程泉

（湖北科技学院 湖北咸宁 437000）

摘要：电子设备是当今人类生活不可或缺的一部分，大部分行業都难以脱离电子设备而存在，而单片机作为控制系统，在电子设备领域扮演着重要的角色，在各行各业得到了较好的应用。随着科学技术的发展，单片机系统设计也逐渐吸引人们的眼球。但是，在单片机的设计过程中，容易受到传统影响，产生了一些系统设计的误区。本文首先介绍单片机的系统设计特点，并阐述设计方法和程序，分析现存的误区及误区的原因，从而对症下药，探索出解决策略和措施。

关键词：单片机；系统设计；误区；策略

正文：单片机从出现以来，在电子行业中承担着重要的角色，是一项伟大的进步。集成电路在上个世纪80年代开始就不断涌现，但随着科技的发展，普通集成电路已无法满足人类的需求，人们开始研究更大规模的集成电路。单片机其实是计算机的浓缩版，它的体积非常小，比传统的计算机小得多，但却能实现计算机的许多功能。因此，我们应当充分利用单片机的优势特点，将单片机应用到生产设备中，通过系统设计实现控制功能。

一、单片机系统设计简述

单片机的系统架构类似于计算机。如今的计算机架构包括了中央处理器（即运算器和控制器）、存储器及人机交互设备。单片机也是这种架构，但单片机的独特之处在于它的输入和输出设备均采用端口方式，对比起计算机的系统架构，单片机缺少了人机交互的设备。但这并不意味着单片机无法实现人机交互功能，实际上，在单片机的使用过程中，将单片机的端口连接相应的设备，也能同计算机一样，实现人机交互功能。也就是说，单片机在缩小体积的同时，也能实现计算机的功能，以满足许多行业的需求。

单片机技术随着几十年的发展，技术不断成熟，也出现了许多相关的系统设计软件。就现阶段而言，主要是采用C语言进行单片机系统设计的程序编写。而且，单片机系统的设计还因应用领域的不同而对功能有不同的要求，也就是说，各类单片机的功能模块难免存在差别，在设计之初，应当先明确单片机各个引脚对应的功能。

单片机的系统设计因功能实现的不同而有所差异，但在任何单片机系统的设计过程中，最小系统的设计与调试都是必不可少的。[1]单片机的最小系统通常包括电源模块、时钟模块、芯片及复位模块等几大部分，是单片机工作的基础。但由于单片机缺少人机交互的设备，因而需要借助其他设备来完成人机交互功能。从硬件方面分析，辅助工具主要为数据线、计算机等。而从软件方面来讲，辅助工具通常为程序编写软件。目前出现的ISP在线编程功能，符合了现代工业生产的多样化发展需求。在传统的单片机系统中，尚未出现在线编程功能，如果要在单片机中写入程序，必须将其取出，置于特定的系统中，连接计算机，再实现程序的写入。但ISP在线编程功能改变了这一复杂的工序，即单片机在电路板上能够直接进行程序的修改等操作，提高了工业生产的效率。

二、单片机系统设计的步骤方法

随着技术的不断发展与成熟，单片机的应用范围越来越广，系统设计也逐渐多样化。因此，在进行系统设计之初，应当首先明确设计目的。也就是说，对单片机的控制对象要有所了解和认识，深入分析系统的要求，明确单片机最终要实现的功能，在此基础上，才能进行下一步——设计总体方案。在设计总体方案的过程中，根据前述对系统的深入分析得到的结果，确定系统的构成方式及信号检测方法等。理论设计完成后，进入实际设计阶段。通常包括硬件和软件两个方面。首先，在硬件设计中，第一步是原理图的设计。设计出原理图后，在此基础上选择元件。目前市场上出现一些原理图设计的软件，利用这些软件可以实现对元件的选择，再连接出一个原理图，可选择直接制作电路板。[2]但在实际运作过程中，如此得来的电路板存在问题，阻碍了软件设计的正常进行。为解决这一问题，目前英国Labcenterelectronics公司研发的Proteus软件，集成了仿真的功能，也就是说，原理图连接之后便可进行软件的编写，这在一定程度上减低了错误的出现率。

三、单片机系统设计的误区及应对措施

在单片机系统设计中，我们面临的一个重要问题就是CPU死机。死机情况出现后，只有通过复位按键，才能将无法响应的系统恢复到正常状态。为解决这一问题，人们在单片机系统设计中添加了一个定时器DogTimer。这个DogTimer定时器讲进行计时，当达到设定的时间时，便会执行复位命令，用这种方式来解决CPU死机的问题。许多单片机集成了这个功能，降低了CPU死机的次数。[3]因此，许多设计人员都认为这种方式能够彻底解决死机的问题。但通过调查发现，即使在单片机添加这个DogTimer定时器，仍然会有其他原因导致CPU死机，这是单片机系统设计中一个重大误区。在一些特殊情况下，CPU处于死机状态事，定时器已失效，无法执行命令。因此，我们有必要对定时器进行改进和完善。例如，设计两个定时器，其中一个定时器仍按照前述定时器的功能执行相应的任务，即对CPU进行看护。另外一个定时器，可以执行清零的命令。也就是说，将其设置为执行一个主循环清零一次。这种方式可以有效解决定时器失效的问题，在一定程度上降低了CPU死机的几率。同时，我们必须清楚地意识到，CPU死机的问题不能单靠一个防止死机的定时器来解决，因此，在进行系统设计的过程中，不能因为单片机已经集成了一个防止死机的定时器，就忽略了从其他方面对防死机的功能设计。实际上，从应用效果方面分析，我们无法否认CPU集成的定时器对防止死机所起的作用和产生的效果，但是这种方式还可以更加合理化和科学化，从而使防护效果更加明显和最大化。

除此之外，在单片机系统设计中还存在另一重大误区——PCB布线。单片机从出现到目前为止经历了几十年的发展，积累了丰富的宝贵经验，但是电子行业的迅速进步，电子技术随着时代的发展和科技的进步，也不断得到更新。但在PCE布线中，设计人员固守传统经验，倾向于横平竖直地进行布线，在粗线和细线之间更愿意选择粗线。无可否认，这种布线方式在传统的单片机系统中体现了一定的优势，带来许多便利，但随着PCB电路板的不断发展进步，传统的布线方法已不完全适用于频繁更新的现代PCB布线中。现代的PCB电路板中，层数不断增多，若采用传统布线方法，将在线路之间形成严重的电磁干扰。因此，应当改变传统的布线方式，应先做好地线层，合理把握线路之间的距离，最大程度的减少电磁干扰，逐步形成更加科学合理的布线方式。

总而言之，在单片机系统开发过程中，必须对的现存的误区进行正确的认识，不断改进和完善，从而最终提高单片机的质量。在实践过程中，不断进行反复的研究和测试，深入分析测试结果，提高其结果的准确性。

结语：众所周知，电子设备在当今社会生活中扮演者极其重要的角色，应用的范围也越来越广。而单片机作为一种系统，随着技术的发展和成熟，也逐渐发挥其优势作用，在各个领域中得到普遍使用。因此，在单片机系统设计和开发过程中，我们应当不断分析和研究，正确认识现阶段存在的一些误区，并积极采取措施予以改进和完善，从而提高单片机的质量及应用效果。

参考文献：

[1] 刘颖. 单片机系统设计的误区与应对策略[J]. 长沙铁道学院学报（社会科学版）， 2013， 14（3）：204-205.

[2] 邵贝贝. 单片机系统可靠性技术及发展[J]. 电子产品世界， 1999（8）：20-21.

[3]王柏林. 单片机系统设计的误区与对策[J]. 电子技术应用， 2002， 28（2）：22-24.endprint