浅谈单片机应用系统设计的基本要求与特点

王高建

【摘要】单片机应用系统设计的过程中，需要注意设计的基本要求与系统设计的特点，因为设计出来的系统如果没有基本要求，也就失去了系统存在的意义，比如设计出的系统失去了可操作性，那么整个系统就失去了设计的目的。本文主要对单片机应用系统设计的几个要求和特点进行介绍。

【关键词】单片机 系统设计 可操作性

1 设计的基本要求

在单片机应用系统设计的过程中会有很多技术要求，但一个良好的单片机应用系统，在进行设计时要满足以下四个基本要求：

（1）可操作性

操作性强，涵盖两个方面的内容：一个是使用方便，另一个是维修容易。这个要求对应用系统来说是很重要的，硬件和軟件设计都要考虑这个问题。应用系统是由用户自己编制或修改的，如果应用程序采用机器语言直接编写，显然是十分麻烦的，尽可能采用汇编语言，配上高级语言，以使用户便于掌握。在硬件配置方面，应该考虑使系统的控制开关不能太多，太复杂，而且操作顺序要简单等。

故障一旦发生，应易于排除，这是系统设计者必须考虑的。从软件角度讲，最好配置查错程序或诊断程序，以便在故障发生时用程序来查找故障发生的部位，从而缩短排除故障的时间。硬件方面，零部件的配置应便于维修。

（2）通用性

通用性要好，计算机应用系统可以控制多个设备和不同的过程参数，但各个设备和控制对象的要求是不同的，而且控制设备还有更新，控制对象还有增减。系应统设计时应考虑能适应各种不同设备和各种不同的控制对象，使系统不必大改动就能很快适应新的情况。这就要求系统的通用性要好，能灵活的进行扩充。

要使控制系统达到这样的要求，设计时必须使系统设计标准化，尽量采用标准接口，并尽可能采用通用的系统总线结构，以便在需要扩充时，只要增加插件版就能实现。接口最好采用通用的接口芯片，在速度允许的情况下，尽可能把接口硬件部分的操作功能用软件实现。

系统设计时的设计指标留有一定的余量，这样便于系统功能扩展，也便于系统升级。如CPU的工作速度、电源功率、内存容量、过程通道等，均应留有一定余度。

（3）可靠性

可靠性要高，是应用系统设计最重要的一个基本要求。一旦系统出现故障，将造成整个生产过程的混乱，引起严重后果。特别是对单片机系统模块的可靠性要求应更严格。

在大型计算机应用系统中，因为硬件价格不高，故经常配置常规控制装置作为后备，一旦计算机控制系统出现故障，就把后备装置切换到控制回路中去，以维持生产过程的正常运行。而单片计算机应用系统或PLC控制系统的硬件价格较低，通常可组成多微处理器控制系统来提高系统的可靠性。

（4）性价比

一个单片机系统能否被广泛使用，关键在于是否有较高的性能/价格比，而硬件电路软件化是提高系统性能性价比的较好的方法，它是将需要通过硬件实现的功能通过软件编程的方式来实现。在进行总体设计时，应尽量减少硬件成本，提高其使用的灵活性，能用软件实现的功能尽量不用硬件来实现，以求实现最高的性能价格比。

在设计单片机应用系统时，把握上述四个方面是至关重要的，由目的和设计要求去设计才能设计出实用性请、适合应用的单片机系统。

2 单片机应用系统设计的特点

在进行应用系统设计时，系统设计人员必须把系统要实现的任务和功能合理的分配给硬件和软件，既要考虑系统的价格，又要考虑系统满足实时性的工作速度，做到硬件软件合理权衡，并尽量节省机器时间和内存控制。

硬件设计采用大规模集成电路，这不但使组件减少，而且对设计人员所需要的电子线路技术要求低。由于控制对象不同，以及外围设备各异，因此输入输出接口设计和输入控制程序的设计，是整个控制系统设计中很重要的一环。各种微处理器都有大量可供选择的通用和专用接口组件，恰当第选择它们也是十分重要的。

在软件设计时，控制系统设计人员往往可以借用计算机厂家提供的系统软件，而主要任务是进行应用程序的设计。后者应根据测试对象和系统的具体要求选择恰当的控制算法。对较大的应用系统，由于有比较齐全的系统软件和较大的存错容量，在满足实时性和输入输出要求的前提下，有可能采用高级语言编制应用程序。对比较一般的控制系统，由于存储容量有限，不可能配备齐全的系统软件，故应以汇编语言作为应用程序设计的基础。由控制系统设计人员编写的应用程序，往往通过人工汇编或交叉汇编来产生目标程序。对比较简单的系统，一般不应要求有自汇编功能。由于单片机计算机控制系统所用器件集成度高，没有监测点，一般只有简单的控制面板，故所编写的程序难以在自身系统上调试。加之，硬件和程序往往同时研制，程序又必须在实时条件下完成复杂的输入输出操作，硬件的各个部件彼此通过总线连接，内部状态不能直接沟通，因而硬件和程序的故障往往混杂在一起，难以分析和排除。这样，用一般的测试手段和工具，已不能适用要求，需要有高级的开发工具。

3 结语

单片机应用系统的可靠性设计涉及硬件系统的抗干扰设计和软件系统的抗干扰设计，采取的措施多而复杂。 实际应用时，应根据设计条件与目标要求，制定应用系统的可靠性等级，合理采用硬件可靠性措施，充分利用软件的可靠性设计，提高系统的抗干扰能力。单片机控制技术应用越来越广泛，其核心技术是单片机控制系统的设计。对工程技术人员来说，抓住系统的方案确定、硬件设计、软件设计以及系统调试方法的要点是十分必要的。

【参考文献】

[1]李华，孙晓民等：《MCS—51 系列单片机实用接口技术》[M]，北京航空航天大学出版社，2004 年.

[2]张迎新，杜小平等：《单片机初级教程（单片 机 基础 ）》[M]，北京航空航天大学出版社，2003 年.

[3]何立民 ：《单片机高级教程 （应用与设计）》[M]，北京航空航天大学出版社 ，2001 年.