硬件电路设计资料
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（2）外围器件的选择 外围器件应符合系统的精度、速度和可靠性、功耗、抗干 扰等方面的要求。应考虑功耗、电压、温度、价格、封装形式 等其他方面的指标，应尽可能选择标准化、模块化、功能强、 集成度高的典型电路。 3．总体设计 总体设计就是根据设计任务、指标要求和给定条件，设计出 符合现场条件的软、硬件方案。并进行方案优化。应划分硬件、 软件任务，画出系统结构框图。要合理分配系统内部的硬件、 软件资源。包括以下几个方面：
7.1
概述
由于单片机具有体积小、功耗低、功能强、可靠性高、
实时性强、简单易学、使用方便灵巧、易于维护和操作、性 能价格比高、易于推广应用、可实现网络通信等技术特点。 因此，单片机在自动化装臵、智能仪表、家用电器，乃至数
据采集、工业控制、计算机通信、汽车电子、机器人等领域 得到了日益广泛的应用。 单片机应用系统设计应当考虑其主要技术性能（速度 精 度 功耗 可靠性 驱动能力等），还应当考虑功能需求，应用需 求，开发条件，市场情况，可靠性需求，成本需求，尽量以 软件代替硬件等。下页图描述了单片机应用系统设计的一般 过程。
（ 5 ）人机界面的设计：键盘、开关、拨码盘、启 / 停操作、 复位、显示器、打印、指示、报警、扩展接口等。 （6）通信电路的设计：根据需要选择 RS-232C、RS-485、 红外收发等通信标准。 （7）印刷电路板的设计与制作：专业设计软件（ Protel， OrCAD等）、设计、专业化制作厂家、安装元件、调试等。
2．硬件电路各模块设计的原则
单片机应用系统的一般结构 如下图所示。
各模块电路设计时应考虑以下几个方面： （ 1 ）存储器扩展：类型、容量、速度和接口，尽量减少 芯片的数量。 （2）I/O接口的扩展：体积、价格、负载能力、功能，合 适的地址译码方法。
（3）输入通道的设计：开关量（接口形式、电压等级、隔 离方式、扩展接口等），模拟输入通道（信号检测、信号传 输、隔离、信号处理、 A/D、扩展接口、速度、精度和价格 等）。 （4）输出通道的设计：开关量（功率、控制方式等），模 拟量输出通道（输出信号的形式、 D/A 、隔离方式、扩展接 口等）
3．程序设计
（1）建立数学模型：描述出各输入变量和各输出变量之间 的数学关系。
（2）绘制程序流程图：以简明直观的方式对任务进行描述。 （3）程序的编制：选择语数据结构、控制算法、存储空间 分配，系统硬件资源的合理分配与使用，子程序的入/ 出口参 数的设臵与传递。 4．软件装配
各程序模块编辑之后，需进行汇编或编译、调试，当满足 设计要求后，将各程序模块按照软件结构设计的要求连接起来， 即为软件装配。在软件装配时，应注意软件接口。
7.2.2
硬件设计
由总体设计所给出的硬件框图所规定的硬件功能，在确 定单片机类型的基础上进行硬件设计、实验。进行必要的工 艺结构设计，制作出印刷电路板，组装后即完成了硬件设计。 一个单片机应用系统的硬件设计包含系统扩展和系统的配臵 （按照系统功能要求配臵外围设备）两部分。 1．硬件电路设计的一般原则 （1）采用新技术，注意通用性，选择典型电路。 （2）向片上系统（SOC）方向发展。扩展接口尽可能采用 PSD等器件。 （3）注重标准化、模块化。 （4）满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进 行二次开发。 （5）工艺设计时要考虑安装、调试、维修的方便。
（1）从系统功能需求出发设计功能模块。包括显示器、键盘、数据采集、 检测、通信、控制、驱动、供电方式等 （2）从系统应用需求分配元器件资源。包括定时器/计数器、中断系统、 串行口、I/O接口、A/D、D/A、信号调理、时钟发生器等。 （3）从开发条件与市场情况出发选择元器件。包括仿真器、编程器、元 器件、语言、程序设计的简易等。 （4）从系统可靠性需求确定系统设计工艺。包括去耦、光隔、屏蔽、印 制板、低功耗、散热、传输距离/速度、节电方式、掉电保护、软件措施等。
（8）负载容限：总线驱动。 （ 9）信号逻辑电平兼容性：电 平兼容和转换。 （ 10 ）电源系统的配臵：电源 的组数、输出功率、抗干扰。 （ 11 ）抗干扰的实施：芯片、 器件选择、去耦滤波、印刷电路 板布线、通道隔离等。
7.2Biblioteka Baidu3
软件设计
软件设计流程图如右图所示。 可分为以下几个方面。
1．总体规划 结合硬件结构，明确软件任务，确定具体实施的方法，合 理分配资源。定义输入/输出、确定信息交换的方式（数据速率、 数据格式、校验方法、状态信号等）、时间要求，检查与纠正 错误。 2．程序设计技术 软件结构实现结构化，各功能程序实行模块化、子程序化。 一般有以下两种设计方法： （1）模块程序设计：优点是单个功能明确的程序模块的设计 和调试比较方便，容易完成，一个模块可以为多个程序所共享。 其缺点是各个模块的连接有时有一定难度。 （2）自顶向下的程序设计：优点是比较符合于人们的日常思 维，设计、调试和连接同时按一个线索进行，程序错误可以较 早的发现。缺点是上一级的程序错误将对整个程序产生影响， 一处修改可能引起对整个程序的全面修改。
第7章 MCS-51单片机应用系统设计
主要内容： 从总体设计、硬件设计、软件设计、可靠性设计、系 统调试与测试等几个方面介绍了单片机应用系统设计的方 法及基本过程，并给出了典型设计实例，同时还简单介绍 了C51编程方法和Keil C51开发系统。重点在于单片机应用 系统开发的方法与实际应用，难点在于将单片机应用系统 开发的方法应用于实际工程中，设计出最优的单片机应用 系统。
7.2
7.2.1
MCS-51单片机应用系统设计
总体设计
1．明确设计任务 认真进行目标分析，根据应用场合、工作环境、具体用 途，考虑系统的可靠性、通用性、可维护性、先进性，以及 成本等，提出合理的、详尽的功能技术指标。 2．器件选择 （1）单片机选择 主要从性能指标如字长、主频、寻址能力、指令系统、 内部寄存器状况、存储器容量、有无A/D、D/A通道、功耗、 价能比等方面进行选择。对于一般的测控系统，选择8位机即 能满足要求。
（2）外围器件的选择 外围器件应符合系统的精度、速度和可靠性、功耗、抗干 扰等方面的要求。应考虑功耗、电压、温度、价格、封装形式 等其他方面的指标，应尽可能选择标准化、模块化、功能强、 集成度高的典型电路。 3．总体设计 总体设计就是根据设计任务、指标要求和给定条件，设计出 符合现场条件的软、硬件方案。并进行方案优化。应划分硬件、 软件任务，画出系统结构框图。要合理分配系统内部的硬件、 软件资源。包括以下几个方面：
7.1
概述
由于单片机具有体积小、功耗低、功能强、可靠性高、
实时性强、简单易学、使用方便灵巧、易于维护和操作、性 能价格比高、易于推广应用、可实现网络通信等技术特点。 因此，单片机在自动化装臵、智能仪表、家用电器，乃至数
据采集、工业控制、计算机通信、汽车电子、机器人等领域 得到了日益广泛的应用。 单片机应用系统设计应当考虑其主要技术性能（速度 精 度 功耗 可靠性 驱动能力等），还应当考虑功能需求，应用需 求，开发条件，市场情况，可靠性需求，成本需求，尽量以 软件代替硬件等。下页图描述了单片机应用系统设计的一般 过程。
（ 5 ）人机界面的设计：键盘、开关、拨码盘、启 / 停操作、 复位、显示器、打印、指示、报警、扩展接口等。 （6）通信电路的设计：根据需要选择 RS-232C、RS-485、 红外收发等通信标准。 （7）印刷电路板的设计与制作：专业设计软件（ Protel， OrCAD等）、设计、专业化制作厂家、安装元件、调试等。
2．硬件电路各模块设计的原则
单片机应用系统的一般结构 如下图所示。
各模块电路设计时应考虑以下几个方面： （ 1 ）存储器扩展：类型、容量、速度和接口，尽量减少 芯片的数量。 （2）I/O接口的扩展：体积、价格、负载能力、功能，合 适的地址译码方法。
（3）输入通道的设计：开关量（接口形式、电压等级、隔 离方式、扩展接口等），模拟输入通道（信号检测、信号传 输、隔离、信号处理、 A/D、扩展接口、速度、精度和价格 等）。 （4）输出通道的设计：开关量（功率、控制方式等），模 拟量输出通道（输出信号的形式、 D/A 、隔离方式、扩展接 口等）
3．程序设计
（1）建立数学模型：描述出各输入变量和各输出变量之间 的数学关系。
（2）绘制程序流程图：以简明直观的方式对任务进行描述。 （3）程序的编制：选择语数据结构、控制算法、存储空间 分配，系统硬件资源的合理分配与使用，子程序的入/ 出口参 数的设臵与传递。 4．软件装配
各程序模块编辑之后，需进行汇编或编译、调试，当满足 设计要求后，将各程序模块按照软件结构设计的要求连接起来， 即为软件装配。在软件装配时，应注意软件接口。
7.2.2
硬件设计
由总体设计所给出的硬件框图所规定的硬件功能，在确 定单片机类型的基础上进行硬件设计、实验。进行必要的工 艺结构设计，制作出印刷电路板，组装后即完成了硬件设计。 一个单片机应用系统的硬件设计包含系统扩展和系统的配臵 （按照系统功能要求配臵外围设备）两部分。 1．硬件电路设计的一般原则 （1）采用新技术，注意通用性，选择典型电路。 （2）向片上系统（SOC）方向发展。扩展接口尽可能采用 PSD等器件。 （3）注重标准化、模块化。 （4）满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进 行二次开发。 （5）工艺设计时要考虑安装、调试、维修的方便。
（1）从系统功能需求出发设计功能模块。包括显示器、键盘、数据采集、 检测、通信、控制、驱动、供电方式等 （2）从系统应用需求分配元器件资源。包括定时器/计数器、中断系统、 串行口、I/O接口、A/D、D/A、信号调理、时钟发生器等。 （3）从开发条件与市场情况出发选择元器件。包括仿真器、编程器、元 器件、语言、程序设计的简易等。 （4）从系统可靠性需求确定系统设计工艺。包括去耦、光隔、屏蔽、印 制板、低功耗、散热、传输距离/速度、节电方式、掉电保护、软件措施等。
（8）负载容限：总线驱动。 （ 9）信号逻辑电平兼容性：电 平兼容和转换。 （ 10 ）电源系统的配臵：电源 的组数、输出功率、抗干扰。 （ 11 ）抗干扰的实施：芯片、 器件选择、去耦滤波、印刷电路 板布线、通道隔离等。
7.2Biblioteka Baidu3
软件设计
软件设计流程图如右图所示。 可分为以下几个方面。
1．总体规划 结合硬件结构，明确软件任务，确定具体实施的方法，合 理分配资源。定义输入/输出、确定信息交换的方式（数据速率、 数据格式、校验方法、状态信号等）、时间要求，检查与纠正 错误。 2．程序设计技术 软件结构实现结构化，各功能程序实行模块化、子程序化。 一般有以下两种设计方法： （1）模块程序设计：优点是单个功能明确的程序模块的设计 和调试比较方便，容易完成，一个模块可以为多个程序所共享。 其缺点是各个模块的连接有时有一定难度。 （2）自顶向下的程序设计：优点是比较符合于人们的日常思 维，设计、调试和连接同时按一个线索进行，程序错误可以较 早的发现。缺点是上一级的程序错误将对整个程序产生影响， 一处修改可能引起对整个程序的全面修改。
第7章 MCS-51单片机应用系统设计
主要内容： 从总体设计、硬件设计、软件设计、可靠性设计、系 统调试与测试等几个方面介绍了单片机应用系统设计的方 法及基本过程，并给出了典型设计实例，同时还简单介绍 了C51编程方法和Keil C51开发系统。重点在于单片机应用 系统开发的方法与实际应用，难点在于将单片机应用系统 开发的方法应用于实际工程中，设计出最优的单片机应用 系统。
7.2
7.2.1
MCS-51单片机应用系统设计
总体设计
1．明确设计任务 认真进行目标分析，根据应用场合、工作环境、具体用 途，考虑系统的可靠性、通用性、可维护性、先进性，以及 成本等，提出合理的、详尽的功能技术指标。 2．器件选择 （1）单片机选择 主要从性能指标如字长、主频、寻址能力、指令系统、 内部寄存器状况、存储器容量、有无A/D、D/A通道、功耗、 价能比等方面进行选择。对于一般的测控系统，选择8位机即 能满足要求。