淺談單片機應用系統設計的基本要求與特點

王高建

【摘要】單片機應用系統設計的過程中，需要注意設計的基本要求與系統設計的特點，因為設計出來的系統如果沒有基本要求，也就失去了系統存在的意義，比如設計出的系統失去了可操作性，那么整個系統就失去了設計的目的。本文主要對單片機應用系統設計的幾個要求和特點進行介紹。

【關鍵詞】單片機 系統設計 可操作性

1 設計的基本要求

在單片機應用系統設計的過程中會有很多技術要求，但一個良好的單片機應用系統，在進行設計時要滿足以下四個基本要求：

（1）可操作性

操作性強，涵蓋兩個方面的內容：一個是使用方便，另一個是維修容易。這個要求對應用系統來說是很重要的，硬件和軟件設計都要考慮這個問題。應用系統是由用戶自己編制或修改的，如果應用程序采用機器語言直接編寫，顯然是十分麻煩的，盡可能采用匯編語言，配上高級語言，以使用戶便于掌握。在硬件配置方面，應該考慮使系統的控制開關不能太多，太復雜，而且操作順序要簡單等。

故障一旦發生，應易于排除，這是系統設計者必須考慮的。從軟件角度講，最好配置查錯程序或診斷程序，以便在故障發生時用程序來查找故障發生的部位，從而縮短排除故障的時間。硬件方面，零部件的配置應便于維修。

（2）通用性

通用性要好，計算機應用系統可以控制多個設備和不同的過程參數，但各個設備和控制對象的要求是不同的，而且控制設備還有更新，控制對象還有增減。系應統設計時應考慮能適應各種不同設備和各種不同的控制對象，使系統不必大改動就能很快適應新的情況。這就要求系統的通用性要好，能靈活的進行擴充。

要使控制系統達到這樣的要求，設計時必須使系統設計標準化，盡量采用標準接口，并盡可能采用通用的系統總線結構，以便在需要擴充時，只要增加插件版就能實現。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現。

系統設計時的設計指標留有一定的余量，這樣便于系統功能擴展，也便于系統升級。如CPU的工作速度、電源功率、內存容量、過程通道等，均應留有一定余度。

（3）可靠性

可靠性要高，是應用系統設計最重要的一個基本要求。一旦系統出現故障，將造成整個生產過程的混亂，引起嚴重后果。特別是對單片機系統模塊的可靠性要求應更嚴格。

在大型計算機應用系統中，因為硬件價格不高，故經常配置常規控制裝置作為后備，一旦計算機控制系統出現故障，就把后備裝置切換到控制回路中去，以維持生產過程的正常運行。而單片計算機應用系統或PLC控制系統的硬件價格較低，通常可組成多微處理器控制系統來提高系統的可靠性。

（4）性價比

一個單片機系統能否被廣泛使用，關鍵在于是否有較高的性能/價格比，而硬件電路軟件化是提高系統性能性價比的較好的方法，它是將需要通過硬件實現的功能通過軟件編程的方式來實現。在進行總體設計時，應盡量減少硬件成本，提高其使用的靈活性，能用軟件實現的功能盡量不用硬件來實現，以求實現最高的性能價格比。

在設計單片機應用系統時，把握上述四個方面是至關重要的，由目的和設計要求去設計才能設計出實用性請、適合應用的單片機系統。

2 單片機應用系統設計的特點

在進行應用系統設計時，系統設計人員必須把系統要實現的任務和功能合理的分配給硬件和軟件，既要考慮系統的價格，又要考慮系統滿足實時性的工作速度，做到硬件軟件合理權衡，并盡量節省機器時間和內存控制。

硬件設計采用大規模集成電路，這不但使組件減少，而且對設計人員所需要的電子線路技術要求低。由于控制對象不同，以及外圍設備各異，因此輸入輸出接口設計和輸入控制程序的設計，是整個控制系統設計中很重要的一環。各種微處理器都有大量可供選擇的通用和專用接口組件，恰當第選擇它們也是十分重要的。

在軟件設計時，控制系統設計人員往往可以借用計算機廠家提供的系統軟件，而主要任務是進行應用程序的設計。后者應根據測試對象和系統的具體要求選擇恰當的控制算法。對較大的應用系統，由于有比較齊全的系統軟件和較大的存錯容量，在滿足實時性和輸入輸出要求的前提下，有可能采用高級語言編制應用程序。對比較一般的控制系統，由于存儲容量有限，不可能配備齊全的系統軟件，故應以匯編語言作為應用程序設計的基礎。由控制系統設計人員編寫的應用程序，往往通過人工匯編或交叉匯編來產生目標程序。對比較簡單的系統，一般不應要求有自匯編功能。由于單片機計算機控制系統所用器件集成度高，沒有監測點，一般只有簡單的控制面板，故所編寫的程序難以在自身系統上調試。加之，硬件和程序往往同時研制，程序又必須在實時條件下完成復雜的輸入輸出操作，硬件的各個部件彼此通過總線連接，內部狀態不能直接溝通，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，用一般的測試手段和工具，已不能適用要求，需要有高級的開發工具。

3 結語

單片機應用系統的可靠性設計涉及硬件系統的抗干擾設計和軟件系統的抗干擾設計，采取的措施多而復雜。 實際應用時，應根據設計條件與目標要求，制定應用系統的可靠性等級，合理采用硬件可靠性措施，充分利用軟件的可靠性設計，提高系統的抗干擾能力。單片機控制技術應用越來越廣泛，其核心技術是單片機控制系統的設計。對工程技術人員來說，抓住系統的方案確定、硬件設計、軟件設計以及系統調試方法的要點是十分必要的。

【參考文獻】

[1]李華，孫曉民等：《MCS—51 系列單片機實用接口技術》[M]，北京航空航天大學出版社，2004 年.

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

[3]何立民 ：《單片機高級教程 （應用與設計）》[M]，北京航空航天大學出版社 ，2001 年.