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第7章 单片机应用系统设计与开发 本章基本要求：通过对本章的学习主要了解一个单片机系统设计的全过程，包括：提出要求、 方案确定、硬件设计、软件设计、系统可靠性设计及最后的调试通过、产品定型等。 7.1 单片机应用系统设计概述 7.1.1 设计要求与设计步骤 (1) 设计要求 单片机应用系统大多数用于工业环境、嵌入到其它设备或作为部件组装到某种产品中，所 以单片机应用系统的设计应满足以下要求： ● 高可靠性 ● 较强的环境适应能力 ● 较好的实时性 ● 易于操作和维护 ● 具有一定的可扩充性 ● 具有通信功能 (2) 设计步骤 单片机不同应用系统的开发过程基本相似，其一般步骤可以分为需求分析，总体方案设计、 硬件设计与调试、软件设计与调试、系统功能调试与性能测试、产品验收和维护、文件编制和 技术归档等。 ① 需求分析 需求分析就是要明确所设计的单片机应用系统要“做什么”和“做的结果怎样”。需求分 析阶段的结果是形成可操作的设计需求任务书。任务书应包含单片机应用系统所应具有的功能 特性和性能指标等主要内容。如果是自主开发产品，还应附有市场调研和可行性论证等内容； 如果是委托开发，则应该与委托方讨论拟制的需求任务书是否满足对方的需求。 ② 总体方案设计 总体方案设计就是要从宏观上解决“怎么做”的问题。其主要内容应包括：技术路线或设 计途径、采用的关键技术、系统的体系结构、主要硬件的选型和加工技术、软件平台和开发语 言、测试条件和测试方法、验收标准和条文等。如果是委托开发，设计需求任务书和总体方案 设计的主要内容往往以技术文件的形式附于合同书之后。 ③ 硬件设计 硬件设计的主要内容是基于总体方案设计，选择系统所需的各类元器件、设计系统的电子 线路图和印刷电路板、安装元器件的调试硬件线路。硬件设计应确保功能设计和接口设计满足 系统的需求，并且充分考虑和软件的协调工作关系，注重选用高集成度的器件和采用硬件软化、 软件硬化等设计技术。 ④ 软件设计 本阶段的主要任务是：基于软件工程的思想，拟制出本系统的软件设计方案，划分出主要 的软件模块、根据需要绘制部分软件模块的流程图、调试程序和测试软件的基本功能。 ⑤ 系统功能调试与测试 本阶段的重点是：基于系统的设计需求，进行系统功能调试和性能指标的测试，形成测试 报告，核对用户需求或设计需求和系统现有功能、指标的一致性程度，提出修改意见，循环上 1 述某些步骤，直至满足需求。 ⑥ 产品验收和维护 单片机应用系统设或产品开发结束后，必须经过用户的验收。属于国家或部委的科研项目， 还应通过有关部门的鉴定。产品投入市场或用户生产现场后，维护工作就开始了，这步工作一 直要持续到该产品退出市场。 ⑦ 文档编制和技术归档 为了维护单片机系统，或将目前的设计成果作为资源用于以后的设计，有必要编制相应的 文档。提供给用户的安装手册、操作手册和维护手册等，是技术文档的重要组成部分之一。技 术文档必须按国家标准对其进行标准化，经相关人员审核后存入技术档案室进行统一管理。 7.1.2 需求分析与总体方案设计 确定单片机应用系统的需求分析和总体方案设计，是单片机系统设计的重要环节。 (1) 需求分析 需求分析包括的主要内容如下： ● 输入信号：系统所要检测的信号类型、精度要求、信号的变换速率以及信号的量程大 小等，以便在方案设计中确定检测元件、检测方法、输入通道的结构和技术等。 ● 输出信号：系统所要输出的信号类型、精度要求、信号制式、功率大小等，以便在方 案设计中确定模拟量、开关量输出通道的结构和输出方式。 ● 系统结构：确定是设计的标准产品还是非标产品，是单CPU 结构还是多CPU 结构， 是否可以构成通信网路，是否挂靠某种网络标准或现场总线标准等。 ● 控制精度：如果系统具有控制功能，应明确系统的控制精度，以便于在方案设计确定 所要采用的数字滤波算法、控制算法和各类校正算法等。 ● 系统接口：选择菜单接口还是图形接口，按键输入还是触摸屏输入，以便在方案设计 中确定操作方式、参数设置和存储方式、手/ 自动方式及其切换等。 ● 扩充设计：确定系统