第一章单片机应用系统设计

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单片机应用系统设计
在拟定总体设计方案时，设计者必须合理选 择切合实际的程序设计方法。常用的程序设计方 法有三种：
① 模块化程序设计：把一个复杂的应用程 序按整体功能划分成若干相对独立的程序模块， 各模块可以单独设计、编程、调试，然后装配起 来联调，最终成为一个有实用价值的程序。
单片机应用系统设计
第1章 单片机系统开发
教学目标 1.1 单片机系统设计步骤 1.2 单片机应用系统开发工具 1.3 单片机开发系统应用实例 1.4 课程设计 本章小结 思考题与习题
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单片机应用系统设计
教学目标
1. 了解单片机应用系统设计的过程和要求； 知道单片机应用系统硬件设计的内容和要求；知 道单片机应用系统软件设计的步骤和要求；理解 软件设计与硬件设计的关系。
单片机应用系统的功能不同，其硬件和软件
结构也不相同，但研制、开发的方法和步骤基本
一致。
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1.1.1 总体设计
1. 可行性调研 可行性调研的目的，是分析完成该项目的可
能性。进行这方面的工作，可参考国内外有关资 料，看是否有人进行过类似的工作。如果有，则 可分析他人是如何进行的，有什么优缺点，有何 值得借鉴的地方；如果没有，则需作进一步的研 究，此时的重点应放在能否实现目标这个环节， 首先从理论上进行分析，探讨实现的可能性，所
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3. 建立数学模型 设计任务书拟定后，接下来应对被控对象的
物理过程和计算任务进行全面分析，并从中抽象 出数学表达式，即建立数学模型。数学模型的形 式是多种多样的，可以是一系列的数学表达式， 可以是数学推理和判断，也可以是运行状态的模 拟等。数学模型要能真实描述客观控制过程，要 精确而简单。
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统软件中充当组织调度角色。由于应用系统种类 繁多，程序编制者风格不一，因此应用软件因系 统而异。尽管如此，作为优秀的系统软件还是有 其共同点及规律的。
1. 程序的总体设计 程序总体设计是指从系统的高度考虑程序结
构、数据形式和程序功能的实现方法和手段。
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要求的客观条件是否具备（环境、测试手段、仪 器设备、资金、人员等），然后结合实际情况， 确定能否立项的问题。
2. 拟制设计任务书 设计者首先应对系统的任务、控制对象、工
作环境作周密的调查研究，必要时还要勘察工业 现场，明确系统的各项指标。进而编写设计任务 书，整个系统的设计开发都要围绕着如何达到技 术指标来进行。
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4. 总体方案设计
在上述基础上，对系统各部分构成进行总 体规划。主要考虑以下几个问题： ① 系统组成：根据系统功能，确定系统主要由 哪些功能模块构成：如键盘、显示、输入/输出 通道、通信等。 ② 单片机选型：根据系统的精度和速度要求合 理选择单片机机型。可以综合考虑单片机的实 用性、性价比、开发工具和研发人员的熟悉程
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② 自顶向下程序设计：从系统一级的主干 程序开始，集中精力解决全局问题，然后层层 细化逐步求精，最终完成一个复杂的程序。
③ 结构化程序设计：在编程过程中，对程 序结构进行适当限制，特别是限制转移指令的使 用，用于控制程序的复杂程序，使程序上下文与 执行流程保持一致。这是一种比较理想的程序设 计方法。
2. 了解单片机开发工具的主要作用；了解 单片机开发系统的分类；知道单片机开发系统的 功能；理解单片机应用系统软、硬件调试的方法。
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3. 理解单片机应用系统设计实例：数码管 数字时钟电路的设计、数字式音乐盒设计设计 步骤、设计方案、硬件设计、软件设计等知识。 举一反三，具备简单常用单片机系统的设计开 发能力。
为使硬件设计合理，系统的电路设计应注意 以下几个方面：
①尽可能选择标准化、模块化的典型电路， 提高设计的成功率和结构的灵活性。
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②尽量选用功能强、集成度高的电路或芯片。 ③选择通用性强、市场货源充足的元器件。 ④系统扩展及各功能模块在设计满足应用系统 功能要求基础上，应适当留有余地。 ⑤尽量采用新技术。 ⑥充分考虑各部分的驱动能力。 ⑦系统的抗干扰设计。
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等方面因素。 ③ 软硬件功能分配：确定哪些功能由硬件实现， 哪些功能由软件完成。在不影响系统技术指标的 前提下，提倡尽量用软件实现。
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1.1.2 硬件设计
根据总体方案画出硬件电路原理图，然后在 单片机开发仪或实验板上搭出电路，并且在调试 和运行软件中随时加以修改和补充，最后制作印 制电路板并装成样机。
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1.1 单片机系统设计步骤
一个完备的单片机应用系统包括硬件和软件
两大部分，硬件是躯体，软件是灵魂。只有系统
的软、硬件紧密配合、协调一致才能发挥其高性
能作用。在单片机应用系统的开发过程中，涉及
多种开发技术和工具，需要反复修改调整软、硬
件，以便尽可能提高系统的工作效率。
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1.1.3 软件设计
在进行应用系统的总体设计时，软件设计和硬 件设计应统一考虑，相互结合。当系统硬件电路确 定后，软件的任务也就明确了。 系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的。一 般地讲，软件的功能可分为两大类：一类是执行软 件，它能完成各种实质性的功能，如测量、计算、 显示、打印、输出控制等；另一类是监控软件，它 是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系