浅谈单片机硬件设计需要注意的问题

栾兵

摘要：单片机技术在各行各业的控制中有着较为广泛的应用。硬件的设计在单片机开发过程中占有重要地位，如果设计合理得当，必然会取得事半功倍的效果。故文章对单片机硬件设计需要注意的问题进行了总结分析，以供参考。

关键词：单片机硬件设计

1、引言

在进行单片机应用系统的硬件设计时，首要问题是确定电路的总体方案，并需进行详细的技术论证。所谓硬件电路的总体设计，即是为实现该项目全部基本功能所需要的所有硬件的电气连线原理图。初次接触这方面工作的设计人员，往往急于求在设计总体方案上不愿花更多的时间，过于他促地开始制版和调试。这种方法不仅不妥当，而且往往是得不偿失效。因为就硬件系统来讲，电路的各部分都是紧密相关、互相协调的，任何一部分电路的考虑不充分，都会给其它部分带来难以预料的影响，轻则使系统整体结构受破坏，重则导致硬件总体大返工，由此造成的手果是可想而知的。

2、在條件允许的情况下，尽可能选用功能强、集成度高的电路或芯片

因为采用这种器件可能代替某一部分电路，不仅元件数量、接插件和相互连线减少，使系统可靠性增加，而且成本往往比用多个元件实现的电路要低。

注意选择通用性强、市场货源充足的元器件，尤其对需大批量生产的场合，更应注意这方面的问题。其优点是：一旦某种元器件无法获得，也能用其它元器件直接替换或对电路稍作改动后用其它器件代替。

3、在对硬件系统总体结构考虑时，同样要注意通用性的问题

对于一个较复杂的系统，设计者往往希望将其模块化，即对中曲控制单元、输入接口、输出接口、人机接口等分块进行设计，然后采用一定的边接方式将其组合成一个完整的系统。在这种情况下，连接方式就显得非常重要，有时可选用通用接口方式，如采用STD总线结构、PC总线结构、GPIB总线结构等。因为对于这些总线结构的边接目前应用比较广泛，不少厂家已开发出适合于这些总线结构的接口板，如输入板、输出板、A/D板等。在必要的情况下，选用现成的模块板作为系统的一部分，尽管成本有些偏高，但会大大缩短研制周期，提高工作效率。当然，在有些特殊情况和小系统的场合，用户必须自行设计接口，定义连线方式。此时要注意接口协议，一旦接口方式确定下来，各个模块的设计者应遵守该接口方式。

4、系统的扩展及各功能模块的设计在满足应用系统功能要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需

实际上，电路设计一次成功而不作任何修改的情况是很少的，如果在设计之初未留有任何余地，后期很可能因为一点小小的改动或扩展而被迫进行全面返工。举例来说，在进行ROM扩展时，尽量选用2764以上的芯片，这样不仅将来升级方便，成本也会降低；在进行RAM扩展时，为使系统升级或增加内存方便，系统的RAM空间应留足位置，哪怕多设计一个RAM插座，不插芯片好；在进行IO口扩展时，也应给出一定的余量，这样对临时增加一些测量通道或被控对象就极为方便了。辑外在电路板设计时，可适当安排一些机动布线区，在此区域中安排若干集成芯片插座和金属化孔，但不布线，这样的样机研制过程中，若发现硬件电路有不足之处，需增加元器件时，可在机动布线区临时连线来完成，从而避免整个系统返工。在进行模拟信号处理电路设计时，尤其要注意这一点。因为在设计这类电路时，经常会增加一些电容、电阻等元器件。当然，一旦试验完成，制作正式电路板时，可以去掉机动布线区。

5、设计时应尽可能地作些调研，采用最新的技术

因为电子技术发展迅速，器件更新换代很快，市场上不断推出性能更优、功能更强的芯片，只有时刻注意这方面的发展动态，采用新技术、新工艺，才能使产品具有最先进的性能，不落后于时代发展的潮流。

6、在电路设计时，要充分考虑应用系统各部分的驱动能力

一些经验欠缺者往往忽视电路的驱动能力及时序问题，认为原理上通就行了，其实不然。因为不同的电路有不同的驱动能力，对后级系统的输入阻抗要求也不一样。如果阻抗匹配不当，系统驱动能力不够，将导致系统工作不可靠甚至无法工作。值得注意的是，这种不可靠很难通过一般的测试手段来确定而排除这种故障往往需要对系统作较大的调整。因此，在电路设计时，要注意增加系统的驱动能力或减少系统的功耗。

7、结语

在进行硬件的总体方案设计时，所涉及到的具体电路可借鉴他人在这方面进行的工作。因为经过别人调试和考验过的电路往往具有一定的合理性(尽管这些电路常与教科书和手册上提供的电路不完全一致，但这也可能正是经验所在)。如果在此基础上，结合自己的设计目的进行一些修改，则是一种简便、快捷的做法。当然，有些电路还需要自己设计，完全照搬是不太可能的。

在参考别人的电路时，需对其工作原理有较透彻的分析和理解，根据其工作机理了解其适用范围，从而确定其移植的可能性和需要修改的地方；对于有些关键性和尚不完全理解的电路，需要仔细分析，在设计之前先进行试验，以确定这部分电路的正确性，并在可靠性和精度等方面进行考验，尤其是模拟电路部分，更需进行这方面的工作。

参考文献

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