10.1單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)

1、10.1 單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì),10.1.1 總體設(shè)計(jì) 1. 明確設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)指標(biāo) 在開始設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)者必須明確單片機(jī)系統(tǒng)所要完成的任務(wù)、控制對象的狀況及所要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)。,2. 建立被控對象的數(shù)學(xué)模型 所謂被控對象的數(shù)學(xué)模型是指對被控對象的變化規(guī)律或控制過程客觀真實(shí)地描述，從而決定單片機(jī)系統(tǒng)需要檢測哪些變量，采用怎樣的控制算法等。 3. 總體方

2、案的設(shè)計(jì) 總體方案的設(shè)計(jì)就是根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和技術(shù)指標(biāo)，對單片機(jī)系統(tǒng)各部分的構(gòu)成進(jìn)行一個(gè)總體的構(gòu)想，對各部分的具體實(shí)現(xiàn)有一個(gè)初步的方案。,總體方案設(shè)計(jì)中主要考慮以下幾個(gè)方面： (1) 系統(tǒng)構(gòu)成：指整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)由哪幾部分組成，如顯示、鍵盤、輸入通道、輸出通道、打印、通信等。 (2) 單片機(jī)機(jī)型的選擇：目前單片機(jī)機(jī)型很多，如本書介紹的AT89系列，Intel公司

3、的MCS-51和MCS-96/98系列等。 (3) 單片機(jī)硬件/軟件的功能分配：單片機(jī)的硬件和軟件設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系在一起的，而且某些功能可用硬件實(shí)現(xiàn)，也可用軟件實(shí)現(xiàn)。,(4) 其它器件的選擇：單片機(jī)系統(tǒng)中，除單片機(jī)外，還有許多外圍電路，如輸入/輸出電路、檢測電路、顯示電路等。 (5) 開發(fā)研制的周期：根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和實(shí)現(xiàn)的難易度，確定一個(gè)合理的研制進(jìn)度時(shí)間表，使設(shè)計(jì)者在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)

4、任務(wù)。,10.1.2 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)就是在總體方案的指導(dǎo)下，對構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的所有功能部分進(jìn)行詳細(xì)具體的電路設(shè)計(jì)。首先要設(shè)計(jì)出各部分硬件電路原理圖，然后在面包板上搭出電路進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)(一些簡單、成熟的方案可不用單獨(dú)實(shí)驗(yàn))。 在硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中，當(dāng)按總體方案的設(shè)想滿足不了要求時(shí)，可更改設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到滿足技術(shù)指標(biāo)要求為止。,解決抗干擾問題，提高系統(tǒng)可靠性的常用措施有以下幾

5、點(diǎn)： (1) 在硬件設(shè)計(jì)和加工時(shí)應(yīng)注意選用質(zhì)量好的電子元件、連接器等，并進(jìn)行嚴(yán)格的測試和篩選。 (2) 電路設(shè)計(jì)時(shí)要注意電平匹配。 (3) 設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮阻抗匹配，各部分間驅(qū)動能力要留有余地。 (4) 在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，強(qiáng)、弱電要嚴(yán)格分開，數(shù)字地和模擬地要分開，分別與電源端地線相連。,(5) 對供電電源要采取抗干擾措施。 (6) 對輸入/

6、輸出通道采取抗干擾措施。,10.1.3 軟件設(shè)計(jì) 1．程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)使單片機(jī)CPU的接口分配、接口擴(kuò)展及各種外圍電路與CPU的連接關(guān)系，都有了明確的定義。 2．程序流程圖 不論采用何種程序設(shè)計(jì)方法，程序總體結(jié)構(gòu)確定后，一般以程序流程框圖的形式對其進(jìn)行描述。,3．程序的編制 程序流程圖繪制成后，整個(gè)程序的輪廓

7、和思路已十分清楚，便可開始編寫實(shí)用程序。 4．程序的檢查與修改 一個(gè)實(shí)用程序編好后，往往會有許多書寫、語法、指令等錯誤，這些錯誤的出現(xiàn)有時(shí)是不可避免的。,10.1.4 系統(tǒng)的仿真調(diào)試與運(yùn)行 系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，而且兩者是密不可分的。我們設(shè)計(jì)好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試，才能驗(yàn)證其正確性；軟硬件的配合情況以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過調(diào)試，才能發(fā)

8、現(xiàn)問題并加以解決、完善，最終開發(fā)成實(shí)用產(chǎn)品。,硬件調(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，單元電路試驗(yàn)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行，這里的調(diào)試只是將其制成印刷電路板后試驗(yàn)電路是否正確，并排除一些加工工藝性錯誤(如錯線、開路、短路等)。 軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個(gè)階段。 系統(tǒng)調(diào)試完成后，還要進(jìn)行一段時(shí)間的試運(yùn)行，從而檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，是否達(dá)到預(yù)期的效果。,

9、全部調(diào)試、檢驗(yàn)、修改完成后，將用戶軟件固化在程序存儲器中，插入用戶樣機(jī)后，單片機(jī)系統(tǒng)就可獨(dú)立單機(jī)運(yùn)行。至此，系統(tǒng)研制工作已告完成。,10.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具,10.2.1 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的功能 1. 在線仿真功能 在線仿真功能是通過開發(fā)系統(tǒng)中的在線仿真器來實(shí)現(xiàn)的。仿真時(shí)，在線仿真器中的單片機(jī)資源通過仿真插座暫時(shí)出借給目標(biāo)系統(tǒng)，且不占用目標(biāo)系統(tǒng)單片機(jī)的任何資源，仿真器中的存儲器(包括R

10、OM和RAM)也出借給目標(biāo)系統(tǒng)，相當(dāng)于目標(biāo)系統(tǒng)所具有的存儲器。,2. 調(diào)試功能 在開發(fā)系統(tǒng)上可對應(yīng)用程序進(jìn)行單步運(yùn)行、斷點(diǎn)運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行的控制，并能查詢程序運(yùn)行結(jié)果和各工作寄存器的狀態(tài)，給軟件調(diào)試帶來了極大的方便。在聯(lián)機(jī)調(diào)試中還可檢查出硬件電路故障和軟件錯誤。 3. 軟件輔助設(shè)計(jì)功能 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)都能與PC機(jī)連接，允許用戶在PC機(jī)上用匯編語言或高級語言編輯程序，并配有匯編、反匯編、

11、子程序庫等編程軟件，使設(shè)計(jì)者軟件研制的工作量大為減輕。,4. 程序固化功能 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)能將調(diào)試好的應(yīng)用程序匯編成目標(biāo)程序的機(jī)器碼，并固化到單片機(jī)自身的ROM中或外部擴(kuò)展的ROM中，使單片機(jī)系統(tǒng)能獨(dú)立運(yùn)行。,10.2.2 開發(fā)系統(tǒng)的類型 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的類型大致可分為以下幾種： (1) 通用型單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)：這是使用最普及的一類開發(fā)裝置，它具有獨(dú)立的仿真結(jié)構(gòu)，通過RS-