低。由于控制對(duì)象不同，以及外圍設(shè)備各異，因此輸入輸出接口設(shè)計(jì)和輸入控制程序的設(shè)計(jì)，是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中很重要的一環(huán)。各種微處理器都有大量可供選擇的通用和專(zhuān)用接口組件，恰當(dāng)?shù)谶x擇它們也是十分重要的。

在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員往往可以借用計(jì)算機(jī)廠家提供的系統(tǒng)軟件，而主要任務(wù)是進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。后者應(yīng)根據(jù)測(cè)試對(duì)象和系統(tǒng)的具體要求選擇恰當(dāng)?shù)目刂扑惴ā?duì)較大的應(yīng)用系統(tǒng)，由于有比較齊全的系統(tǒng)軟件和較大的存錯(cuò)容量，在滿足實(shí)時(shí)性和輸入輸出要求的前提下，有可能采用高級(jí)語(yǔ)言編制應(yīng)用程序。對(duì)比較一般的控制系統(tǒng)，由于存儲(chǔ)容量有限，不可能配備齊全的系統(tǒng)軟件，故應(yīng)以匯編語(yǔ)言作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。由控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員編寫(xiě)的應(yīng)用程序，往往通過(guò)人工匯編或交叉匯編來(lái)產(chǎn)生目標(biāo)程序。對(duì)比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，一般不應(yīng)要求有自匯編功能。由于單片機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所用器件集成度高，沒(méi)有監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一般只有簡(jiǎn)單的控制面板，故所編寫(xiě)的程序難以在自身系統(tǒng)上調(diào)試。加之，硬件和程序往往同時(shí)研制，程序又必須在實(shí)時(shí)條件下完成復(fù)雜的輸入輸出操作，硬件的各個(gè)部件彼此通過(guò)總線連接，內(nèi)部狀態(tài)不能直接溝通，因而硬件和程序的故障往往混雜在一起，難以分析和排除。這樣，用一般的測(cè)試手段和工具，已不能適用要求，需要有高級(jí)的開(kāi)發(fā)工具。

3 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)涉及硬件系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)，采取的措施多而復(fù)雜。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)條件與目標(biāo)要求，制定應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性等級(jí)，合理采用硬件可靠性措施，充分利用軟件的可靠性設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其核心技術(shù)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，抓住系統(tǒng)的方案確定、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)試方法的要點(diǎn)是十分必要的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李華，孫曉民等：《MCS—51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)》[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，2004 年.

[2]張迎新，杜小平等：《單片機(jī)初級(jí)教程（單片 機(jī) 基礎(chǔ) ）》[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，2003 年.

[3]何立民 ：《單片機(jī)高級(jí)教程 （應(yīng)用與設(shè)計(jì)）》[M]，北京航空航天大學(xué)出版社 ，2001 年.