论述单片机应用系统设计与开发

摘要： 本文通过分析单片机应用系统设计的原则，简单介绍单片机应用系统的组成部分以及在系统设计中应该注意的事项，以此为单片机应用系统的设计与开发提供相应的建议。

Abstract： This paper， through the analysis of the design principle of single chip microcomputer application system， expounds the components part and matters needing attention in the design of the system， aims to provide some suggestions for the design and development of the application system.

关键词： 单片机；设计；开发

Key words： single chip microcomputer；design；development

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）16-0061-02

1 单片机应用系统设计原则

为优化单片机应用系统的组成结构，结合单片机应用系统的特点，实现单片机的各项功能的最大化，单片机应用系统设计的原则应该遵循以下方面：

1.1 优化软件与硬件功能 软件与硬件是单片机应用系统重要的组成部分，单片机内的功能实现需要借助软件或者硬件来实现，有些功能则通过软件和硬件都能完成，但是它们的处理效率是不同的，软件能够完成复杂的运算等，具有设计灵活的特点，但是其执行速度不如硬件，而硬件虽然执行速度快，但其灵活性差，因此在设计单片机应用系统时需要结合软硬件的功能优化它们的任务。

1.2 自顶向下与自底向上相结合 一般来说单片机应用系统设计时应该根据单片机的总体任务进行相关的功能设计，但是要考虑局部功能的需要，也就是说在设计单片机系统的时候要充分考虑问题较为复杂的单片机功能，注意单片机任务之间的互动性。

1.3 以先进技术为方向，坚持器件解决问题 计算机技术更新速度非常快，先进技术的发展会拓展计算机技术的功能，同时也会导致一些计算机器件功能的不兼容，尤其是在集成电路或者新型电路模板出现后，单片机功能就会出现不兼容，因此在设计的时候要及时掌握市场最先进的技术信息，尽可能应用适合性强、集成度高的芯片。

2 单片机应用系统设计中存在问题

2.1 单片机的硬件性能不合格 单片机的硬件设施是保证单片机正常运行的基础，如果硬件设施不合格，即使再功能完善的单片机连起码的运行都不能保障，由于单片机技术的发展，人们在设计单片机应用系统的时候往往会忽视单片机的硬件设施，结果造成单片机硬件指标不能达到相应的要求，造成在企业应用中系统中不能使用。

2.2 软件设计的不完善 单片机应用系统的软件部分是单片机的生命，是单片机运行的核心，软件功能的运行需要相应的程序编程，但是单片机应用系统设计过程中，由于受到设计人员专业知识或者其它原因的限制，软件的程序编写达不到最先进的编程设计要求，造成编写的程序存在许多的漏洞，影响单片机的正常运行。而且在单片机软件程序编写完成以后，编程人员不对其进行系统的检测，造成其在使用的过程中出现问题，影响单片机应用系统的整体功能发挥。

3 单片机应用系统设计过程

3.1 单片机应用系统组成 单片机应用系统主要有软件系统和硬件系统两大部分构成：软件系统主要是单片机的程序系统，它是单片机的核心器件，单片机的软件系统由软件开发和实时软件两部分构成，实时软件就是根据单片机控制系统的要求而进行的程序编写，开发软件就是在单片机设计、开发时所使用的软件；硬件部分主要包括单片机的CPU、存储区、若干I/O接口及设备等。

3.2 单片机应用系统设计要求 单片机应用系统设计一定要按照相关的要求进行：①构成单片机的元器件一定要有质量保证，元器件是构成单片机的基础，任何一个细微的元器件出现问题都会引起单片机的正常工作，因此单片机应用系统设计时首要的就是要使用性能稳定的元器件，以此提高单片机功能系统的稳定性，其次要提高单片机电路的稳定性，降低因为电路不稳定造成单片机电路出现断电。②在设计单片机时要尽量保证单片机内部结构的简单化，规范化，要将各个模板进行科学的归置，尤其是控制开关的设计一定要本着简单、便捷的原则进行设计，同时模板的设计安排也要考虑以后的维修问题。③简化单片机硬件设施，提高软件安全性。在设计单片机时要尽量降低单片机的体积，简化它的结构，在不影响其功能性能的基础上，要尽量对其结构进行简单处理，同时也要注意对单片机的软件安全处理，避免被一些外界程序所侵犯，造成企业生产程序被破坏。

3.3 单片机应用系统设计 单片机应用系统设计需要经过严格的总体设计、软硬件功能设计以及单片机应用系统的在线调试以及性能测试三个环节。具体到单片机的实际设计应用中其没有明显的界限，它们之间相互影响、相互循环，并且每个阶段是密不可分的。

3.3.1 单片机的总体设计方案 ①单片机在总体设计前要根据单片机应用系统的使用要求、技术指标等进行设计。②在确定了单片机应用系统的总体预定设计后，要进行实地的考察以及论证，确定具体的总体方案，并且对总体方案进行细化，确定字方案的设计要求。

3.3.2 软件、硬件的功能设计 ①硬件和软件并行设计与调试。软件与硬件是单片机应用系统的主要组成部分，因此在设计单片机系统时需要同时开展软件与硬件的设计工作，在开展软件设计的同时也要进行硬件电路的设计工作，以此实现软硬件设计的同步完成。②硬件和软件联调。在软件、硬件都完成设计工作、安装后，需要对其进行测试，当然测试的过程应该将软件与硬件结合起来，具体是在软件系统的支持下检测单片机硬件功能的的运行情况，看其与软件系统是否兼容，以及其运行是否稳定；再看相关硬件设计的基础检测软件系统是否适应硬件设施环境，看软件系统的稳定性以及安全性。③编制设计文件。单片机的编制文件是检验、维修单片机的重要依据，其内容主要包括：设计任务书、系统线路说明图、软件流程图、元器件结构布局图以及测试报告等。

3.3.3 单片机应用系统调试步骤与调试方法 ①硬件电路静态调试。单片机电路的静态调试主要是为了查找一些明显的硬件问题，具体的调试步骤是：首先先仔细检查电路连接是否符合电路设计要求，并且利用万能表对线路进行线路连接状况监测，保证线路之间连接的稳定；其次要对关键部位的电路进行重点检测，防止因为关键部门线路发生短路，而影响单片机整体的电路发生故障；最后在完成电路的检测并且保证电路没有短路现象支护，在插入单片机芯片，并且接通电源，通过电压力表检测电路的电压数值以及电极是否正确。②软件调试。软件调试就是利用相应的软件系统对开发系统进行检测，一般来说程序的编写就是利用某些编程软件，按照一定的格式、语法规则等将需要设定的程序输入到开发系统中，并且将源程序开发为执行文件的过程。因此通过程序编程的输入可以检测出源程序的错误，并且给予修改的要求。所以软件调试就是通过计算机与开发软件系统的结合利用软件进行开发软件系统，在软件调试以后可以通过下载或者其它手段将开发的软件放置在静态的硬件设施上进行软件应用试验。③动态在线调试。虽然在单片机的应用系统在完成了静态调试和软件调试阶段之后，要想发挥其功能，还需要完成单片机的动态在线调试，因此单片机应用系统的应用是在赢家系统和软件系统相互联机的状态下构成的，动态在线调试就是应用一种仿真开发工具进行，一般来说单片机中的一些硬件故障必须要在动态在线调试中才能发现，比如硬件部位的内部故障和部件之间的逻辑错误等。虽然有的软件调试可以解决许多的错误，但是一些与硬件无关的故障则需要借助在线动态调试才能完成，比如计算机程序、数据处理程序等，还有就是与单片机硬件联系密切的应用程序，更加需要将软件系统与硬件系统结合起来进行动态在线调试才能发现问题的存在。

参考文献：

[1]淡海英.关于单片机小型应用系统设计与开发的一点思考[J].中外企业文化，2013（11）.

[2]王永刚.基于嵌入式架构的单片机系统设计[J].电脑知识与技术，2013（32）.

[3]高翔.浅议自动控制成嵌入式系统与单片机商情[J].2011（43）.