第7章单片机应用系统设计与开发
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MCS-51单片机应用系统设计
6 通信电路的设计 单片机应用系统一般需要其具有数据通信的能力，通常采用RS-
232C、RS-485、I2C、CAN、工业以太网、红外收发等通信标准。
7 印刷电路板的设计与制作 电路原理图和印制电路板常采用专业设计软件进行设计， 如
Protel、Proteus、OrCAD等。设计印制电路板需要有很多的技巧和经 验。设计好印制电路板图后，应送到专业厂家制作生产，在生产出来 的印制电路板上安装好元件，则完成硬件设计和制作。
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：选择语言、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 数的设置与传递。
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
单 片 机 应 用 系 统 设 计 的 一 般 过 程
7.1 MCS-51单片机应用系统设计过程
1. 总体设计 2. 硬件设计 3. 软件设计 4. 可靠性设计 5. 单片机应用系统的调试、测试
7.1.1 总体设计
1．明确设计任务 单片机应用系统的设计是从确定目标任务开始的。 认真进行目标分析，根据应用场合、工作环境、具体用途，
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。
单片机应用系统的设计与开发
用万能板焊接后的单片机最小系统
焊接工艺——焊前准备 焊前准备 焊接工艺
所有元器件引线均不得从根部弯曲。 （1）所有元器件引线均不得从根部弯曲。一般应留 1.5mm以上 弯曲可使用尖咀钳和镊子，或借助圆棒。 以上。 1.5mm以上。弯曲可使用尖咀钳和镊子，或借助圆棒。 弯曲一般不要成死角， （2）弯曲一般不要成死角， 圆弧半径应大于引线直径的1 2 圆弧半径应大于引线直径的1~2倍。 （3）要尽量将有字符的元器件面 元件 置于容易观察的位置。 置于容易观察的位置。
4、正文
3） 软件设计 系统分析（软件编译环境， 系统分析（软件编译环境，系统软件的 组成、功能等，如：总体流程图） 组成、功能等， 总体流程图） 参数计算（ 定时计数初值计算等） 参数计算（如：定时计数初值计算等） 程序设计（各功能子程序的“流程图” 程序设计（各功能子程序的“流程图”， 非程序代码！！） 非程序代码！！）
六、设计报告写作
1、封面 、 2、摘要 、 3、 3、目录 4、正文 、 5、设计体会 、 6、参考文献 、
单片机课程设计书写格式： 单片机课程设计书写格式： 附件2 附件2：封面格式 附件3 附件3：正文格式
2、摘要
介绍你所作设计的主要内容及主要 方法和取得的结果， 方法和取得的结果，是整个报告的 概括性内容， 概括性内容，不要超过一页面 。
注意： 注意： 下载软件和下载工具都是配套的 硬件不一定通用，注意接口定义。 硬件不一定通用，注意接口定义。
MOSI：主机输出/ 从机输出入； ：主机输出 从机输出入； 串行写入命令或数据 MISO：主机输入 从机输出 ：主机输入/ 串行读入数据 SCK：移位脉冲 ： REST：复位 ：
CABLE Signal name MOSI VCC GND RST GND SCK GND MISO GND AT89S PIN OUT P1.5
单片机原理及应用(李桂林)章 (7)
第 7 章 单片机并行扩展技术 图 7－1 8031 最小应用系统
第 7 章 单片机并行扩展技术
8031 芯片本身的连接除了 EA 必 须 接地 地外(选择外 部存储器),其他与 80C51 / 89C51 最小应用系统一样,也必须 有复位及时钟电路。
第 7 章 单片机并行扩展技术
7. 2 总线扩展及编址方法
第 7 章 单片机并行扩展技术
7. 1 单片机的最小系统
最小应用系统,是指能维持单片机运行的最简单配置的系 统。这种系统成本低廉、结构简单,常用来构成简单的控制系 统,如开关状态的输入/输出控制等。对于片内有ROM / EPROM 的单片机,其最小应用系统即为配有晶振、复位电路和电源的 单个单片机。对于片内无 ROM / EPROM 的单片机,其最小系统 除了外部配置晶振、复位电路和电源外,还应当外接 EPROM 或 E2 PROM作为程序存储器使用。
第 7 章 单片机并行扩展技术
图 7－3 所示为线选法应用实例。图中所扩展的芯片地址 范围如表 7 －1 所示,其中 ×可以取“0 ”,也可以取 “ 1 ”,用十六进制数表示的地址如下:
2764 ( 1 ): 4000H~5FFFH ,或 C000H~DFFFH ,有地址重 叠现象。
2764 ( 2 ): 2000H~3FFFH ,或 A000H~BFFFH ,有地址重 叠现象。
第 7 章 单片机并行扩展技术
当然,最小系统有可能无法满足应用系统的功能要求。比 如,有时即使有内部程序存储器,但由于程序很长,程序存储器 容量可能不够;对一些数据采集系统,内部数据存储器容量也可 能不够等,这就需要根据情况扩展 EPROM 、 RAM 、 I / O 口 及其他所需的外围芯片。
第 7 章 单片机并行扩展技术
《单片机原理与应用及上机指导》第7章：80C51单片机系统扩展
表7.4 常用SRAM芯片的主要性能
表7.6 80C51与6264的线路连接
7.2 并行I/O扩展
MCS-51系列单片机共有4个并行I/O口，分别是P0、P1、 P2和P3。其中P0口一般作地址线的低8位和数据线使用； P2口作地址线的高8位使用；P3口是一个双功能口，其第 二功能是一些很重要的控制信号，所以P3一般使用其第二 功能。这样供用户使用的I/O口就只剩下P1口了。另外，这 些I/O口没有状态寄存和命令寄存的功能，所以难以满足复 杂的I/O操作要求。因此，在大部分MCS-5l单片机应用系 统的设计中都不可避免地要进行I/O口的扩展。 7.2.1 并行I/O扩展原理 7.2.2 常用的并行I/O扩展芯片
线选法
若系统只扩展少量的RAM和I/O口芯片，可采用线选法。 线选法是把单片机高位地址分别与要扩展芯片的片选端相连，控制选 择各条线的电路以达到选片目的，其优点是接线简单，适用于扩展芯 片较少的场合，缺点是芯片的地址不连续，地址空间的利用率低。
图7.7 片外RAM的读时序
图7.8 片外RAM的写时序
4．数据存储器芯片及扩展电路
(1) 数据存储器 数据存储器扩展常使用随机存储器芯片，用得较多的是 Intel公司的6116(容量为2KB)和6264(容量为8KB)， 其性能 如表7.4所示。 (2) 数据存储器扩展电路 80C51与6264的连接 如表7.6所示。
全地址译码法
利用译码器对系统地址总线中未被外扩芯片用到的高位地址线进行译 码，以译码器的输出作为外围芯片的片选信号。常用的译码器有 74LS139、74LS138、74LS154等。优点是存储器的每个存储单元只 有唯一的一个系统空间地址，不存在地址重叠现象；对存储空间的使 用是连续的，能有效地利用系统的存储空间。缺点是所需地址译码电 路较多，全地址译码法是单片机应用系统设计中经常采用的方法 。
第七讲：单片机应用系统设计.
电话自动拨号&电话号码限拨器电路设计
主控单片机89C2051：20引脚,片内2
20脚封装
()P3.0
()P3.1 2 1
(0)P3.2 (1)P3.3
(T0)P3.4 (T1)P3.5
P1.7
P1.6 P1.5 P1.4
P1.3 P1.2
P1.1(1) P1.0(0) P3.7
音频输入端
公司的编码/解码芯片：8880
双音多频 —— ：
①每一个拨号音是 由两 个正弦波单音 混合而成。 4个高 音 种 ② “和组在*”合电4“个。信#低信”音令仅,有中作1：为6 开放电 信新型 业务中作特殊识别 码。而 “A”“B”“C”
双音多频解码芯片8870D
8870D片内集成了裂带滤波器和数字解码功能,滤波器 针对高音频和低音频采用了开关电容式滤波技术；译码器 通过数字计数器对全部16个音频组合进行探测和译码。 片上的差分输入放大器、时钟振荡电路和带锁存地三态接 口仅需要极少的外接元件。
基本设计原则（续） ⑤从系统成本需求选择合理电路方案
元器件，外壳，面板，键盘，显示，单/双面 ，驱动…… ⑥功能满足系统要求的前提下尽量以软代硬 逻辑功能，滤波功能，译码功能，动态显示， 模拟I2C、总线，软，加密……
单片机应用系统设计与开发实例1：
远距离电话遥控装置（与书上P.235类似的一种应
9600的全功能应用电路图
单片机应用系统设计与开发实例2：
电话锁电话号码自动拨号器任务分析： 1、能限拨用户自己设定的电话号码
能设定和清除限拨号码（可存40个号码） 可开锁和上锁（启动限拨） 能设置和修改密码 忘记密码时可恢复默认密码 2、能快速拨出事先存入的卡号 3、无须另外为其供电，有“窃电”功能
单片机应用系统的设计与开发
2
是单片机与采集对象相连的部
以及了解系统运行状态所设置 的通道。如键盘、显示电路
分，是应用系统的输入通道。
通过信号条理电路与AD转换模
块连接起来。
是应用系统的输出通道，大多 数需要功率驱动。
根据输出控制的不同要求，后 向通道电路：有模拟电路、数 字电路、开关电路等。有电流 输出、电压输出、开关量输出、 数字量输出。
指令
2,P3当
中的一
个端口
RW: 写
111111-045678912340读2DDDDDDDR，DRE5362704WS10 ：LLVEEVDDVDSAKODS
1
2
5V
3 0R3W1
5K
15 1E6: 1 - 使 能5V， 0 :
禁止
YM1602硬件连接
控制端 口，接 IO口
数据端 口，接 P0,P1,P 2,P3当 中的一 个端口
P01 38
P02 37
P03 36
P04 35
P05 34
P06 33
P07 32
EA 31 ALE 30
5V
PSEN 29
P27 28 P26 27
P25 26
P24 25
P23 P22
24 23
P21 22
P20 21
STC89C52 单片机最小系统连接
前向通道
人机对话通道
后向通道
1
用户为了对应用系统进行干预
6 P15
7 P16
10u 8 P17
9 RST
10 P30/RXD
10K 11 P31/TXD
12 P32/INT0
13 P33/INT1
14 P34/T0
单片机第7章习题答案
第7章习题答案1．通常8031给用户提供的I/O口有哪几个？为什么？答案：MCS-51系列单片机虽然有4个8位I/O口P0、P1、P2、P3，但4个I/O口实际应用时，并不能全部留给用户作系统的I/O口。
因为当单片机在外部扩展了程序存储器、数据存储器时，就要用P0和P2口作为地址/数据总线，而留给用户使用的I/O口只有P1口和一部分P3口。
(不做系统扩展，都可以用作I/O口)2．在MCS-51单片机应用系统中，外接程序存储器和数据存储器的地址空间允许重叠而不会发生冲突，为什么？外部I/O接口地址是否允许与存储器地址重叠？为什么？答案：因为单片机访问外部程序存储器与访问外部数据存储器（包括外部I/O口）时，会分别产生PSEN与RD/WR两类不同的控制信号，因此外接程序存储器和数据存储器的地址空间允许重叠而不会发生冲突。
外部扩展I/O口占用数据存储器地址空间，与外部数据存储器统一编址，单片机用访问外部数据存储器的指令来访问外部扩展I/O口。
因此外部I/O接口地址是否允许与程序存储器地址重叠不允许与数据数据存储器地址重叠。
3．在通过MOVX指令访问外部数据存储器时，通过I/O口的哪些位产生哪些控制信号？答案：MCS-51对外部数据存储器的访问指令有以下4条：1）MOVX A, @Ri2）MOVX @Ri, A3）MOVX A, @DPTR4）MOVX @DPTR, A访问外部数据存储器指令在执行前，必须把需要访问的存储单元地址存放在寄存器Ri （R0或R1）或DPTR中。
CPU在执行1）、2）指令时，作为外部地址总线的P2口输出P2锁存器的内容、P0口输出R0或R1的内容；在执行3）、4）指令时，P2口输出DPH内容，P0口输出DPL内容。
写时(/WR P3.6)有效；读时（/RD P3.7）有效。
4．外部存储器的片选方式有几种？各有哪些特点？答案：外部存储器的片选方式有线选法和译码法两种。
线选法的特点是连接简单，不必专门设计逻辑电路，但是各个扩展芯片占有的空间地址不连续，因而地址空间利用率低。
《单片机原理及应用》教学课件 第7章-单片机C语言编程基础知识
12
7.1.2 C51 数据类型
3． sfr16
sfr16也是一种扩充数据类型，它定义的变量占用两个 内存单元。sfr16和sfr一样用于操作特殊功能存放器，不同 的是，sfr16定义的变量可访问16位特殊功能存放器，sfr16 类型变量的取值范围为0～65535。
该数据类型的定义格式如下： sfr16 变量名=变量地址; 此处的变量地址为16位地址中的低8位地址。通过sfr16 类型变量访问16位特殊功能存放器时，先读低字节数据，后 读高字节数据；对特殊功能存放器写入数据时，先写入高字 节地址，再写入低字节地址。
要在数字后面加上字母L，如104L，034L，7850L等。
〔2〕浮点型常量
浮点型常量可分为十进制和指数两种表示形式。
① 十进制浮点型常量由数字和小数点组成，整数或小数局部为0时可以省略，
但必须要保存小数点，如，，，.25，300.等。
② 指数浮点型常量表示形式为：[±]数字[.数字]e[±]数字。[]中的内容为可选
C语言程序本身不依赖于硬件开发平台，程序不做修改或做少量修改就可以移植到 不同的单片机中。目前，使用C语言进行程序设计已经成为单片机软件开发的主流。
基于单片机的C语言又称为C51语 言。和标准C语言所不同的是，C51语 言运行于单片机平台上，并根据单片 机的硬件特点扩展了局部关键字。以 下关于C语言的描述都是基于单片机的， 后面不再强调这一点。
项，如125e3，7e9，−3.0e−3等。
15
7.1.3 常量与变量
〔3〕字符型常量 将单个字符放在单引号内的常量就是字符型常量，如'a''d'等。有一类字符型常量专 门用来表示控制字符，如回车符、换行符等，它们被称为转义字符，其表示方式为在字 符前面加上一个反斜杠“\〞，如'\n'。常用转义字符如表7-3所示。
7.1.2 C51 数据类型
3． sfr16
sfr16也是一种扩充数据类型，它定义的变量占用两个 内存单元。sfr16和sfr一样用于操作特殊功能存放器，不同 的是，sfr16定义的变量可访问16位特殊功能存放器，sfr16 类型变量的取值范围为0～65535。
该数据类型的定义格式如下： sfr16 变量名=变量地址; 此处的变量地址为16位地址中的低8位地址。通过sfr16 类型变量访问16位特殊功能存放器时，先读低字节数据，后 读高字节数据；对特殊功能存放器写入数据时，先写入高字 节地址，再写入低字节地址。
要在数字后面加上字母L，如104L，034L，7850L等。
〔2〕浮点型常量
浮点型常量可分为十进制和指数两种表示形式。
① 十进制浮点型常量由数字和小数点组成，整数或小数局部为0时可以省略，
但必须要保存小数点，如，，，.25，300.等。
② 指数浮点型常量表示形式为：[±]数字[.数字]e[±]数字。[]中的内容为可选
C语言程序本身不依赖于硬件开发平台，程序不做修改或做少量修改就可以移植到 不同的单片机中。目前，使用C语言进行程序设计已经成为单片机软件开发的主流。
基于单片机的C语言又称为C51语 言。和标准C语言所不同的是，C51语 言运行于单片机平台上，并根据单片 机的硬件特点扩展了局部关键字。以 下关于C语言的描述都是基于单片机的， 后面不再强调这一点。
项，如125e3，7e9，−3.0e−3等。
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7.1.3 常量与变量
〔3〕字符型常量 将单个字符放在单引号内的常量就是字符型常量，如'a''d'等。有一类字符型常量专 门用来表示控制字符，如回车符、换行符等，它们被称为转义字符，其表示方式为在字 符前面加上一个反斜杠“\〞，如'\n'。常用转义字符如表7-3所示。
单片机系统设计与开发
电源设计
01
02
03
电压范围
根据单片机规格选择合适 的电源电压范围，确保单 片机正常工作。
电源稳定性
考虑电源的稳定性，以避 免电压波动对单片机造成 影响。
电源效率
优化电源设计以提高单片 机系统的能效。
存储器设计
程序存储器
01
用于存储单片机执行的程序代码。
数据存储器
02
用于存储单片机运行过程中产生的数据。
外部存储器
03
当单片机内部存储器不足时，可考虑扩展外部存储器。
输入输出接口设计
数字输入输出接口
用于数字信号的输入和输出。
模拟输入接口
用于采集模拟信号。
串行通信接口
如UART、SPI、I2C等，用于与其他芯片或设备进行通信。
时钟与复位电路设计
时钟源
为单片机提供工作时钟， 可以选择内部时钟或外部 时钟源。
02
03
智能家居
单片机在智能家居系统中扮演着 重要角色，如智能门锁、智能照 明、智能空调等。
04
02
单片机系统硬件设计
单片机选型
8位单片机
适用于简单控制和低成本应用，如家电和玩具。
16位单片机
具有更高的处理速度和精度，适用于高性能应用 ，如工业控制和仪器仪表。
ARM单片机
基于ARM架构，具有强大的处理能力和低功耗特 性，适用于嵌入式系统和物联网应用。
04
工业自动化控制系统的发展趋 势是高精度、高可靠性和低成 本，以满足工业生产的不断升 级和变革。
智能仪表系统设计与开发
01
智能仪表系统是利用单片机技 术实现仪表的智能化和数字化 ，从而提高测量精度和可靠性 。
单片机应用系统的设计与开发
单片机应用系统的设计与开发在当今科技飞速发展的时代，单片机作为一种集成度高、功能强大的微型计算机，已经广泛应用于各个领域。
从智能家居到工业自动化，从医疗设备到汽车电子，单片机的身影无处不在。
那么，如何设计和开发一个高效、稳定的单片机应用系统呢？这需要我们从多个方面进行考虑和实践。
一、需求分析在开始设计之前，充分了解和明确系统的需求是至关重要的。
这包括确定系统要实现的功能、性能指标、工作环境以及可能的限制条件等。
例如，如果是设计一个用于温度监测的单片机系统，我们需要明确测量的温度范围、精度要求、数据显示方式以及是否需要与其他设备进行通信等。
通过与客户或相关人员的沟通，以及对市场和现有类似产品的研究，可以更全面地把握需求。
同时，还需要对需求进行可行性分析，确保在技术、成本和时间等方面是可行的。
二、硬件设计硬件设计是单片机应用系统的基础。
首先，要选择合适的单片机型号。
这需要根据系统的需求来确定，例如处理能力、存储容量、引脚数量、功耗等。
常见的单片机品牌有 STM32、Arduino、PIC 等。
在确定单片机型号后，需要设计外围电路。
这包括电源电路、时钟电路、复位电路、输入输出接口电路等。
对于输入电路，要考虑信号的类型（模拟信号还是数字信号）、幅度和频率等，并选择合适的传感器和调理电路。
对于输出电路，要根据负载的类型和要求选择合适的驱动电路。
此外，还需要考虑电路板的布局和布线。
良好的布局和布线可以提高系统的稳定性和抗干扰能力。
要注意电源线和地线的宽度和走向，尽量减少信号的反射和串扰。
三、软件设计软件设计是实现单片机系统功能的核心。
首先，需要选择合适的编程语言和开发工具。
常见的编程语言有 C、C+＋和汇编语言等。
开发工具则包括 Keil、IAR 等。
在编写软件代码之前，要制定详细的软件流程和算法。
根据系统的功能需求，将整个任务分解为多个子任务，并确定每个子任务的执行顺序和逻辑关系。
在代码编写过程中，要注重代码的可读性和可维护性。
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第7章 单片机应用系统设计与开发
7.2.2 单片机应用系统的一般设计方法
在进行单片机应用系统方案设计时，可以下述一 般设计方法作为指导。 1.确定系统功能与性能 由需求分析可以确定出单片机应用系统的设计目
标，这一目标包括系统功能与性能。系统功能主要有
数据采集、数据处理、输出控制等。
第7章 单片机应用系统设计与开发
么功能。作为实现控制功能的软件应明确控制对象、控
制信号及控制时序；作为实现处理功能的软件应明确输 入是什么、要做什么样的处理(即处理算法)、产生何种输
出。
第7章 单片机应用系统设计与开发
2) 软件结构设计
软件结构设计与程序设计技术密切相关。程序设 计技术则提供了程序设计的基本方法。在单片机应用 系统中，最常用的程序设计方法是模块程序设计。模 块程序设计具有结构清晰、功能明确、设计简便、程 序模块可共享、便于功能扩展及便于程序维护等特点。 为了编制模块程序，先要将软件功能划分为若干子功 能模块，然后确定出各模块的输入、输出及相互间的 联系。
采用不同的输入/ 输出方式，对于单片机应用系统 的软、硬件结构有直接的影响。在单片机应用系统中， 常用的I/O方式主要有： ·无条件传送方式(同步传送方式)； ·查询方式； ·中断方式。
第7章 单片机应用系统设计与开发
3.硬件设计
单片机应用系统的硬件设计是围绕着单片机做外部 功能扩展而展开的，其结构如图 7―1 所示，它主要涉 及以下扩展部分的设计。 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 E2PROM 。 EPROM 集成度高、价格便宜，
HD6301，HD6305，HD63L05Hitachi(日本日立公司) AT89C系列ATMEL公司
第7章 单片机应用系统设计与开发
·16位机
8096(8098)系列Intel(美国英特尔公司) MK68200系列Mostek(美国莫斯特公司) TMS-9900系列TI公司 HPC1604系列NS公司
第7章 单片机应用系统设计与开发
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 单片机应用系统设计的基本原则与方法 7.3 单片机应用系统的一般结构 7.4 单片机应用系统的调试
7.5 单片机应用系统举例
——数字压力表的设计
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
选择单片机的原则是：
·有供货渠道； ·最适宜实现系统的功能与性能； ·有开发手段，且性价比较高。 。 以下列出较有影响的单片机型号及厂家，供选型参考。
·8位机
MCS-51系列Intel(美国英特尔公司) SUPER8,Z8系列Zilog(美国) F8,3870系列Fairchild(美国仙童公司) 68HC05,68HC11系列Motorola(美国摩托罗拉公司)
· 给共享存储器每个端口规定不同的优先级，防止 数据竞争。
· 对共享存储器进行分区，使得每个单片机系统与 主机系统间交换的数据仅在它们拥有的固定存储区上存储， 防止数据串扰。
第7章 单片机应用系统设计与开发
6500/1系列Rockwell(美国洛克威尔公司)
TMS700系列TI(美国得克萨斯仪器公司) NS8070系列NS(美国国家半导体公司) CDP1800系列RCA(美国无线电公司) MN6800系列National(日本松下公司)
μCOM87(μPD7800)系列NEC(日本电气公司)
场或用户需求；②经济效益和社会效益；③技术支持
与开发环境；④现在的竞争力与未来的生命力。
第7章 单片机应用系统设计与开发
2. 系统需求调查
做好详细的系统需求分析是对研制新系统准确定 位的关键。当建造一个新的单片机对未来新系统的
希望和要求，通过对各种需求信息进行分析综合，得 出市场或用户是否需要新系统的结论。
通常，开发一个单片机应用系统需要经过以下几个过程： · 系统可行性分析； · 系统需求分析；
· 系统方案设计；
· 系统构建； · 系统调试与测试； · 固化程序与电路，形成正式系统（或产品）。
第7章 单片机应用系统设计与开发
1.可行性分析
可行性分析将对新系统开发研制的必要性及可实 现性给出明确的结论，根据这一结论决定系统的开发 研制工作是否进行下去。 可行性分析通常从以下几个方面进行论证：①市
5)总线驱动器
如果单片机外部扩展的器件较多，负载过重，就 要考虑设计总线驱动器。
第7章 单片机应用系统设计与开发
6) 抗干扰电路
针对可能出现的各种干扰，应设计抗干扰电路。 在单片机应用系统中，一个不可缺少的抗干扰电路就 是抗电源干扰电路。最简单的实现方法是在系统弱电 部分(以单片机为核心)的电源入口处对地跨接1个大电 容 (100μf 左右 ) 与 1 个小电容 (01μf 左右 ) ，在系统内部各 芯片的电源端对地跨接1个小电容(001μf~0.1μf)。
E2PROM则编程容易。当程序量较小时，使用E2PROM
较方便；当程序量较大时，采用EPROM更经济。目前 还有采用Flash存储器的，将会更加方便。
第7章 单片机应用系统设计与开发
图7―1 单片机应用系统硬件的一般结构
第7章 单片机应用系统设计与开发
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片以减少存储器芯 片数目，但应避免盲目地扩大存储容量。
第7章 单片机应用系统设计与开发
3) I/O接口
由于外设多种多样，使得单片机与外设之间的接 口电路也各不相同。因此，I/O接口常常是单片机应用 系统中设计最复杂也是最困难的部分之一。 4)译码电路 当需要外部扩展电路时，就需要设计译码电路。 译码电路要尽可能简单，这就要求存储器空间分配合 理，译码方式选择得当。
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图7―3 两级多机分散控制系统结构
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如果单片机允许外部扩展数据存储器，则可以采取 多端口共享存储器结构实现主机系统与单片机系统的通信。 这也是目前采用较多的一种方法。多端口存储器互连结构 如图 7 － 4 所示。主机系统与单片机系统都可以对共享存 储器进行读写操作，这样，主机系统的信息与单片机系统 的信息可以通过共享存储器加以交换，实现其通信目的。 为了防止数据冲突，对共享存储器应作如下处理：
μPD78300系列NEC公司
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2)存储器分配
不同的单片机具有不同的存储器组织。MCS-51单 片机的程序存储器与数据存储器空间相互独立，工作 寄存器与内部数据存储器共用一个存储空间，I/O端口 则与外部数据存储器共用一个存储空间。
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3) I/O方式
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图7―2 单片机应用系统软件的一般结构
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7.3 单片机应用系统的一般结构
1.单机结构 单机结构是指在单片机应用系统中只有1个单片机。 这种结构是目前单片机应用系统采用最多的一种结构， 它适用于小规模的单片机应用系统。
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3. 系统方案设计
单片机应用系统的方案设计是系统实现的基础，这 项工作要十分仔细，考虑周全。方案设计的主要依据 是市场或用户的需求、应用环境状况、关键技术支持、 同类系统经验借鉴及开发人员设计经验等。为完成系 统功能，方案设计主要内容包括： ① 系统结构硬件设 计； ② 系统软件与算法设计； ③ 界面和可靠性设计 等。
5. 系统调试与测试
系统调试检验所设计系统的正确与可靠，从中发 现组装问题或设计错误。这里所指的设计错误，是指 设计过程中所出现的小错误或局部错误，决不允许出 现重大错误。 6. 固化程序与电路，形成正式系统（或产品）
开发、测试完系统后，要对单片机程序进行固化， 对单片机系统硬件电路进行完善。作为正式系统(或产 品)，不仅要提供一个能正确可靠运行的系统(或产品)， 而且还应提供关于该系统(或产品)的全部文档。这些文 档包括系统设计方案、硬件电原理图、软件程序清单、 软/硬件功能说明、软/硬件装配说明书、系统操作手册 等。
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通常，高可靠性可从以下5个方面进行考虑：
(1)使用可靠性高的元器件； (2)严格安装硬件设备及电路； (3)采取必要的抗干扰措施，以防止环境干扰(如空 间电磁辐射、强电设备启停、酸碱环境腐蚀等)、信号
串扰、电源或地线干扰等影响系统的可靠性；
(4) 请专家和有经验的设计人员对系统的设计方案 严格把关；
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7.2 单片机应用系统设计的 基本原则与方法
7.2.1 单片机应用系统的基本设计原则 单片机应用系统的基本设计原则是：①可靠性高； ②性能价格比高；③操作简便；④设计周期短。 1.可靠性高 高可靠性是系统应用的前提，在系统设计的每一个
环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。
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其次，应对国内外同类系统的状况进行调研。调
研的主要内容包括：①原有系统的结构、功能以及存 在的问题；②国内外同类系统的最新发展情况以及与
新系统有关的各种技术资料；③同行业中哪些用户已
经采用了新的系统，它们的结构、功能、使用情况以 及所产生的经济效益。 最后，经过对现状、用户、技术需求的详细分析总 结，，整理出详尽具体的系统需求分析报告，作为下 一步系统设计的主要依据。显然，需求分析报告的准 确性将影响系统的成败。
2. 多机结构