2022年单片机应用系统的方法和技术

单片机MCS-51原理及应用开发教程第13章单片机应用系统的设计方法和技术

第13章单片机应用系统的设计方法和技术

单片机应用系统的设计是以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，目的是获得实现某种功能的应用系统。因此单片机应用系统主要包括硬件和软件两大部分。硬件设计以芯片和元器件为基础，目的是要研制出一台完整的单片机应用系统；软件设计是基于硬件的程序设计过程。本章主要讲解单片机应用系统设计的步骤及开发流程。因此，依据抗干扰原则，针对干扰的传播途径及耦合方式，采用适当的硬件和软件抗干扰技术是提高单片机系统可靠性的重要手段。第13章单片机应用系统的设计方法和技术第13章单片机应用系统的设计方法和技术(3) 软硬件结合的Watchdog技术软件设计是基于硬件的程序设计过程。(1) 元器件可靠性措施(2) 部件及系统级的可靠性措施(2) 部件及系统级的可靠性措施(3) 输入输出驱动法。单片机应用系统必须长期稳定、可靠的运行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，造成巨大的损失。单片机应用系统必须长期稳定、可靠的运行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，造成巨大的损失。CHMOS工艺制成的单片机的功耗相当于普通CMOS电路，可以满足低功耗的要求。第13章单片机应用系统的设计方法和技术第13章单片机应用系统的设计方法和技术数据存储器和I/O接口第13章单片机应用系统的设计方法和技术

13.1单片机应用系统开发的一般方法

单片机应用系统是为完成某项任务而研发的用户系统，虽然每个系统都有很强的针对性，结构和功能各异，但它们的开发过程和方法大致相同。本节介绍单片机应用系统开发的一般方法和步骤。第13章单片机应用系统的设计方法和技术

13.1.1总体设计 1.需求分析 2.确定技术指标 3.方案论证 4.主要器件的选型第13章单片机应用系统的设计方法和技术

13.1.2硬件设计 1.设计硬件原理图 2.程序存储器 3.数据存储器和I/O接口 4.地址译码电路 5.总线驱动能力 6.系统速度匹配 7.抗干扰措施第13章单片机应用系统的设计方法和技术

13.1.3软件设计 1.软件方案设计 2.建立数学模型 3.软件程序流程图设计 4.编制程序 5.软件检查13.1.4系统调试第13章单片机应用系统的设计方法和技术

13.2单片机应用系统的低功耗设计在很多情况下，单片机系统要工作于供电困难的场合下，如野外、井下、空中、无人值守监测站、手持设备上等，或长期运行的监测系统中，这时就要求系统运行时的功耗最小。MCS-51单片机有HMOS和CHMOS两种工艺状态芯片。HMOS芯片本身的运行功耗大，不适于在低功耗系统中应用；CHMOS工艺制成的单片机的功耗相当于普通CMOS电路，可以满足低功耗的要求。第13章单片机应用系统的设计方法和技术

1.CHMOS单片机的低功耗运行特性 2.最低功耗应用系统实例第13章单片机应用系统的设计方法和技术

13.3加密技术

为了防止单片机应用系统被未经授权地仿造，可以通过改变其硬件电路和软件程序进行加密。首先，可以通过GAL或带熔丝的FPGA，将系统逻辑电路做到一块芯片内，使其无法被仿造。本节重点介绍一些防止系统软件被反汇编的方法。第13章单片机应用系统的设计方法和技术

1.硬件加密技术 (1) 门阵列电路加密 (2) 密钥阵列加密 (3) 可加密单片机第13章单片机应用系统的设计方法和技术

2.软件加密技术 (1) 在程序模块之间插入一些加密字节。 (2) 用返回指令取代条件跳转指令。 (3) 使程序中的某些字节被两个模块共同使用。 (4) 在程序存储器与数据存储器共用的系统中，可以用立即寻址方式将一段加密程序送入随机存储器中执行。第13章单片机应用系统的设计方法和技术

13.4可靠性与抗干扰技术 近年来，单片机在工业自动化、生产过程控制、智能化仪器仪表等领域的应用越来越深入和广泛，有效地提高了生产效率，改善了工作条件，大大提高了控制质量与经济效益。但是实际的工作环境往往是比较恶劣和复杂的，其应用的可靠性、安全性就成为一个非常突出的问题。单片机应用系统必须长期稳定、可靠的运行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，造成巨大的损失。本节主要讲述有关单片机的可靠性、抗干扰技术的知识。第13章单片机应用系统的设计方法和技术

13.4.2抗干扰技术概述干扰是造成单片机系统故障的主要原因之一。单片机系统的工作环境干扰纷繁，诸如空间感应干扰、过程通道干扰、反射波干扰、地电位波动干扰及电源干扰等。因此，依据抗干扰原则，针对干扰的传播途径及耦合方式，采用适当的硬件和软件抗干扰技术是提高单片机系统可靠性的重要手段。第13章单片机应用系统的设计方法和技术

1.干扰的主要来源 (1) 空间感应的干扰 (2) 过程通道的干扰 (3) 供电系统的干扰 (4) 地电位波动的干扰

(5) 反射波的干扰第13章单片机应用系统的设计方法和技术

2.干扰的耦合方式 (1) 传导耦合方式 (2) 共阻抗耦合方式 (3) 电阻性耦合方式

(4) 静电耦合方式

(5) 电磁感应耦合方式 (6) 电磁辐射耦合方式第13章单片机应用系统的设计方法和技术

3.抗干扰原则 (1) 消除干扰源 (2) 抑制耦合通道 (3) 减弱电路对噪声干扰的敏感性第13章单片机应用系统的设计方法和技术

13.4.3单片机系统的硬件抗干扰技术

硬件抗干扰技术是经常采用的抑制干扰的一种有效方法，通过合理的硬件电路设计可以削弱或抑制大部分干扰。硬件抗干扰设计技术是设计系统时的首选，它能有效抑制干扰源，阻断干扰传输通道。只要合理布置与选择有关参数，适当的硬件抗干扰措施就能抑制系统的绝大部分干扰。第13章单片机应用系统的设计方法和技术

2.抑制过程通道干扰

(1) 光电隔离 (2) 继电器隔离 (3) 变压器隔离 (4) 采用双绞线作为信号线第13章单片机应用系统的设计方法和技术

3.抑制反射波干扰 (1) 传输线的特性阻抗Rp的测定。 (2) 阻抗匹配的方法。 (3) 输入输出驱动法。 (4) 降低输入阻抗法。 (5) 光电耦合器。第13章单片机应用系统的设计方法和技术

13.4.4单片机系统的软件抗干扰技术 1.数字滤波技术 (1) 程序判断滤波 (2) 算术平均值滤波 (3) 加权平均值滤波 (4) 滑动平均值滤波 (5) 中位值滤波 (6) 一阶滞后滤波 (7) 复合数字滤波第13章单片机应用系统的设计方法和技术

2.指令冗余技术 (1) NOP指令的使用 (2) 重要指令冗余3.软件陷