第10章单片机应用系统设计与开发1．前向通道的组成及特点前向通道是单片机与测控对象相连的部分，是应用系统的数据采集输入通道。来自被控对象的现场信息是各种各样的，按物理量的特征可分为模拟和数字量、开关量两种。模拟量输入量通道的结构比较复杂，一般包括变换器、隔离放大器、滤波器、采用保持器、多路电子开关、A/D转换器及其接口电路，如图10-2所示。综上所述，前向通道具有以下特点：（1）与现场采集对象相连，是现场干扰进入的主要通道，是整个系统干扰设计的重点部位。（2）由于所采集的对象不同，有开关量、模拟量、数字量，而这些都是由安放在测量现场的传感、变换装置产生的，许多参量信号不能满足单片机输入的要求，故有大量的、形式多样的信号变换调节电路，如测量放大器、I/F变换、A/D转换、放大、整形电路等。（3）向前通道是一个模拟、数字混合电路系统，其电路功耗小，一般没有功率驱动要求。2．后向通道的组成与特点后向通道是应用系统的伺服驱动通道。作用于控制对象的控制信号通常有两种：一种是开关量控制信号，另一种是模拟控制信号。开关量控制信号的后向通道比较简单，只需采用隔离器进行隔离及电平转换。模拟控制信号的后向通道需要进行D/A转换，隔离放大、功率驱动等处理。3．人机通道的结构及其特点单片机应用系统中的人机通道是用户为了对应用系统进行干预（如启动、参数设置等）以及了解应用系统运行状态所设置的对话通道，主要有键盘、显示器、打印机等通道接口。4．相互通道及其特点单片机应用系统中的相互通道是解决计算机系统间相互通信的接口。在较大规模的多机测控系统中，就需要设计相互通道接口。10.1.2单片机应用系统的设计内容2．通道与接口设计由于通道大都是通过I/O口进行配置的，与单片机本身的联系不甚紧密，因此大多数接口电路都能方便地移植到其他类型的单片机应用系统中去。3．系统干扰设计抗干扰设计要贯穿到应用系统设计的全过程。从具体方案、器件选择到电路系统设计，从硬件系统设计到软件系统设计，都要把抗干扰设计列为一项重要工作。4．应用软件设计应用软件设计是根据系统功能要求，采用汇编语言或高级语言进行设计。10.2单片机应用系统的一般设计方法10.2.2确定系统基本结构10.2.3单片机应用系统硬件、软件的设计原则（4）整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。（5）如果设计中只注重功能实现，而忽视可靠性及抗干扰设计，则到头来只能是事倍功半，甚至造成系统崩溃。（6）单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。2．应用软件设计的特点（1）软件结构清晰、简捷，流程合理。（2）各功能程序实现模块化、系统化，这样既便于调试、连接，又便于移植、修改和维护。（3）程序存储区、数据存储区规划合理，既能节约存储容量，又能给程序设计与操作带来方便。（4）运行状态实现标志化管理。（5）经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改“痕迹”。规范化的程序便于交流、借鉴，也为今后的软件模块化、标准化打下基础。（6）实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰设计是计算机应用系统提高可靠性的有力措施。（7）为了提高运行的可靠性，在应用软件中设置自诊断程序，在系统运行前先运行自诊断程序，用以检查系统各特征参数是否正常。10.2.4硬件设计3．I/O接口I/O接口大致可归类为并行接口、串行接口、模拟采集通道（接口）、模拟输出通道（接口）等。目前有些单片机已将上述各接口集成在单片机内部，使I/O接口的设计大大简化。系统设计时，可以选择含有所需接口的单片机。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，这就要求存储空间分配合理，译码方式选择得当。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。6．抗干扰电路10.2.5软件设计系统软件设计时，应根据系统软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分，并根据它们之间的联系和时间上的关系，设计出合理地软件总体结构。通常在编制程序前，先根据系统输入和输出变量建立起正确的数学模型，然后画出程序流程框图，流程框图应结构清晰、简捷、合理。画流程框图时，还要对系统资源作具体的分配和说明。编制程序时，一般采用自顶向下的程序设计技术，先设计监控程序，再设计各应用程序模块。多功能程序应模块化、子程序化。子程序化，这样不仅便于测试和连接，还便于修改和移植。10.2.6资源分配2．RAM资源的分配片外RAM的容量比较大，通常用来存放批量大的数据，如采样结果数据；片内RAM容量较少，应尽量重叠使用，比如数据暂存区与显示、打印缓冲区重叠。10.3单片机应用系统的开发10.3.2单片机应用系统的制版10.3.3单片机应用系统的调试2．系统的调试（1）拿到电路板后，先要检查加工质量，并确保没有