單片機應用系統的設計與開發主要包括五部分內容：方案論證，硬件系統的設計，系統軟件的設計，系統仿真調試和脫機運行。

        一、方案論證

        確定開發題目后，首先要進行方案調研，這個過程至關重要，制定出一個好的方案，會使后面的開發工作較為順利。調研工作主要解決以下幾個問題：

        (1) 了解用戶的需求，確定設計規模和總體框架。

        (2) 摸清軟硬件技術難度，明確技術主攻問題。

        (3) 針對主攻問題開展調研工作，查找中外有關資料，確定初步方案。

        (4) 單片機應用開發技術是軟硬件結合的技術，方案設計要權衡任務的軟硬件分工。有時硬件設計會影響到軟件程序結構。如果系統中增加某個硬件接口 芯片，而給系統程序的模塊化帶來了可能和方便，那么這個硬件開銷是值得的。在無礙大局的情況下，以軟件代替硬件正是計算機技術的長處。

        (5) 盡量采納可借鑒的成熟技術，減少重復性勞動。

        二、硬件系統的設計

        單片機應用系統的設計可劃分為兩部分：一部分是與單片機直接接口的數字電路范圍的電路芯片的設計。如存儲器和并行接口的擴展，定時系統、中斷系統擴展，一般的外部設備的接口，甚至于A/D、D/A 芯片的接口。另一部分是與模擬電路相關的電路設計，包括信號整形、變換 、隔離和選用傳感器;輸出通道中的隔離和驅動以及執行元件的選用。應用系統的設計應注意以下幾個方面：

        (1) 從應用系統的總線觀念出發，各局部系統和通道接口設計與單片機要做到全局一盤棋。例如，芯片間的時間是否匹配，電平是否兼容，能否實現總線隔離緩沖等，避免“拼 盤”戰術。

        (2) 盡可能選用符合單片機用法的典型電路。

        (3) 盡可能采用新技術，選用新的元件及芯片。選用集成度高的芯片，以減少芯片數量，縮小印制板面積。例如，選用含有 51 內核的擴展多功能接口的單片機新機種 ，取代 8031 向外的一大片電路。選用無粘合接口，如數據采集系統等集成度高、功能強的數字或模擬電路芯片，取代許多小規模集成電路芯片的集合。選用 PLD 可編程邏輯器件，取代部分電路設計。

        (4) 抗干擾設計是硬件設計的重要內容，如看門狗電路、去耦濾波、通道隔離、合理的印制板布線等。

        (5) 當系統擴展的各類接口芯片較多時，要充分考慮到總線驅動能力。當負載超過允許范圍時，為了保證系統可靠工作，必須加總線驅動器。

        (6) 可用印制板輔助設計軟件，如 PROTEL 進行印制板的設計。

        三、應用軟件設計

        應用系統中測控任務的實現最終是靠程序的執行來完成的。應用軟件設計的如何，將決定系統的效率和它的優劣。軟件設計需注意以下幾個方面：

        (1) 采用模塊程序設計。模塊程序是把一個較長的完整的程序，如監控程序，分成若干個小的功能程序模塊，在分別進行獨立設計、編程、調試之后，最終裝配在一起，鏈接成一個完整的程序。模塊化程序設計便于程序移植和修改。

        (2) 采用自頂向下的程序設計。程序設計時，先從系統主程序開始設計，從屬的程序或子程序用程序標志代替。當主程序編好后，再將標志擴展為從屬程序或子程序。

        (3) 外部設備和外部事件盡量采用中斷方式與 CPU 聯絡，這樣 ，既便于系統模塊化，也可提高程序效率。

        (4) 近幾年推出的單片機開發系統，有些是支持高級語言的，如 C51 與 PL/M96 的編程和在線跟蹤調試。與匯編語言編程相比，使用高級語言編程，可大大提高開發和調試效率，而得到的目標代碼質量可與匯編語言相媲美。

        (5) 目前已有一些實用子程序發表，程序設計時可適當使用，其中包括運行子程序和控制算法程序等。

        (6) 系統的軟件設計應充分考慮到軟件抗干擾措施。如數字濾波，程序跑飛的軟件陷阱，軟件 WATCHDOG，軟件的容錯設計等。

        四、軟硬件調試

        一個單片機應用系統，經過方案論證，硬件設計，印制板設計加工和焊接，軟件的編寫，還要進行軟硬件的調試，驗證理論設計的正確性。由于單片機沒有自開發能力，其應用系統調試需借助于單片機開發系統。

        單片機系統主要的功能是：

        (1) 程序的錄入、編輯和交叉匯編功能。

        (2) 提供仿真 RAM 、仿真單片機。

        (3) 支持用戶匯編語言(有的同時支持高級語言) 源文件跟蹤調試。

        (4) 目前一般的開發裝置都有與通用微機的聯機接口，可以利用微機環境進行調試。

        (5) EPROM 的寫入功能。

        在利用開發裝置進行調試時，應先把硬件電路調通。硬件調試可采用分塊調試的方法，先易后難，先局部調試，都通過后再總調。對硬件 的分塊調試可編制相應模塊的測試程序，有的測試程序稍加改動就可成為功能模塊程序。

        在硬件基本調通，驗證存儲空間分配可行時，進行自頂向下的主程序的設計調試。程序的調試需在 DEBUG 環境下進行，用斷點調試或連續調試 的方法，通過程序執行過程中內存或有關寄存器的狀態變化找出故障點，也可借助于儀器儀表測試電路的狀態和波形來驗證軟硬件的正確性。

        五、EPROM 固化

        所有開發裝置調試通過的程序，最終要脫機運行，即將仿真 ROM 中運行的程序固化到 EPROM 脫機運行。但在開發裝置上運行正常的程序，固化后脫機運行并不一定同樣正常。若脫機運行有問題，需分析原因，如是否總線驅動功能不夠，或是對接口芯片操作的時間不匹配等。經修改的程序需再次寫入。

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