单片机应用系统设计与开发.ppt

5. 软、硬件功能划分 同一般的计算机系统一样，单片机应用系统的软件和硬件在逻辑上是等效的。具有相同功能的单片机应用系统，其软、硬件功能可以在很宽的范围内变化。一些硬件电路的功能可以由软件来实现，反之亦然。在应用系统设计中，系统的软、硬件功能划分要根据系统的要求而定，多用硬件来实现一些功能，可以提高速度，减少存储容量和软件研制的工作量，但会增加硬件成本，降低硬件的利用率和系统的灵活性与适应性。相反，若用软件来实现某些硬件功能可以节省硬件开支，提高灵活性和适应性，但相应速度要下降，软件设计费用和所需存储容量要增加。因此，在总体设计时，必须权衡利弊，仔细划分应用系统中的硬件和软件的功能。 6.3.3 单片机应用系统硬、软件的设计原则 1. 硬件系统设计原则 一个单片机应用系统的硬件电路设计包括两部分内容：一是单片机系统扩展，即单片机内部的功能单元(如程序存储器、数据存储器、I/O、定时器/计数器、中断系统等)的容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的扩展连接电路；二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D转换器、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 (1) 尽可能选择典型通用的电路，并符合单片机的常规用法。为硬件系统的标准化、模块化奠定良好的基础。 (2) 系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统当前的功能要求，并留有适当余地，便于以后进行功能的扩充。 (3) 硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，即尽可能地用软件代硬件，以简化硬件结构，降低成本，提高可靠性。但必须注意，由软件实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件来得长。因此，某些功能选择以软件代硬件实现时，应综合考虑系统响应速度、实时要求等相关的技术指标。 (4) 整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配，例如，选用晶振频率较高时，存储器的存取时间就短，应选择允许存取速度较快的芯片；选择CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中的所有芯片都应该选择低功耗产品。如果系统中相关的器件性能差异很大，系统综合性能将降低，甚至不能正常工作。 (5) 可靠性及抗干扰设计是硬件设计中不可忽视的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。如果设计中只注重功能实现，而忽视可靠性及抗干扰设计，到头来只能是事倍功半，甚至会造成系统崩溃，前功尽弃。 (6) 单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠。解决的办法是增加驱动能力，增强总线驱动器或者减少芯片功耗，降低总线负载。 2. 应用软件设计的特点 应用系统中的应用软件是根据系统功能设计的，应可靠地实现系统的各种功能。应用系统种类繁多，应用软件各不相同，但是一个优秀的应用系统的软件应具有以下特点： (1) 软件结构清晰、简捷、流程合理。 (2) 各功能程序实现模块化，系统化。这样，既便于调试、连接，又便于移植、修改和维护。 (3) 程序存储区、数据存储区规划合理，既能节约存储容量，又能给程序设计与操作带来方便。 (4) 运行状态实现标志化管理。各个功能程序运行状态、运行结果以及运行需求都设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、控制都可通过状态标志条件来控制。 (5) 经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改痕迹。规范化的程序便于交流、借鉴，也为今后的软件模块化、标准化打下基础。 (6) 实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是计算机应用系统提高可靠性的有力措施。 (7) 为了提高运行的可靠性，在应用软件中设置自诊断程序，在系统运行前先运行自诊断程序，用以检查系统各特征参数是否正常。 6.3.4 硬件设计 1) 程序存储器 若单片机内无片内程序存储器或存储容量不够时，需外部扩展程序存储器。外部扩展的存储器通常选用EPROM或 EEPROM。EPROM集成度高、价格便宜，EEPROM则编程容易。当程序量较小时，使用EEPROM较方便；当程序量较大时，采用EPROM更经济。 2) 数据存储器 数据存储器利用RAM构成。大多数单片机都提供了小容量的片内数据存储区，只有当片内数据存储区不够用时才扩展外部数据存储器。 存储器的设计原则是：在存储容量满足要求的前提下，尽可能减少存储芯片的数量。建议使用大容量的存储芯