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第9章 单片机应用系统开发技术
图9-2 软件设计流程图
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第4．9章系统单调片试机应用系统开发技术 单片机应用系统的总体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。 系统调试包括硬件调试、软件调试和软、硬件联调。根 据调试环境不同，系统调试又分为模拟调试与现场调试。系 统调试的一般过程如图9-3。各种调试所起的作用是不同的， 它们所处的时间段也不一样，不过它们的目的都是为了查出 用户系统中存在的错误或缺陷。在调试过程中要不断调整、 修改系统的硬件和软件，直到其正确为止。
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第9章 单片机应用系统开发技术 9.1.2 单片机应用系统的开发工具
1.开发工具概述 一个单片机应用系统经过预研，总体设计、硬件设 计、软件设计、制版、元器件安装后，在系统程序存储 器中写入编制好的应用程序，系统即可运行。但一次性 成功几乎是不可能的，多少会出现一些硬件或软件上的 错误，需通过调试来发现和改正错误。然而单片机应用 系统本身并无自开发能力，仅靠万用表、示波器等常规 工具显然是不够的，通常要借助于一个特殊的计算机系 统来完成，这个特殊的计算机系统称为单片机开发系统 或单片机开发机（仿真器）。
第9章 单片机应用系统开发技术
9.1 单片机的开发系统及开发工具 9.2 单片机应用系统的设计原则与过程 9.3 单片机应用系统的抗干扰设计 9.4 单片机应用系统实例
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第9章 单片机应用系统开发技术
9.1 单片机的开发系统及开发工具
9.1.1 单片机的开发系统 1.概述 单片机应用系统建立以后，电路正确与否，程序是否
查询； ④ 将程序固化到ROM中去。
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第9章 单片机应用系统开发技术
9.2 单片机应用系统的设计原则与过程
9.2.1 单片机应用系统的设计原则 通常我们要求单片机系统应具有可靠性高、性价比高、
操作维护方便和设计周期短等特点，下面我们将对这几点作 详细讨论。
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第9章 单片机应用系统开发技术 1．高可靠性 ① 使用可靠性高的元器件，以防止器件的损坏影响系 统的可靠运行。 ② 对供电电源采用抗干扰措施。 ③ 采用双机系统。 ④ 设计电路板时布线和接地要合理，严格安装硬件设 备及电路。 ⑤ 输入输出通道抗干扰措施 。 ⑥ 进行软硬件滤波。 ⑦ 采用必要的冗余设计或增加系统自诊断功能。
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2.单第片9章机开单发片系机统应的用功系能统开发技术 ⑴ 在线仿真功能 在线仿真器简称ICE（In Circuit Emulator），是由一
系列硬件组成的单片机开发装置。 ① 仿真功能 在线仿真时，开发系统应能将在线仿真器
中的单片机完整地出借给目标系统，不占用目标系统单片机 的任何资源。
b) 动态调试
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第②9章软件单调片试机：应a)用先系独统立开后发联技机术 b) 先分块后组合 c) 先单步后连续
③ 系统联调：a) 软、硬件能否按预定要求配合工作 b) 系统运行中是否有潜在的设计时难以 预料的错误 c) 系统的动态性能指标（包括精度、速 度参数）是否满足设计要求。
④ 现场调试 现场调试对用户系统的调试来说是最后必需的一个过程， 只有经过现场调试的用户系统才能保证其可靠地工作。现场 调试仍需利用开发系统来完成，其调试方法与前述类似。
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9.3第9章单单片片机机应应用用系统系开统发技的术抗干扰设计
9.3.1 硬件抗干扰设计 由于各应用系统所处的环境不同，面临的干扰源也不
入目标机的ROM中，这个过程称为程序固化。固化时需要有适 当的编程电压和硬软件条件，开发系统应具有这种功能。
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第9章 单片机应用系统开发技术 3.开发系统的分类 目前国内用于MCS-51系列单片机的开发系统很多，
大致可分为以下四种： （1）通用型单片机开发系统 （2）实用型开发系统 （3）通用机开发系统 （4）模拟开发系统
第2．9章硬件单设片计机应用系统开发技术 硬件和软件是单片机控制系统的两个重要方面，硬件是 基础，软件是关键，但两者又是可以相互转化的。硬件设计 时，应考虑留有充分余量，电路设计力求正确无误，因为在 系统调试中不易修改硬件结构。 ⑴ 设计硬件原理图 ⑵ 程序存储器 ⑶ 数据存储器和I/O接口 数据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RAM芯片， 以减少存储器芯片数目，使译码电路简单，但应避免盲目地 扩大存储容量。
学习重点：
●单片机应用系统的设计原则与过程
目前，MCS-51系列单片机以其独特优越的性能和低廉 的价格，在工业实时控制、智能化仪表、数据采集、计算 机通信等各个领域得到了极为广泛的应用。本章将结合单 片机的特点，从应用角度出发，对单片机应用系统的设计、 开发工具和应用实例作进一步的分析和讨论。
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1．系统总体设计 系统总体设计是单片机系统设计的前提，合理的总体设 计是系统成败的关键。总体设计关键在于对系统功能和性 能的认识和合理分析，系统单片机及关键芯片的选型，系 统基本结构的确立和软、硬件功能的划分。
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第9章 单片机应用系统开发技术
图9-1 单片机系统研制过程框图
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第3．9章软件单设片计机应用系统开发技术 软件是单片机应用系统中的一个重要组成部，图9-2给出 了软件设计的流程图。单片机应用系统的软件设计是研制过程 中任务最繁重的一项工作，难度也比较大。对于某些较复杂的 应用系统，不仅要使用汇编语言来编程，有时还要使用高级 语言。 ⑴ 软件方案设计 ⑵ 建立数学模型 ⑶ 软件程序流程图设计 ⑷ 编制程序 ⑸ 软件检查
有误，怎样将程序装入机器等，这都必须借助单片机开发 系统装置来完成。单片机开发系统是单片机编程调试的必 需工具。
单片机开发系统和一般通用计算机系统相比，在硬件 上增加了目标系统的在线仿真器、编程器等部件，所提供 的软件除有类似一般计算机系统的简单的操作系统之外， 还增加了目标系统的汇编和调试程序等。
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第9章 单片机应用系统开发技术
图9-3 系统调试的一般过程
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第⑴9章单片单机片应机用应系用统系调统试开工发具技术 在单片机应用系统的调试过程中，常用的调试工具有 以下几种。 ① 单片机开发系统 ② 万用表 ③ 逻辑笔 ④ 逻辑脉冲发生器与模拟信号发生器 ⑤ 示波器 ⑥ 逻辑分析仪 ⑵ 单片机应用系统的一般调试方法 单片机应用系统的 一般调试方法有。 ① 硬件调试：a) 静态调试
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第29．章高性单能片价机格应比用系统开发技术 单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高
性能价格比。一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比 是其中一个关键因素。因此，在设计时，除了保持高性能外， 简化外围硬件电路，在系统性能和速度许可的范围内，尽可 能用软件程序取代硬件功能电路，以降低系统的制造成本。
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第9第章9章 单单片片机机应应用系用统系开发统技开术 发技术
总体要求：
●了解单片机的开发系统及开发工具 ●掌握单片机应用系统软、硬件设计的基本方法 ●了解单片机应用系统抗干扰设计的基本方法 ●理解单片机应用系统调试的基本方法 ●了解应用实例软、硬件设计过程
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口、RAM及位存储单元)； c) 系统中扩展的RAM和I／O口 。 ③ 跟踪功能
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第9章 单片机应用系统开发技术 ⑶ 辅助设计功能 单片机开发系统的辅助设计功能体现在以下几个方面： ① 程序编辑 ② 程序设计语言 ③ 其他软件功能 ⑷ 程序固化功能 当单片机应用系统程序调试完成后，需要把目标程序写
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第2．9章输入单输片出机通应道用干系扰统及开抗发干技扰术措施 (1) 输入输出通道是单片机与外设、被控对象进行信息 交换的渠道。由输入输出通道引起的干扰主要由公共地线引 发，其次是受到静电噪声和电磁波干扰。常用的方法有： (2) 摸拟电路通过隔离放大器隔离，数字电路通过光电 耦合器隔离。模拟接地和数字接地严格分开，隔离器输入回 路和输出回路的电源分别供电。 (3) 用双绞线作长线传输线能有效地抑制共模噪声及电 磁场干扰，并应对传输线进行阻抗匹配，以免产生反射，使 信号失真。 (4) 传感器后级的变送器应尽量采用电流型传输方式， 因电流型比电压型抗干扰能力要高。
同，相应采取的抗干扰措施也不尽相同。在单片机应用系 统的设计中，硬件抗干扰措施主要从下面几个方面考虑。
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第9章 单片机应用系统开发技术 1．电源的干扰及抗干扰措施 对于单片机应用系统来说，最严重的干扰来源于电源。 由于任何电源及辅电线都存在内阻、分布电容和电感等，正 是这些因素引发了电源的噪声干扰。一般解决的方法是： (1) 采用交流稳压电源保证供电的稳定性，防止电源的 过电压和欠电压。 (2) 利用低通滤波器滤除高次谐波，改善电源波形。 (3) 采用隔离变压器，并使其一次侧、二次侧之间均采 用屏蔽层隔离，以减少其分布电容，提高抗共模干扰能力。 (4) 采用分散独立功能块供电，以减少公共阻抗的相互 耦合以及公共电源的相互耦合。
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第⑷9章地址单译片码机电应路用系统开发技术 ⑸ 总线驱动能力 ⑹ 系统速度匹配 ⑺ 抗干扰措施 另外，可以采用隔离放大器、光电耦合器件抗除输入 /输出设备与系统之间的地线干扰；采用差分放大器抗除 共模干扰；采用平滑滤波器抗除噪声干扰；采用屏蔽手段 抗除辐射干扰等。 最后，应注意在系统硬件设计时，要尽可能充分地利 用单片机的片内资源，使自己设计的电路向标准化、模块 化方向靠拢。