单片机原理课件--第七章_单片机应用系统设计与开发.pptVIP

* 第7章 单片机应用系统设计与开发 7.1 单片机应用系统的开发过程 7.2 单片机开发工具及选择 7.3 系统可靠性设计 7.4 单片机应用系统的调试方法 7．1 单片机应用系统的开发过程 单片机应用系统由硬件和软件两部分组成。硬件是指单片机CPU、扩展存储器、输入/输出接口电路及设备等组成的电路系统；软件包括监控程序和各种应用程序。硬件和软件只有密切配合、协调一致，才能组成一个高性能的单片机应用系统。 单片机应用系统的开发过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、仿真调试、可靠性实验和产品化等几个阶段，但各阶段不是绝对分开的，有时还是交叉进行的。 下图描述了单片机应用系统开发的一般过程。 7.1.1 总体设计 1.理解系统功能和技术指标 2.选择单片机的类型 一般来说，在选择单片机类型时，主要综合考虑以下几个问题： 1) 货源充足、稳定。所选单片机芯片在国内元器件市场上货源要稳定、充足，且有成熟的开发设备。 2) 性价比要高。在保证性能指标的情况下，所用芯片价格要尽可能低，使系统有较高的性价比。 3) 研制周期。在研制任务重、时间紧的情况下，应考虑采用自己比较熟悉的系列，这样就可以较快地进行系统设计。最好选择用户广泛、技术成熟、性能稳定且自己熟悉的系列、型号。 3.关键器件的选择 4.软硬件功能划分 7．1．2 硬件设计 1. 元器件选择原则 选择元器件的基本原则是选择那些满足性能指标、可靠性高、经济性好的元器件。选择元器件时应考虑以下因素： 1) 性能参数和经济性。在选择元器件时必须按照器件手册所提供的各种参数(如工作条件、电源要求、逻辑特性等)指标综合考虑，但不能单纯追求超出系统性能要求的高速、高精度、高性能。 2) 通用性。在应用系统中，尽量采用通用的大规模集成电路芯片，这样可大大简化系统的设计、安装和调试，也有助于提高系统的可靠性。 3) 型号和公差。 4) 与系统速度匹配。单片机时钟频率一般可在一定范围内选择(如增强型MCS-51单片机芯片可在0-33MHz之间任意选择)，在不影响系统性能的前提下，时钟频率选低些好，这样可降低系统内其他元器件的速度要求，从而降低成本和提高系统的可靠性。 5) 电路类型。对于低功耗应用系统，必须采用CHMOS或CMOS芯片，如74HC系列、CD4000系列；而一般系统可使用TTL数字集成电路芯片。 2. 系统构成方式选择 目前用户在构成单片机应用系统时，有以下三种方式可供选择。 1)专用系统 2)模块化系统 3)单片单板机系统 3. 系统硬件电路设计原则 一般在系统硬件电路设计时应遵循以下原则： 1) 尽可能选择标准化、模块化的典型电路，且符合单片机应用系统的常规用法。 2) 系统配置及扩展标准必须充分满足系统的功能要求，并留有余地，以利于系统的二次开发。 3) 硬件结构应结合应用程序设计一并考虑。软件能实现的功能尽可能由软件来完成，以简化硬件结构。 4) 系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。 5) 单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。 6) 可靠性及抗干扰设计是硬件系统不可缺少的一部分 7) TTL电路未用引脚的处理 8) 工艺设计 4. 印制电路板设计 在编辑印制板时，需要遵循下列原则： 1) 晶振必须尽可能靠近CPU晶振引脚，且晶振电路下方不能走线，最好在晶振电路下方放置一个与地线相连的屏蔽层。 2) 电源、地线要求。在双面印制板上，电源线和地线应安排在不同的面上，且平行走线，这样寄生电容将起滤波作用。对于功耗较大的数字电路芯片，如CPU、驱动器等应采用单点接地方式，即这类芯片电源、地线应单独走线，并直接接到印制板电源、地线入口处。电源线和地线宽度尽可能大一些，或采用微带走线方式。 3) 模拟信号和数字信号不能共地，即采用单点接地方式。 4) 在中低频应用系统(晶振频率小于20MHz)中，走线转角450；在高频系统中，必要时可选择圆角模式。尽量避免使用900转角。 5) 对于输入信号线，走线尽可能短，必要时在信号线两侧放置地线屏蔽，防止可能出现的干扰；不同信号线避免平行走线，上下两面的信号线最好交叉走线，相互干扰可减到最小。 6) 为降低系统功耗，对于未用TTL电路单元必须按如下方式处理： (1)在印制板设计时，最容易忽