单片机系统设计易出现的误区

鲁志刚

（遵义师范学院 设备处，贵州 遵义 563000）

1 单片机系统设计简述

单片机系统设计随着单片机应用的广泛，已经成为了一个独立的学科，在国内外的很多高校中，都开设了这门课程，由此可以看出系统设计的重要性，在世纪的单片机系统设计过程中，首先应该对要设计的系统进行分析，通过市场的行情和互联网的检索等方式，对系统的设计目标和技术指标进行深入的分析，然后查找相关的资料，由于我国经济起步较晚，在单片机这种电子领域，与西方一些发达国家存在较大差距，因此在查找资料的过程中，可以借鉴一些国外的先进技术，对发达国家同类型的系统设计进行分析，这个分析应该包括硬件和软件两个方面，通过这样的分析可以发现，国外的系统设计水平要比国内先进很多，无论是开发工具的选择还是系统设备的先进性上，整体的系统开发环境要提高一个档次，受到很多西方发达国家对我国科技发展的限制，很多先进的芯片国内无法使用，因此在系统设计的过程中，硬件设备的落后很难进行改善，只能从软件设计上尽量的弥补，在软件设计时为了减少工作量，可以选择软件移植的方式，由于单片机的使用已经有了十几年的历史，在很多领域的系统设计都是有人做过的，这样在新的设计中，可以根据需要对以往的设计进行借鉴，甚至对程序内的部分进行移植，采用这样的方式进行软件的设计，不但会极大的减少设计人员的工作量，由于以往的软件设计都是经过实践检验的，因此在实用性上也提高了一个档次。

在做好了系统设计的分析和调研之后，基本就可以确立一个整体的设计思想，然后就要进行系统的可行性分析，在以往的单片机系统设计中，由于很多用户没有足够的专业知识，提出的要求只会从实际应用的角度考虑，这种没有理论基础的要求导致很多系统的设计根本无法实现，使得设计人员浪费很多时间去进行设计，为了应对这种现象，人们在进行实际的系统设计之前，都会进行系统的可行性分析，然后在这个分析报告的基础上，与用户进行沟通，从而使系统的设计可以从实际性和理论性两个方面进行综合的考虑。在可行性分析时，主要考虑的问题就是市场和用户的需求、所要设计系统的经济和社会效益、相关的技术情况等，从全方面对系统的可行性做出分析，在可行性分析完成之后，就可以进行实际的系统设计了，单片机系统的设计包括了硬件设计、软件设计以及协调软件和硬件的关系等，在设计时首先应该进行系统功能上的设计，通过前面的分析应该能够很快的确定硬件的功能和软件的功能，其中的硬件功能主要是指与单片机相连的一些外部设备之间的电路设计，而软件的设计就是对程序的各个模块进行编写，为了最大程度的保证系统设计的成功率，在设计的过程中应该充分利用现有软件的仿真功能，通过一些计算机软件的仿真，对设计的系统进行调试，在没有任何问题之后，在进行PCB 电路板的印制等。

2 单片机系统设计的常见问题分析

由于单片机系统设计可以分成硬件设计和软件设计两个部分，那么对常见的问题进行分析时，也可以从这两个方面进行考虑，由于单片机只是一个超级成电路，虽然可以通过写入特定的程序，来达到控制电路的功能，但是在实际的生产过程中，单片机系统设计的主要工作是通过单片机的接口，连接一些外部电路，从而实现对外部电路的控制功能，随着单片机自身的发展，现在市场上有很多单片机型号，不同的型号针对的应用领域也不同，相应的端口也会有较大的变化，但是通过调查发现，这些不同型号的单片机，都需要连接相应的外部电路，从而实现对系统控制的功能，如图所示，就是典型的单片机系统设计的硬件构成。

对于单片机系统设计中的软件设计，一般都分成应用程序和系统监控程序两个部分，其中的应用程序就是指实际使用中的计算、显示等常用的功能，而系统监控程序是对软件各个模块进行调用与协调的，例如对系统的检测和初始化等，随着单片机应用领域变得越来越复杂，单片机系统设计中的软件也变得越来越庞大，有单片机自带的内存增加就可以看出，复杂的功能需要给单片机软件设计带来了困难，针对这种现象，在实际的单片机软件设计时，都采用分块的设计方法，根据系统的功能需求进行分析，把需求的功能进行分类，针对每一个功能，都写一个对应的功能模块，在需要实现哪个功能时，通过调用对应的函数即可实现，这样函数调用的方式已经广泛的应用在了软件设计的领域，不仅能够有效的减少主函数的长度，而且能够很简单的实现多次调用，尤其是现在的系统中，通过需要对一个功能进行多次使用，如果采用传统的一个主函数形式进行软件的设计，那么就需要对一个函数进行多次重复的编写，这样不但会增加软件的复杂程度，也会增加设计人员的工作量。

3 单片机系统设计容易出现的误区和对策

随着电子加工产业越来越精细，电路的集成化也越来越高，高度集成化的电路在减少系统体积的同时，也会在一定程度上导致线路之间的电磁干扰，尤其是随着单片机系统设计的PCB 电路板的发展，多层数电路板的出现使得电磁干扰现象越来越严重，针对这种现象，人们在单片机系统设计时，通常会在电源线和变压器之间增加一个滤波器，通过这个滤波器的使用，能够在很大程度上提高电路的抗电磁干扰能力，随着工业生产中电路的电磁干扰问题越来越严重，在单片机系统设计中，如果不注意这方面的问题，会严重的影响系统的使用，针对这种情况，在设计好系统之后，都会对系统的电磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，简称EMC）进行检查，只有通过了EMC 检测合格后，系统才能在实际的生产中使用，而现在的单片机系统设计中，为了通过EMC 的检测，提高系统的抗电磁干扰能力，通常的做法都是添加滤波器，因此很多设计人员认为，只有在电源线和变压器之间，增加一个滤波器，就可以有效的抑制电路中的电磁干扰，但是通过实际的调查发现，这是单片机系统设计中容易出现的一个误区，首先就是这个滤波器的谐振频率设置问题，如果这个谐振频率比干扰频率大，不仅不会起到抑制电磁干扰的功能，甚至会把这个电磁干扰的效果放大，使得系统无法通过EMC 的测试，因此在实际的单片机系统设计中，为了最大程度的抑制电磁干扰，应该对选用的滤波器进行深入的分析，通过计算机软件对滤波器抑制电磁干扰的效果进行仿真，这样才能得到一个滤波器的最佳设置数据。

由于单片机属于典型的IC 芯片，而IC 芯片根据封装形式的不同，可以分为贴片式和直插式两种，在实际的单片机系统设计中，设计人员通常都不会对选择的单片机封装形式进行考虑，一般都会认为封装的不同只是根据使用的需要来的，对系统的性能不会产生影响，在电路越来越精细化的今天，其实单片机芯片的封装形式，也会对系统的性能产生影响，由于电路的集成化，导致电路板上的元件和线路都非常近，那么相互之间很容易产生一些天线效应，而且元件的通电部分越多，这种效应也就越明显，由此可以看出，对于同一种型号的单片机，如果采用的封装不同，那么封装尺寸较大的就会有更明显的天线效应，天线效应的明显也就是电磁干扰现象的明显，那么系统就很难通过EMC 测试，而且通过实际的分析发现，不仅是单片机这样的IC 芯片封装会影响系统的性能，电容、电阻等元器件的封装也会在一定程度上影响系统的性能，由此可见，认为IC 芯片和元器件的封装不会对系统产生影响，已经是目前单片机系统设计中普遍存在的一个误区，针对这种现象，设计人员在实际的设计中应该给予足够的重视，根据要设计系统的需要，针对性的选择元器件的封装。

结 语

通过全文的分析可以知道，随着电子产业和工业生产的发展，单片机的应用范围越来越广泛，而单片机系统设计的工作也越来越重要，在这种背景下，大量的设计人员出现了，由于这些设计人员自身素质的不同，导致了单片机系统设计时，很容易出现一些问题，尤其是设计人员在实际的设计过程中，都习惯借鉴一些以往的设计经验，而技术的更新换代导致了一些经验不在适用与最新的设计，这样就会导致设计人员走入误区，从而导致设计出的系统不合格，相信随着单片机系统设计自身的发展，这种情况会得到很好的改善。

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