单片微型计算机及应用——第七章 单片机应用系统设计与开发02

第7章 单片机应用系统设计与开发
最好能在方案设计阶段就考虑系统调试问题，如 采取什么调试方法、使用何种调试仪器等，以便在系 统方案设计时将必要的调试方法综合进软、硬件设计 中，或提早做好调试准备工作。
第7章 单片机应用系统设计与开发 图7―5 系统调试的一般过程
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7.4.1 单片机应用系统调试工具 在单片机应用系统调试中，最常用的调试工具有
以下几种。
1.单片机开发系统 单片机开发系统(又称仿真器)的主要作用是：①系 统硬件电路的诊断与检查；②程序的输入与修改；③ 硬件电路、程序的运行与调试；④程序在EPROM中的 固化。由于单片机本身不具有调试及输入程序的能力， 因此单片机开发系统成为开发单片机应用系统不可缺 少的工具。
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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 MCS-51单片机应用系统设计与
调试实例 ——电话留言机
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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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2. 多机结构 多机结构是指在单片机应用系统中有多个单片机 同时工作。这种结构是面向大规模单片机应用系统的。 由于拓扑结构不同，多机结构又分为多级多机分散控 制结构与局部网络结构，其中多级多机分散控制结构 在目前应用较为广泛。 多级多机分散控制结构的典型代表是两级多机分 散控制系统。它的拓扑结构如图7―3所示。
第7章 单片机应用系统设计与开发 图7―3 两级多机分散控制系统结构
第7章 单片机应用系统设计与开发 图7―4 多端口共享存储器互连结构
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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：
2) 动态调试
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动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除
用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件间连接逻
辑错误等的一种硬件检查。由于单片机应用系统的硬
件动态调试是在开发系统的支持下完成的，故又称为
联机仿真或联机调试。
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2. 软件调试 软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行 来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除 纠正的过程。软件调试的一般方法是先独立后联机、 先分块后组合、先单步后连续。 1) 先独立后联机 2) 先分块后组合 3) 先单步后连续
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2 万用表 万用表主要用于测量硬件电路的通断、两点间阻 值、测试点处稳定电流或电压值及其他静态工作状态。 例如，当给某个集成芯片的输入端施加稳定输入时， 可用万用表来测试其输出，通过测试值与预期值的比 较，就可大致判定该芯片的工作是否正常。
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5.示波器 示波器可以测量电平、模拟号波形及频率，还 可以同时观察两个或多个信号的波形及它们之间的相 位差(双踪或多踪示波器)。它既可以对静态信号进行测 试，也可以对动态信号进行测试，而且测试准确性好。 它是任何电子系统调试维修的一种必备工具。
6. 逻辑分析仪 逻辑分析仪能够以单通道或多通道实时获取与触 发事件相关的逻辑信号，可保存显示触发事件前后所 获取的信号，供操作者随时观察，并作为软、硬件分 析的依据，以便快速有效地查出软、硬件中的错误。 逻辑分析仪主要用于动态调试中信号的捕获。
3.逻辑笔 逻辑笔可以测试数字电路中测试点的电平状态(高 或低)及脉冲信号的有无。假如要检测单片机扩展总线 上连接的某译码器是否有译码信号输出，可编写一循 环程序使译码器对一特定译码状态不断进行译码。 4.逻辑脉冲发生器与模拟信号发生器 逻辑脉冲发生器能够产生不同宽度、幅度及频率 的脉冲信号，它可作为数字电路的输入源。
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典型的单机结构框图见图7―1与图7―2。前面所 叙述的单片机应用系统的设计方法是针对单机结构而 言的。
单机结构的优点是设计简单、系统紧凑，对于小 规模应用系统具有最佳的性能/价格比。
但在大规模应用系统中，由于单机结构难以实现 多任务处理及高速度运行，因而无法满足系统功能与 性能的要求。
·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。多端口存储器结构的优点是可以大 大加快系统间的通信速度，不足之处是多于两个端口的 存储器芯片目前尚属少见，这给设计带来了一定的难度。
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7.4 单片机应用系统的调试
单片机应用系统调试是系统开发的重要环节。当 完成了单片机应用系统的硬件、软件设计和硬件组装 后，便可进入单片机应用系统调试阶段。系统调试的 目的是要查出用户系统中硬件设计与软件设计中存在 的错误及可能出现的不协调问题，以便修改设计，最 终使用户系统能正确可靠地工作。
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3. 系统联调 系统联调是指让用户系统的软件在其硬件上实际运 行，进行软、硬件联合调试，从中发现硬件故障或软、 硬件设计错误。这是对用户系统检验的重要一关。 系统联调主要解决以下问题： (1)软、硬件能否按预定要求配合工作，如果不能， 那么问题出在哪里?如何解决? (2)系统运行中是否有潜在的设计时难以预料的错 误，如硬件延时过长造成工作时序不符合要求、布线 不合理造成有信号串扰等。
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7.4.2 单片机应用系统的一般调试方法 1.硬件调试 硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器(万用表、
示波器等)，通过执行开发系统有关命令或运行适当的 测试程序(也可以是与硬件有关的部分用户程序段)，检 查用户系统硬件中存在的故障。
硬件调试可分静态调试与动态调试两步进行。 1)静态调试 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检查。