王高建

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

【關鍵詞】單片機 系統(tǒng)設計 可操作性

1 設計的基本要求

在單片機應用系統(tǒng)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(tǒng)，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(nèi)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)生，應易于排除，這是系統(tǒng)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(fā)生時用程序來查找故障發(fā)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(tǒng)可以控制多個設備和不同的過程參數(shù)，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(tǒng)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(tǒng)不必大改動就能很快適應新的情況。這就要求系統(tǒng)的通用性要好，能靈活的進行擴充。

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

系統(tǒng)設計時的設計指標留有一定的余量，這樣便于系統(tǒng)功能擴展，也便于系統(tǒng)升級。如CPU的工作速度、電源功率、內(nèi)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(tǒng)設計最重要的一個基本要求。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將造成整個生產(chǎn)過程的混亂，引起嚴重后果。特別是對單片機系統(tǒng)模塊的可靠性要求應更嚴格。

在大型計算機應用系統(tǒng)中，因為硬件價格不高，故經(jīng)常配置常規(guī)控制裝置作為后備，一旦計算機控制系統(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)過程的正常運行。而單片計算機應用系統(tǒng)或PLC控制系統(tǒng)的硬件價格較低，通?？山M成多微處理器控制系統(tǒng)來提高系統(tǒng)的可靠性。

（4）性價比

一個單片機系統(tǒng)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(tǒng)性能性價比的較好的方法，它是將需要通過硬件實現(xiàn)的功能通過軟件編程的方式來實現(xiàn)。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(xiàn)的功能盡量不用硬件來實現(xiàn)，以求實現(xiàn)最高的性能價格比。

在設計單片機應用系統(tǒng)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(tǒng)。

2 單片機應用系統(tǒng)設計的特點

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

硬件設計采用大規(guī)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(tǒng)設計中很重要的一環(huán)。各種微處理器都有大量可供選擇的通用和專用接口組件，恰當?shù)谶x擇它們也是十分重要的。

在軟件設計時，控制系統(tǒng)設計人員往往可以借用計算機廠家提供的系統(tǒng)軟件，而主要任務是進行應用程序的設計。后者應根據(jù)測試對象和系統(tǒng)的具體要求選擇恰當?shù)目刂扑惴ā^大的應用系統(tǒng)，由于有比較齊全的系統(tǒng)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(tǒng)，由于存儲容量有限，不可能配備齊全的系統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)生目標程序。對比較簡單的系統(tǒng)，一般不應要求有自匯編功能。由于單片機計算機控制系統(tǒng)所用器件集成度高，沒有監(jiān)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(tǒng)上調(diào)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(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，用一般的測試手段和工具，已不能適用要求，需要有高級的開發(fā)工具。

3 結(jié)語

單片機應用系統(tǒng)的可靠性設計涉及硬件系統(tǒng)的抗干擾設計和軟件系統(tǒng)的抗干擾設計，采取的措施多而復雜。 實際應用時，應根據(jù)設計條件與目標要求，制定應用系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的設計。對工程技術人員來說，抓住系統(tǒng)的方案確定、硬件設計、軟件設計以及系統(tǒng)調(diào)試方法的要點是十分必要的。

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