单片机控制系统的设计与调试方法研究

高瑞

【摘 要】单片机之所以能够得到极为广泛地应用，是因为它功能强大，以及轻便灵活性能稳定，对于这一控制系统来讲最为关键的部分是它的设计，这是单片机的技术核心。本文通过对单片机结构的深入研究和系统分析的同时，也探讨了单片机软硬件的整个设计过程，并在此基础上着重介绍了对于它整个系统的调试过程，并参照相关资料以及大量案例总结出了系统调试的手段。

【关键词】系统设计；单片机控制；调试手段

0 前言

我国经济实力的全面提升，为科学技术的发展打下了良好的基础，在这个背景下，科学技术在不断取得突破的同时，也推动了电路系统的进步，发展方向逐渐迈向了高度集成化，相关技术也不断地成熟和完善，CPU制造领域中的技术手段和方法也变得越来越多样化，并且能够发挥出极高的实用价值。其中单片机系统的发展最为突出，不仅在科技进步的大趋势下得到进一步集成化的发展，同时还极大地精简了相关的技术成本，使得其在集成电路领域中得到了极为广泛的普及。

1 单片机控制的系统

CPU是单片机系统的核心部分，在整个系统中发挥着神经中枢的作用，在这一部分进行全方位的优化和升级，将会使得控制整个工业生产过程变得更加简单和方便。设计是这一系统产生过程中最为重要的环节，在这一环节中不仅要对整体的方案进行精密严谨的设计，与此同时还要进行单片机以及变送器的选择，除此之外还要在各类参数检测构件的同时进行精确的建模，并且还要进行阶段性的设计部署，分别完成软硬件的系统设计，并在最后的环节中调试整个系统。在具体的设计过程中，还要做到利弊权衡和综合考量，不仅要参照实际的系统规格需求制定出科学的控制方案，还要依据控制系统的具体规格和标准确定工艺参数以及他的测量范围。在设计的过程中，不仅需要对硬件有着一定程度上的了解和研究，还需要具备灵活的应变能力以便于针对不同的情况进行不同形式的软件设计，除此之外还有对工艺参数和相关性能的深入了解。在特殊情况下不仅学要了解控制对象的性能和现实状态，还需要对它的数学模型作深入的研究[1]。

2 系统设计总方案

在进行系统总方案的具体设计之前，全面充分的了解和掌握被控对象的具体状况，这与总方案的设计关联很大，会直接对系统的总体性能产生影响，还会导致实施细则产生差异。设计的方式有很多种：①根据具体的情况和实际的需求科学的选择控制系统的最终种类，这其中不仅有闭环系统，还有开环系统，除此之外还包括数据处理系统在内；②检测元件在控制系统中存在较大的影响，会直接对整个系统的控制精度产生决定性作用，在这种情况下必须科学的选择出测量元件，这有这样才能够保证测量参数的精准程度；③在微型机的整个控制系统中，执行机构是其中最关键的部分，只有根据实际的需求将这一部分确定，并兼顾到其与控制算法的匹配与否，才能将系统的基础打牢；④根据系统的整体规格，以及操作手法确定与其相匹配的外围设施，并将系统运作的原理描绘出来且制作成图[2]。

3 硬件系统设计

单片机系统有着高度集成化的整体优势，在系统的内部不仅包含了I＼O控制线，还包括了存储器，除此之外还有计算器的存在，尽管如此，依旧有扩展接口的必要。购买接口板是扩展接口的方式之一，除此之外还可以通过设计匹配的芯片来进行接口扩展。

①扩展存储器：在单片机系统中所应用的存储器不仅需要进行相关数据的存储，还需要存储其中的运作程序，所以相对于同种型号的微型机来讲，单片机对存储容量的要求更高，在对存储器实施扩展处理时，一定要充分的了解单片机的型号规格以及种类，而且要分别储存程序和数据。

②扩展模拟量输入的通道：在对输送通道实施扩展处理时，必须要根据实际需要作出科学判断，以此来确定数据采集的结构以及形式。人们使用系统中的绝大多数都是将S＼H形式结合起A＼D形式来使用，使两者达到共享的状态，但是当涉及到相关的检测时，却只能够对A＼D进行共享，并对S＼H进行多路选用；其次在选择转换器时要进行慎重的考虑，并将其加入到设计的环节之中，在通常情况下，A＼D转换器的具体位数越低与系统的匹配程度越高。

③扩展模拟量输出的通道：模拟量输出的通道能够起到很大的联络作用，能够将执行机构有机的连接到单片机系统中，在设计的过程中，要充分考虑到执行机构的具体类型，除此之外还应该兼顾到通道数量，步进电机搜集数据的方式较为直接，只要单片机进行直接的数据输出就能够达到目的。但是很多执行机构做不到数据的直接搜集，只能够通过转换器的处理之后传送到执行机构中。

④设计开关量接口：二进制的数据通常只有两种状态，这种数据形式能够很好地表示出开关量，布尔处理机在单片机中占据着重要的位置，能够对开关量进行极为方便的处理，从而达到阻止干扰的目的，这样一来，将单片机分离于外围设施的有效工具就是光电隔离器[3]。

4 软件系统设计

软件系统在单片机系统中起着神经中枢的作用，在一定程度上控制着执行机构，其中包含了系统软件，同时还存在着应用软件。在对软件系统部分进行设计时一定要保证它的稳定性，使得系统在整个工作过程中的状态能够明显的反映出来；一定要保证软件的设计能够与硬件的设计相互匹配，并最终达到统一的标准，不仅如此，要加强软件的功能使其能够发挥更大的实用价值，这样能够减小硬件的成本投入；应用软件的技术特点应该具备一定程度上的普遍性，不仅如此还应该使应用软件的实用价值更强。开发软件的过程可以总体上分为几个环节，首先是将模块的功能属性进行划分，并且将程序的形式结构进行整体的规划，在此基础上根据不同模块制作出不同的流程图，之后在程序的编写过程中科学的选择出合适的程序语言，最后将所有的模块勾连起来形成一个整体的运作系统，构架起一套完整的程序[4]。

5 系统调试

所谓的系统调试包含着两方面的内容，软件调试和硬件调试。对硬件系统进行调试是为了将设计工艺之中存在的硬性故障排查出去，除此之外，设计中出现的错误也是硬件调试的排查目标。对软件系统进行调试主要是为了掌握和测试目标代码，确定目标代码的准确性之后，将代码正常写入，系统就能够正常的运转起来。在分别完成两大系统的调试之后，就可以开展两者之间的配合调试，通过实验室的实验仿真进行，在逐步完善过程中，使得软硬件实现完美的吻合与匹配。

6 结语

单片机技术在市场中的应用范围在逐渐的扩大，在其中起到关键性作用的是设计环节。对于专业的设计人员必须做好几个环节的准备，首先要清楚整个系统的构成，除此之外就是对于软硬件的分别设计，在这些基础上通过正确的方式对系统进行全面的调试，只有从这几个环节进行把关才能够做好总体以及分步的设计工作。

【参考文献】

[1]张家田，董秀莲.单片机控制系统的设计与调试方法[J].现代电子技术，2012（12）：13.

[2]董海涛.基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计[J].广西大学学报，2013（05）：01.

[3]王丽维.基于单片机控制的种子包衣控制系统的设计[J].甘肃农业大学学报，2013（06）：01.

[4]薛龙，柳志成，杨震.步进电机步距角细分单片机控制系统设计和研究[J].新技术新工艺，2010（02）：25.

[责任编辑：薛俊歌]