《单片机》第十二章单片机应用系统.ppt

第12章 单片机应用系统设计技术 12.1.设计原则与要求 12.2.硬件设计要求 12.3.软件设计要求 12.4.逻辑电平设计要求 12.5.可靠性设计要求 12.6.印刷电路的设计要求 12.7.电源系统的设计要求 12.8.单片机开发装置的选择 12.1.设计原则与要求 在单片机应用系统的设计中,要考虑硬件和软件的相互配合,要考虑系统的抗干扰能力和可靠性，还要考虑系统的供电、各个元器件之间的逻辑电平的接口等许多问题。由于单片机体积小、耗电省、功能强，已普遍应用于各个领域。要根据具体的要求进行方案确定。 在设计单片机应用系统时，必须先确定该系统的技术要求，这是系统设计的依据和出发点，整个设计过程都必须围绕这个技术要求来工作。在设计过程中，应对所设计的系统的技术可行性进行分析，对系统的性能、成本、可靠性、可操作性、经济效益进行综合考虑，确定一个合理的技术指标，提高所设计的应用系统的性能/经济效益,使所设计的系统有较好竞争力。 在进行系统的总体设计时，首先要考虑在满足系统的基本技术性能指标前提下，选择合适的单片机CPU。现在单片机型号很多，性能都比较好，应该从市场能否长期供货、是否有较完善的开发装置和相应的应用资料方向来考虑CPU的型号，要根据应用产品的数量及变化情况来选择单片机CPU。在目前情况下，由于MCS-51系列单片机有较完善的开发装置，有各种规格的CPU，是一个理想的首选机型。 12.1.设计原则与要求 首先,应遵循从整体到局部也即自顶向下的设计原则。它把复杂的问题分解为若干个比较简单的、容易处理的问题，分别单个地加以解决。在设计开始时，设计人员根据应用的功能和设计要求提出设计的总体任务，绘制硬件和软件的总框图。将总任务分解成可以独立表达的子任务，这些子任务再向下分，直到每个子任务足够简单，能够直接而容易地实现为止。这些子任务可用模块方法来实现，也可以采用一些现有的通用化模块，进行单独的功能块进行设计和调试,并对它们进各种试验和改进，以一种简单的、方便的工作方式解决问题,最后将各种功能模块有机地结合起来成为一个大的复杂的模块，这样就完成了总的设计任务。 其次，为了获得较高的性能价格比，提出的性能指标不要盲目追求高标准。在满足基本指标的前提下，应尽可能采用简单的设计方案，因为方案简单意味着系统使用的元器件也少，其可靠性也高，因此系统的成本也低，比较经济。因为系统的成本取决于研制成本和生产成本，研制成本是一次性的，而系统的元器件的多少，直接影响到生产成本的多少，就成为系统价格的主要因素。一般来说，应用系统的硬件成本是产品生产成本的主要因素，如果硬件成本比较低，价格就越低，场上就有竞争力。 12.1.设计原则与要求 还有，一个应用系统的可靠性也是至关重要的。可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，可靠性主要用平均无故障时间、故障率、失效率或平均寿命等来表示。对于单片机应用系统来说，无论在原理上如何先进，在功能上如何全面，在精度上如何好，如果可靠性差、故障频繁、不能正常运行，则该应用低就没有使用价值，更谈不上生产中的经济效益。因此在单片机应用系统的设计过程中，一定要充分考对可靠性的设计，从应用系统的总体设计、外形结构、软件设计、硬件设计和软硬件之间的关系，应贯穿于每一环节，采取一切措施来提高应用系统的可靠性，以保证系统能够长时间地可靠工作。对硬件而言，在设计中所用的元器件质量的优劣和结构工艺是影响可靠性的重要因素。 所以要正确选择元器件，在设计时对元、器件的负载、速度、功耗、工作环境等技术参数应留有一定的安全量，并对元器件进行老化和筛选。对软件而言，应尽可能地采用模块化的设计方法，便于编程和调试，可以减少故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件要进行全面的测试，例如提高时钟的速度、增加中断请求率、子程序的百万次重复等，使用一切可能的参数对应用系统的运行来进行考验，来排除可能出现的故障，提高系统的可靠性。 在各种各样的单片机应用系统设计过程中，由于应用的目的，使用的场合，测量控制的对象不同，技术要求的不同，系统的组成、硬件的结构、软件的编写有很大的差异，但系统的设计方法和步骤是大致相同。 12.1.设计原则与要求 最后，在总体设计中还应当考虑操作的方便性，尽量降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品的推广应用。各种控制开关或按钮不能太多、太复杂，操作程序应简单明了，输入输出应用十进制数表示，操作者无需专门训练，便能掌握系统的使用方法。系统还应有较好的可维护性，便于拆卸和维修，为此应用系统的硬件结构要规范化、软件要模块化，在软件设计中有故障诊断程序，一旦发