电子系统设计_

1、电子系统设计电子系统设计第一章第一章 电子系统设计导论电子系统设计导论第二章第二章 单片机应用系统开发与设计单片机应用系统开发与设计第三章第三章 电子系统设计内容电子系统设计内容 基础部分基础部分 综合设计部分综合设计部分第四章第四章 设计报告写作要求设计报告写作要求推荐的参考书：推荐的参考书：v 51 51单片机单片机 C C 语言教程语言教程 入门、提高、开发、拓展全攻略入门、提高、开发、拓展全攻略 郭天祥郭天祥 编著编著 电子工业出版社电子工业出版社v 单片机单片机 C C 语言程序设计实训语言程序设计实训100100例例 基于基于8051+Proteus8051+Proteus仿真仿真

2、 彭伟彭伟 编著编著 电子工业出版社电子工业出版社考核方式考核方式u 平平 时时 20% 20% u 实实 验验 60%60%u 设计报告设计报告 20%20%第一章第一章 电子系统设计导论电子系统设计导论 1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述 1.2 1.2 电子系统的设计电子系统的设计 1.3 1.3 电子系统设计步骤电子系统设计步骤1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述当今电子产品的两大特点：当今电子产品的两大特点： 1. 1.产品的复杂性加深，根据产品的复杂性加深，根据MooreMoore定律定律,IC,IC的复杂性大约每的复杂性大约每6 6年增加年增加1010倍倍; ; 2.

3、2.产品的上市时间与市场寿命减小产品的上市时间与市场寿命减小, ,竞争加剧。（硬件工程师）竞争加剧。（硬件工程师）1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述什么是系统？什么是系统？ 系统系统是由两个以上各不相同且相互是由两个以上各不相同且相互联系、互相制约的单元组成的，在给定联系、互相制约的单元组成的，在给定环境下能够完成一定功能的综合体。环境下能够完成一定功能的综合体。 这里所说的单元可以是元件、部件这里所说的单元可以是元件、部件或子系统。或子系统。一个系统可以是另一系统的一个系统可以是另一系统的子系统。子系统。1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述电子系统定义电子系统定义 将由电子元器件或

4、部件组成的将由电子元器件或部件组成的, ,能能够产生、传输或处理电信号及信息的客够产生、传输或处理电信号及信息的客观实体称为观实体称为电子系统。电子系统。 通常可完成一个特定功能的完整的通常可完成一个特定功能的完整的电子装置都可称为电子装置都可称为电子系统。电子系统。 电子系统有大有小，大到航天飞机电子系统有大有小，大到航天飞机的测控系统，小到出租车计价器，它们的测控系统，小到出租车计价器，它们都是电子系统。都是电子系统。1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述复杂结构的电子系统复杂结构的电子系统1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述电子系统、网络、电路的区别和联系：电子系统、网络、电路的区

5、别和联系： 电路也称为电路也称为电网络电网络。研究抽象规律。研究抽象规律采用网络，讨论具体问题则为采用网络，讨论具体问题则为电路电路。一般系统是比网络或电路更复杂、一般系统是比网络或电路更复杂、规模更大的组合体。规模更大的组合体。有时简单的网络或有时简单的网络或电路可以称之为系统，电路可以称之为系统，因为可以采用研因为可以采用研究系统的方法和观点来研究它们。究系统的方法和观点来研究它们。1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述例：例：RCRC电路电路网络分析：网络分析： 研究各支路、回路电流研究各支路、回路电流/ /电压电压系统分析：系统分析： 研究如何构成微积分运算器研究如何构成微积分运算器

6、( (系统系统) )积分电路积分电路微分电路微分电路1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述电子系统的组成框图电子系统的组成框图数字温度计电子系统的基本组成电子系统的基本组成 模拟系统模拟系统 数字系统数字系统纯硬件系统纯硬件系统 软硬结合系统软硬结合系统1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述电子系统类型电子系统类型u 实现电子系统的器件实现电子系统的器件中大规模或超大规模集成电路中大规模或超大规模集成电路(VLSI)(VLSI)专用集成电路；专用集成电路；可编程器件；可编程器件；少量分立元件和少量分立元件和机电元件机电元件。u 电子系统的类型电子系统的类型非智能型：功能简单或固定的电子系统

7、非智能型：功能简单或固定的电子系统智能型：参照人类活动规律，如机器人智能型：参照人类活动规律，如机器人1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述电子系统的功能分类电子系统的功能分类v 测控系统：测控系统：如工业生产控制等；如工业生产控制等；v 测量系统：测量系统：如电量及非电量的精密测量等如电量及非电量的精密测量等; ;v 数据处理系统：数据处理系统：如语音如语音; ;图像图像; ;雷达信息处理雷达信息处理v 通信系统：通信系统：如数字通信、微波通信等如数字通信、微波通信等; ;v 计算机系统：计算机系统：计算机本身就是一个电子系统计算机本身就是一个电子系统v 家电系统：家电系统：多媒体彩电、数

8、字相机等多媒体彩电、数字相机等1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述实例实例1-1-通信系统通信系统1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述实例实例2-DVD2-DVD系统系统1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述实例实例3-3-计算机系统计算机系统1.1 1.1 电子系统概述电子系统概述子系统基本类型子系统基本类型复杂电子系统结构层次复杂电子系统结构层次: : 5 5种子系统基本类型种子系统基本类型: : 1. 1.模拟子系统模拟子系统 2.2.数字子系统数字子系统 3.3.模拟模拟, ,数数字字混合子系统混合子系统 4.4.微处理器子系统微处理器子系统 5.DSP5.DSP子系统子系统

9、1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法自顶向下自顶向下或或从上到下从上到下1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法具体描述具体描述: :v 设计人员首先根据对设计要求的理解及设计人员首先根据对设计要求的理解及系统可能的工作方式、结构等知识，构成系统可能的工作方式、结构等知识，构成系统总体框图；系统总体框图；v 根据设计要求及指标，规定每个子系统根据设计要求及指标，规定每个子系统的性能指标，并对总体框图中的每一个方的性能指标，并对总体框图中的每一个方框框( (子系统子系统) )进行分析及设计；进行分析及设计；1.2 1.2 电子系

10、统设计方法电子系统设计方法v 对于复杂的子系统还可以继续分解、细对于复杂的子系统还可以继续分解、细化，直到每个方框化，直到每个方框( (功能模块功能模块) )都可以用一种都可以用一种或一种以上的方法加以实现；或一种以上的方法加以实现；v 每一个功能模块都落实到通用中大规模每一个功能模块都落实到通用中大规模集成电路层次，同时规定一些关键器件的指集成电路层次，同时规定一些关键器件的指标以保证该子系统的性能指标的实现。标以保证该子系统的性能指标的实现。1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法优点优点: 尽量运用概念尽量运用概念( (抽象抽象) )描述，分析设计对描述，分析设计对象象, ,不过

11、早考虑具体电路、元器件和工艺。不过早考虑具体电路、元器件和工艺。 抓主要矛盾，逐步细化、分解抓主要矛盾，逐步细化、分解 适用于大型的、复杂的系统设计适用于大型的、复杂的系统设计1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法遵循原则遵循原则:（1 1）正确性和完备性原则）正确性和完备性原则（2 2）模块化，结构化原则）模块化，结构化原则（3 3）问题不下放原则）问题不下放原则（4 4）高层主导原则）高层主导原则（5 5）直观性、清晰性原则）直观性、清晰性原则 1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法自底向上或从下到上自底向上或从下到上:1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法特

12、点特点:自底向上的缺点：自底向上的缺点： 部件设计在先，设计系统时将受这些部件设计在先，设计系统时将受这些部件的限制，影响：部件的限制，影响：系统性系统性、易读性易读性、可可靠性靠性、可维护性可维护性自底向上的优点：自底向上的优点：在系统组装和调试过程中有效可利用在系统组装和调试过程中有效可利用前人的设计成果前人的设计成果。1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法自顶向下与自底向上相结合：自顶向下与自底向上相结合：1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法设计过程：设计过程： 理论设计理论设计采用自上而采用自上而下的设计方法；下的设计方法； 实际制作实际制作采购器件、采购器件、设

13、计印刷电路板，装配设计印刷电路板，装配、调试；、调试；各种文档资料整理各种文档资料整理设设计报告、测试报告、使计报告、测试报告、使用说明书等。用说明书等。自顶向下设计过程：自顶向下设计过程：1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法系统设计的一般原则系统设计的一般原则：任何一个系统设计应遵循一定的原则、标准和规范，任何一个系统设计应遵循一定的原则、标准和规范，电子系统设计的原则如下：电子系统设计的原则如下：（1 1）兼顾技术的先进性和成熟性）兼顾技术的先进性和成熟性 电子系统的设计要适应技术发展的潮流，是系电子系统的设计要适应技术发展的潮流，是系统保持长时间的先进性和实用性，同时兼顾技术

14、的统保持长时间的先进性和实用性，同时兼顾技术的成熟性，缩短开发周期。成熟性，缩短开发周期。（2 2）安全、可靠和容错性）安全、可靠和容错性采用成熟的技术、器件和部件，保证系统的可采用成熟的技术、器件和部件，保证系统的可靠、稳定和安全，同时系统具备一定的容错性，能靠、稳定和安全，同时系统具备一定的容错性，能适应各种不同的应用和操作环境。适应各种不同的应用和操作环境。1.2 1.2 电子系统设计方法电子系统设计方法（3 3）实用性和经济性）实用性和经济性 满足系统基本功能和性能指标的前提满足系统基本功能和性能指标的前提下，具有良好的性价比。下，具有良好的性价比。（4 4）可扩展性和易维护性）可扩展

15、性和易维护性设计的单元电路设计的单元电路模块化模块化、系列化系列化，使，使系统进行升级时，能保护原有资源，降低系统进行升级时，能保护原有资源，降低系统维护的复杂性，提高效率。系统维护的复杂性，提高效率。1.3 1.3 电子系统设计步骤电子系统设计步骤电子系统设计的一般步骤：电子系统设计的一般步骤： 1. 1.行为描述与设计行为描述与设计 2. 2.结构描述与设计结构描述与设计 3. 3.物理描述与设计物理描述与设计 1.3 1.3 电子系统设计步骤电子系统设计步骤1.1.行为描述与设计行为描述与设计 描述系统的各项功能、各个单元的输入描述系统的各项功能、各个单元的输入输出关系、各种技术指标输出

16、关系、各种技术指标举例：举例： 移动电话的功能移动电话的功能: :通话功能通话功能, ,来电显示来电显示, ,存存储储, ,时钟时钟, ,网络网络, ,传真传真, ,声控录音声控录音, ,游戏游戏,MP3,MP3； 性能指标性能指标: :接收接收/ /发射频率发射频率, ,调制方式调制方式, ,待待机时间机时间, ,连续通话时间连续通话时间, ,电池电压电池电压 , ,尺寸重尺寸重量等；量等；1.3 1.3 电子系统设计步骤电子系统设计步骤2.2.结构描述与设计结构描述与设计 描述各单元之间的互连关系或协议描述各单元之间的互连关系或协议 1) 1)系统的结构设计系统的结构设计 确定系统与外部系

17、统的互连方式与协议确定系统与外部系统的互连方式与协议. . 2) 2)子系统子系统, ,模块级的结构设计模块级的结构设计 功能框图功能框图 电路图电路图 文字说明文字说明 3) 3)模拟仿真验证模拟仿真验证1.3 1.3 电子系统设计步骤电子系统设计步骤 3.3.物理描述与设计物理描述与设计 实现结构的具体形式实现结构的具体形式, ,技术技术, ,工艺工艺1)1)传统的传统的PCBPCB电路板电路板 2)PLD2)PLD逻辑器件逻辑器件 3)VLSI 3)VLSI 4)4)版图版图, ,外形尺寸外形尺寸, ,材料材料, ,散热散热 1.3 1.3 电子系统设计步骤电子系统设计步骤传统设计步骤传

18、统设计步骤:1.1.审题审题2.2.方案选择与可行性论证方案选择与可行性论证3.3.单元设计单元设计, ,计算和元件选择计算和元件选择4.4.组装、调试组装、调试5.5.编写设计文档编写设计文档, ,总结报告总结报告1.4 1.4 电子系统设计电子系统设计EDAEDA技术技术1.EDA1.EDA技术的发展技术的发展 EDAEDA技术是从二十世纪集成电路问世起技术是从二十世纪集成电路问世起(60(60年代年代) )，经历了，经历了CAD(70CAD(70年代年代) )，CAE(CAE(辅助辅助工程，工程，8080年代年代) )发展阶段，到发展阶段，到9090年代进入年代进入EDAEDA阶段。阶段

19、。 EDAEDA技术汇集了计算机应用科学，微电技术汇集了计算机应用科学，微电子结构与工艺学和电子系统科学最新成果子结构与工艺学和电子系统科学最新成果的先进的先进CADCAD技术，它是计算机工作平台上开技术，它是计算机工作平台上开发的一套电子设计系统软件。著名的发的一套电子设计系统软件。著名的EDAEDA公公司有：司有：MatlabMatlab( (信息处理信息处理) )，MaxplusIIMaxplusII( (逻逻辑综合辑综合),),ProtelProtel(PCB)(PCB)等。等。系统的系统的EDAEDA工具设计流程工具设计流程1.4 1.4 电子系统设计电子系统设计EDAEDA技术技术

20、数字系统设计步骤数字系统设计步骤: :（1 1）明确设计要求）明确设计要求 ( (完成系统功能示意框图完成系统功能示意框图) )（2 2）确定系统方案（完成系统总体框图）确定系统方案（完成系统总体框图）（3 3）控制器设计）控制器设计（4 4）工程实现与调试）工程实现与调试1.4 1.4 电子系统设计电子系统设计EDAEDA技术技术模拟系统设计的详细步骤模拟系统设计的详细步骤: :1 1、总体方案确定、总体方案确定 根据任务书功能和指标拆分系统，画出根据任务书功能和指标拆分系统，画出总体设计框图，通过论证，选择最优方案。总体设计框图，通过论证，选择最优方案。2 2、单元电路设计、单元电路设计

21、尽可能选择现有的、成熟的器件、部件尽可能选择现有的、成熟的器件、部件及电路，注意各个器件之间的接口电平匹配、及电路，注意各个器件之间的接口电平匹配、速度匹配等；选择统一的供电电源；尽量选速度匹配等；选择统一的供电电源；尽量选择集成电路，减小体积，提高可靠性。择集成电路，减小体积，提高可靠性。1.4 1.4 电子系统设计电子系统设计EDAEDA技术技术3 3、参数计算、参数计算根据指标计算电路的各项参数，例如：根据指标计算电路的各项参数，例如：电流、增益、振荡频率、截止频率等等，并电流、增益、振荡频率、截止频率等等，并留有适当的余量。留有适当的余量。4 4、元器件选择、元器件选择根据器件的各项参

22、数如频率、环境温度、根据器件的各项参数如频率、环境温度、成本等因素考虑，优先考虑集成芯片。成本等因素考虑，优先考虑集成芯片。1.4 1.4 电子系统设计电子系统设计EDAEDA技术技术5 5、计算机模拟仿真和实验、计算机模拟仿真和实验绘制电路前，对关键电路进行用绘制电路前，对关键电路进行用EDAEDA模模拟仿真和实验，验证各项技术指标，如：品拟仿真和实验，验证各项技术指标，如：品质因素、失真度等等。质因素、失真度等等。6 6、绘制电路图、绘制电路图用用EDAEDA软件绘制电路图，制作实物版图。软件绘制电路图，制作实物版图。7 7、组装、调试及撰写设计报告、组装、调试及撰写设计报告第二章单片机应

23、用系统开发与设计第二章单片机应用系统开发与设计 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计 单片机应用软件的开发单片机应用软件的开发 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发第二章单片机应用系统开发与设计第二章单片机应用系统开发与设计由单片机构成的各类应用系统，在各个由单片机构成的各类应用系统，在各个领域已得到广泛的应用。它以结构简单、易领域已得到广泛的应用。它以结构简单、易于编程、成本低等特点而著称。于编程、成本低等特点而著称。单片机应用系统是以单片机为核心，同单片机应用系统是以单片机为核心，同时配以相应的外围电路和软件，来实现某种时配以相应的外围电路和软件，来实现某种或几种功能的应用系统。它

24、包括硬件和软件或几种功能的应用系统。它包括硬件和软件两部分，两部分，硬件是系统的基础，软件是系统的硬件是系统的基础，软件是系统的灵魂，灵魂，它在硬件的基础上对其合理的调配和它在硬件的基础上对其合理的调配和使用，完成系统的任务。使用，完成系统的任务。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计: : 硬件电路的设计硬件电路的设计 应用软件的设计。应用软件的设计。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计硬件电路的设计硬件电路的设计v 在设计单片机应用系统的硬件前，先明在设计单片机应用系统的硬件前，先明确开发内容及技术要求；然后确定

25、系统的总确开发内容及技术要求；然后确定系统的总体设计方案及相应的功能模块，如信号测量体设计方案及相应的功能模块，如信号测量、控制、人机接口、通信功能模块等；再根、控制、人机接口、通信功能模块等；再根据功能的需求，选择合适的单片机、对关键据功能的需求，选择合适的单片机、对关键元器件选型；最后制作相应的印制电路板。元器件选型；最后制作相应的印制电路板。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计硬件电路的设计硬件电路的设计v 在设计硬件电路时，要考虑元器件的驱在设计硬件电路时，要考虑元器件的驱动及带负载能力，有时还要考虑系统的扩展动及带负载能力，有时还要考虑系统的扩展性及通用性。在制作

26、印制电路板时，要考虑性及通用性。在制作印制电路板时，要考虑模拟电路、数字电路、高频电路、低频电路模拟电路、数字电路、高频电路、低频电路、高压电路、低压电路的布线规则、方法，、高压电路、低压电路的布线规则、方法，印制电路板导线宽度及所能承受的电压、电印制电路板导线宽度及所能承受的电压、电流、抗干扰能力等。流、抗干扰能力等。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计应用软件的设计应用软件的设计v单片机应用系统的软件设计，要充分考虑单片机应用系统的软件设计，要充分考虑硬件系统。软件编程时，可使用汇编语言或硬件系统。软件编程时，可使用汇编语言或单片机单片机C C语言编写源程序；编写好源程

27、序后语言编写源程序；编写好源程序后，对其进行调试、仿真并生成，对其进行调试、仿真并生成.hex.hex文件；将文件；将生成的生成的.hex.hex文件烧写到单片机中或相应的程文件烧写到单片机中或相应的程序存储器中；最后将目标芯片插入电路板进序存储器中；最后将目标芯片插入电路板进行脱机运行，从而完成单片机系统的设计。行脱机运行，从而完成单片机系统的设计。v为保证系统可靠、稳定地工作，在软、硬为保证系统可靠、稳定地工作，在软、硬件的设计中还应包括系统的抗干扰设计。件的设计中还应包括系统的抗干扰设计。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计1.1.设计前的准备工作设计前的准备工作 可

28、行性分析与调研可行性分析与调研 确定软确定软/ /硬件的功能硬件的功能 系统总体方案设计系统总体方案设计2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计2.2.单片机应用系统的硬件设计单片机应用系统的硬件设计 单片机应用系统的硬件设计包括两部分单片机应用系统的硬件设计包括两部分内容：一是根据功能的需求，选取合适的单内容：一是根据功能的需求，选取合适的单片机型号，设计相应的扩展电路，包括存储片机型号，设计相应的扩展电路，包括存储器扩展和接口扩展。存储器扩展是指器扩展和接口扩展。存储器扩展是指EEPROMEEPROM和和RAMRAM的扩展，接口扩展是指并行口、外部的扩展，接口扩展是指并行口

29、、外部中断以及其它功能器件的扩展。二是各功能中断以及其它功能器件的扩展。二是各功能模块的设计，如信号测量功能模块、信号控模块的设计，如信号测量功能模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通信功能制功能模块、人机对话功能模块、通信功能模块等，根据系统功能要求配置相应的模块等，根据系统功能要求配置相应的A/DA/D、D/AD/A、键盘、显示器、打印机等外围设备。、键盘、显示器、打印机等外围设备。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计单片机应用系统的硬件设计步骤：单片机应用系统的硬件设计步骤：1.1.首先要确定电路的总体方案，进行详细的首先要确定电路的总体方案，进行详细的技术论证

30、，完成系统总体设计。所谓硬件电技术论证，完成系统总体设计。所谓硬件电路的总体设计，是指为实现该项目全部功能路的总体设计，是指为实现该项目全部功能所需要的所有硬件的电气连线原理图。所需要的所有硬件的电气连线原理图。2.2.选取相应芯片选取相应芯片, ,利用利用EDAEDA软件软件( (如如Protel)Protel)绘绘制出硬件的原理图，并进行电路仿真与试验，制出硬件的原理图，并进行电路仿真与试验，以确定该电路的正确性；并加以修改、补充，以确定该电路的正确性；并加以修改、补充，直至形成完善的硬件原理直至形成完善的硬件原理SCHSCH图。图。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计

31、3.3.在如在如ProtelProtel等等EDAEDA软件中，根据软件中，根据SCHSCH图和各图和各功能模块的特点，综合考虑多种因素，确定功能模块的特点，综合考虑多种因素，确定印刷电路板的形式和尺寸，然后进行印刷电路板的形式和尺寸，然后进行PCBPCB版版图的绘制和布线工作。图的绘制和布线工作。 根据经验，单片机应用系统的电路设计根据经验，单片机应用系统的电路设计应注意以下几个要点：应注意以下几个要点：1.1.尽可能选择标准化、模块化的典型电路，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。提高设计的成功率和结构的灵活性。2.2.尽量选择功能强、集成度高的电路或芯片，

32、尽量选择功能强、集成度高的电路或芯片，提高系统的可靠性、可维护性，降低成本。提高系统的可靠性、可维护性，降低成本。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计3.3.选用通用性强、市场货源充足的元器件。选用通用性强、市场货源充足的元器件。4.4.进行硬件设计时，要注意通用性问题。进行硬件设计时，要注意通用性问题。5.5.系统扩展及各功能模块的设计在满足应用系统扩展及各功能模块的设计在满足应用系统功能要求的基础上，应适当留有余地，系统功能要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需。以备将来修改、扩展之需。6.6.在电路设计时，要充分考虑应用系统各部在电路设计时，要充分考虑应

33、用系统各部分的驱动能力和电源的能力。分的驱动能力和电源的能力。7.7.硬件设计要兼顾批量生产的工艺设计，包硬件设计要兼顾批量生产的工艺设计，包括机箱、面板、配线、接插件等。在设计时括机箱、面板、配线、接插件等。在设计时要充分考虑安装、调试、维修的方便，最好要充分考虑安装、调试、维修的方便，最好设置几个测试点，以便调试所需。设置几个测试点，以便调试所需。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计3.3.单片机应用系统的软件设计单片机应用系统的软件设计 进行系统总体设计时，软件设计和硬件进行系统总体设计时，软件设计和硬件设计应统一考虑，当系统的电路设计确定后，设计应统一考虑，当系统的

34、电路设计确定后，软件的任务也就明确。系统中的应用软件是软件的任务也就明确。系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，通常软件的功能根据系统功能要求设计的，通常软件的功能可分为两大类：一类是执行软件，它完成各可分为两大类：一类是执行软件，它完成各种实质性的功能，如测量、计算、显示、输种实质性的功能，如测量、计算、显示、输入输出控制等；另一类是监控软件，它是专入输出控制等；另一类是监控软件，它是专门用来协调各个功能模块和操作者的关系，门用来协调各个功能模块和操作者的关系，在系统软件中起到组织调度的作用。在系统软件中起到组织调度的作用。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计 单片机

35、的软件设计通常要考虑以下几个单片机的软件设计通常要考虑以下几个方面的问题：方面的问题：1.1.根据软件功能要求，将系统软件分为若干根据软件功能要求，将系统软件分为若干个相对独立的部分。根据它们之间的联系和个相对独立的部分。根据它们之间的联系和时间上的关系时间上的关系, ,设计出合理的软件总体结构设计出合理的软件总体结构, ,使软件开发清晰、简捷、流程合理。使软件开发清晰、简捷、流程合理。2.2.培养良好的编程风格，如考虑结构化程序培养良好的编程风格，如考虑结构化程序设计，各功能程序实行模块化、子程序化。设计，各功能程序实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植、修改。既便于调试、链接，

36、又便于移植、修改。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计3.3.为提高软件设计的总体效率，以简明、直为提高软件设计的总体效率，以简明、直观的方法对任务进行描述，在编写应用软件观的方法对任务进行描述，在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。之前，应绘制出程序流程图。4.4.合理分配系统资源，包括合理分配系统资源，包括ROMROM、RAMRAM、FlashFlash存储器、定时器存储器、定时器/ /计数器、中断源和端口等，计数器、中断源和端口等，其中的关键是片内其中的关键是片内RAMRAM和和FlashFlash的分配。的分配。5.5.注意在程序的有关位置处写上功能注释，注意在程

37、序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性，实施软件工程。提高程序的可读性，实施软件工程。6.6.加强软件抗干扰设计，它是提高计算机应加强软件抗干扰设计，它是提高计算机应用系统可靠性的有力措施。用系统可靠性的有力措施。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计4.4.单片机应用系统的抗干扰设计单片机应用系统的抗干扰设计 用于生产现场的单片机应用系统，易于用于生产现场的单片机应用系统，易于受到各种干扰的侵袭，直接影响到系统的可受到各种干扰的侵袭，直接影响到系统的可靠性。因此应用系统的抗干扰性设计是设计靠性。因此应用系统的抗干扰性设计是设计者关注的重要课题。由于各应用系统所处环者关

38、注的重要课题。由于各应用系统所处环境不同，面临的干扰源也不同，相应采取的境不同，面临的干扰源也不同，相应采取的抗干扰措施也不尽相同。在进行应用系统的抗干扰措施也不尽相同。在进行应用系统的设计时主要考虑以下各方面的问题：设计时主要考虑以下各方面的问题：2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计1.1.切断来自电源的干扰。切断来自电源的干扰。2.2.切断来自传感器、各功能模块部分的干扰。切断来自传感器、各功能模块部分的干扰。3.3.在应用系统的长线传输中，采用双绞线作在应用系统的长线传输中，采用双绞线作传输线能有效抑制共模噪声及电磁场干扰。传输线能有效抑制共模噪声及电磁场干扰。4.4

39、.对空间干扰对空间干扰( (来自系统内外部的电磁场在来自系统内外部的电磁场在线路导线、壳体上的辐射、吸收与调制线路导线、壳体上的辐射、吸收与调制) )的的抗干扰设计要考虑地线、系统屏蔽与布局设抗干扰设计要考虑地线、系统屏蔽与布局设计。计。5.5.地线设计是很重要的问题。地线结构大致地线设计是很重要的问题。地线结构大致有系统地、机壳地、数字地和模拟地等。在有系统地、机壳地、数字地和模拟地等。在设计时，数字地和模拟地要分开。设计时，数字地和模拟地要分开。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计6.6.印刷电路板设计中，要将强、弱电路严格印刷电路板设计中，要将强、弱电路严格分开，尽量

40、不要把它们设计在一块印刷电路分开，尽量不要把它们设计在一块印刷电路板上；电源线的走向应尽量与数据传递方向板上；电源线的走向应尽量与数据传递方向一致；接地线应尽量加粗，在印刷电路板的一致；接地线应尽量加粗，在印刷电路板的各个关键部位应配置去耦电容。各个关键部位应配置去耦电容。7.7.电路设计时要注意电平匹配。如电路设计时要注意电平匹配。如TTLTTL的逻的逻辑辑“1 1”电平是电平是2.4 2.4 5V5V，逻辑，逻辑“0 0”电平电平是是0 0 0.4V0.4V；而；而RS-232CRS-232C采用负逻辑，其逻采用负逻辑，其逻辑辑“1 1”电平是电平是-5 -5 -15V-15V，逻辑，逻辑

41、“0 0”电平电平是是+5 +5 +15V+15V。因此当实现上述电平转换时。因此当实现上述电平转换时其输入端就要加电平转换电路。其输入端就要加电平转换电路。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计8.8.对元器件要进行筛选，要选择标准化以及对元器件要进行筛选，要选择标准化以及互换性好的器件或电路。互换性好的器件或电路。9.9.单片机扩展时单片机扩展时, ,不应超过其驱动能力不应超过其驱动能力, ,否则否则会使系统工作不正常。若要超负载驱动会使系统工作不正常。若要超负载驱动, ,则则应加总线驱动器应加总线驱动器, ,如如74LS244;74LS24574LS244;74LS24

42、5等。等。10.CMOS10.CMOS电路不使用的输入端不允许悬空电路不使用的输入端不允许悬空, ,否否则会引起逻辑电平不正常则会引起逻辑电平不正常, ,易接受外界干扰易接受外界干扰产生误动作。在设计时可根据实际情况，将产生误动作。在设计时可根据实际情况，将多余的输入端与正电源或地相连接。多余的输入端与正电源或地相连接。2.1 2.1 单片机应用系统的设计单片机应用系统的设计11.11.软件抗干扰设计软件抗干扰设计, ,是应用系统抗干扰设计是应用系统抗干扰设计的重要组成部分。实时数据采集系统中的重要组成部分。实时数据采集系统中, ,为消为消除传感器通道中的干扰信号采用软件数字滤除传感器通道中的

43、干扰信号采用软件数字滤波波, ,如算术平均值法如算术平均值法; ;中值法中值法; ;递推数字滤波法递推数字滤波法; ;开关量控制系统中开关量控制系统中, ,为防止干扰进入系统造成为防止干扰进入系统造成各种控制条件、输出控制失误各种控制条件、输出控制失误, ,采取软件冗余采取软件冗余; ;自检测程序措施自检测程序措施; ;为防止系统失控为防止系统失控, ,造成程序造成程序“乱飞乱飞”而盲目运行而盲目运行, ,可采用软件陷阱技术或可采用软件陷阱技术或软件软件WatchdogWatchdog技术技术, ,强行使程序回到复位状态强行使程序回到复位状态; ;采用硬件设置采用硬件设置WatchdogWat

44、chdog电路强制系统返回也电路强制系统返回也是一种常用的方法。是一种常用的方法。2.2 2.2 单片机应用软件的开发单片机应用软件的开发 单片机应用软件是实现系统各种功能的单片机应用软件是实现系统各种功能的关键关键, ,在哪里编写应用软件？在哪里将其调试在哪里编写应用软件？在哪里将其调试并生成并生成xx.hexxx.hex文件？文件？这些工作可由单片机编这些工作可由单片机编译软件完成。常用方法译软件完成。常用方法: :先在通用先在通用PCPC机上编程机上编程, ,源程序编写后保存为源文件源程序编写后保存为源文件; ;由主机上建立的由主机上建立的交叉编译环境经编译生成交叉编译环境经编译生成xx

45、.objxx.obj文件文件, ,再将这再将这些些xx.objxx.obj文件按目标板的要求链接成适合的文件按目标板的要求链接成适合的xx.hexxx.hex文件文件, ,将程序生成二进制文件将程序生成二进制文件; ;最后通最后通过重定位机制和下载过程过重定位机制和下载过程, ,将将xx.hexxx.hex文件下载文件下载到目标板的特定位置到目标板的特定位置, ,由目标板启动代码运行。由目标板启动代码运行。2.2 2.2 单片机应用软件的开发单片机应用软件的开发 基于交叉开发环境的单片机应用软件开基于交叉开发环境的单片机应用软件开发主要分为以下发主要分为以下4 4个基本阶段：个基本阶段： 交叉

46、开发环境的建立；交叉开发环境的建立； 源程序编辑；源程序编辑； 交叉编译与链接；交叉编译与链接； 下载与联机调试。下载与联机调试。2.3 2.3 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发 单片机应用系统经过预研、总体设计、单片机应用系统经过预研、总体设计、硬件设计、软件设计、制板以及元器件焊装硬件设计、软件设计、制板以及元器件焊装和程序代码下载和程序代码下载( (固化固化) )之后，系统即可运行。之后，系统即可运行。但一次性成功几乎是不可能的，或多或少会但一次性成功几乎是不可能的，或多或少会出现一些硬件、软件上的错误，这就需要通出现一些硬件、软件上的错误，这就需要通过调试来发现错误并加以改正。

47、过调试来发现错误并加以改正。2.3 2.3 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发1.1.单片机应用系统的仿真单片机应用系统的仿真 系统仿真调试的目的是检测并排除硬件系统仿真调试的目的是检测并排除硬件故障故障, ,检测并修正模块化软件。对于小系统，检测并修正模块化软件。对于小系统，也可不使用专门的开发系统也可不使用专门的开发系统, ,而直接采用写而直接采用写入装置入装置, ,将目标代码写入系统程序存储器中。将目标代码写入系统程序存储器中。若采用具有若采用具有FlashFlash存储器和支持存储器和支持ISPISP的单片机的单片机芯片芯片, ,只要一个编程只要一个编程/ /下载电缆下载电缆,

48、,利用专门下利用专门下载软件载软件, ,就可通过就可通过ISPISP插座将目标代码下载到插座将目标代码下载到具有具有FlashFlash存储器的单片机芯片中存储器的单片机芯片中, ,然后通过然后通过直接运行直接运行, ,以判断硬件或软件的正确性。以判断硬件或软件的正确性。2.3 2.3 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发 2.2.单片机应用系统的制版单片机应用系统的制版 单片机应用系统的制版，其实质是将设单片机应用系统的制版，其实质是将设计好的硬件电路通过计好的硬件电路通过EDAEDA软件软件( (如如ProtelProtel等等) )绘制电路原理图，并形成绘制电路原理图，并形成PCBP

49、CB制版图，最后制版图，最后检验无误后将检验无误后将PCBPCB图交给制版公司，加工制图交给制版公司，加工制造成电路板。造成电路板。2.3 2.3 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发 3.3.单片机应用系统的调试单片机应用系统的调试 单片机应用系统的调试包括硬件调试和单片机应用系统的调试包括硬件调试和软件调试。但硬件调试和软件调试并不能完软件调试。但硬件调试和软件调试并不能完全分开，许多硬件错误是在软件调试过程中全分开，许多硬件错误是在软件调试过程中被发现和纠正的。通常是先排除明显的硬件被发现和纠正的。通常是先排除明显的硬件故障，再进行软件和硬件综合调试。故障，再进行软件和硬件综合调试。

50、 应用系统联机前的静态调试应用系统联机前的静态调试 应用系统联机调试应用系统联机调试2.3 2.3 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发4.4.单片机应用系统的编程、汇编与运行单片机应用系统的编程、汇编与运行1.1.应用程序编程。采用多种形式编写应用程应用程序编程。采用多种形式编写应用程序源程序序源程序, ,如如Keil Vision;Keil Vision;文本编辑器等。文本编辑器等。2.2.源程序的汇编。可采用编译程序和交叉编源程序的汇编。可采用编译程序和交叉编译程序进行汇编译程序进行汇编, ,并将其转换为目标代码。并将其转换为目标代码。3.3.目标代码的下载与运行。借助编程器或利目标

51、代码的下载与运行。借助编程器或利用用ISPISP配套软件配套软件, ,将目标代码下载到单片机片将目标代码下载到单片机片内内FlashFlash存储器中存储器中, ,并将单片机应用系统设置并将单片机应用系统设置到运行状态到运行状态, ,程序就开始自行运行。程序就开始自行运行。 第三章第三章 电子系统设计内容电子系统设计内容基础部分：基础部分： 闪烁的闪烁的LED(LED(点亮一个点亮一个LEDLED指示灯指示灯) ) 花样流水灯花样流水灯( (点亮多个点亮多个LEDLED指示灯指示灯) ) 单个数码管循环显示单个数码管循环显示0 09 9 多个数码管动态显示不同字符多个数码管动态显示不同字符 独

52、立键盘控制独立键盘控制LEDLED指示灯指示灯 矩阵键盘控制显示矩阵键盘控制显示0 09 9 INT0 INT0外部中断控制外部中断控制LEDLED指示灯闪烁指示灯闪烁 TINER0 TINER0定时器控制定时器控制LEDLED指示灯闪烁指示灯闪烁 1602 LCD 1602 LCD 显示显示第三章第三章 电子系统设计内容电子系统设计内容1.1.闪烁的闪烁的LED(LED(点亮一个点亮一个LEDLED指示灯指示灯) )D1LED-REDR3220XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0

53、.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C122PFC222PFC310uFX112MR110k第三章第三章 电子系统设计内容电子系统设计内容XTAL21

54、8XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1

55、427U1AT89C51C130pC230pX112MHzR1100R210KC31uF234567891RP1RESPACK-8D5LED-REDD2LED-YELLOWD6LED-YELLOWD3LED-BLUED7LED-BLUED4LED-GREENK1K2LS1SOUNDERD1LED-REDD8LED-GREEN2.2.花样流水灯花样流水灯( (点亮多个点亮多个LEDLED指示灯指示灯) )第三章第三章 电子系统设计内容电子系统设计内容3.3.单个数码管循环显示单个数码管循环显示0 09 9XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.

56、1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C122PFC222PFC310uFX112MR110k

57、第三章第三章 电子系统设计内容电子系统设计内容4.4.多个数码管动态显示不同字符多个数码管动态显示不同字符AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.6P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.7P2.7AD0AD3AD4AD5AD6AD1AD2AD7XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1

58、.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C122PFC222PFC310uFX112MR110k234567891RP1RESPACK-8A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U2

59、74LS245第三章第三章 电子系统设计内容电子系统设计内容5.INT05.INT0外部中断控制外部中断控制LEDLED指示灯闪烁指示灯闪烁XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T11

60、5P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C130pC230pX112MHzR1100R210KC31uFD1LED-REDR3220第三章第三章 电子系统设计内容电子系统设计内容6.TINER06.TINER0定时器控制定时器控制LEDLED指示灯闪烁指示灯闪烁D1LED-REDR2220XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5