一、單片機系統設計簡述

經過幾十年的發展，現在的單片機技術已經非常的成熟，相關的系統設計軟件也有很多，目前在進行單片機系統設計時，通常采用C語言進行程序的編寫，為了滿足不同工業生產的需要，單片機中的功能模塊會有一些差別，目前市場上使用最多的單片機就是Atmel公司生產的AT89SC51和AT89SC52，根據單片機型號的不同，相應引腳的功能也會有所變化，而在系統的設計時，首先要明確的就是單片機各個引腳對應的功能。雖然單片機型號的不同，相應程序編寫時引腳的代碼會有所變化，但是在所有單片機系統設計中，最小系統的設計與調試都是非常重要的，單片機的最小系統是調試程序和單片機工作的基礎，通常情況下，一個最小系統包括了單片機芯片、電源模塊、時鐘模塊、復位模塊幾個部分，在進行單片機系統的設計時，由于單片機自身沒有人機交互模塊，因此必須借助一些輔助設備才能完成，通常情況下都是從硬件和軟件兩個方面來考慮輔助設備，硬件方面需要計算機、數據線和萬用表等必要的輔助工具，軟件方面就需要Keil等程序編寫軟件和必要的下載軟件，隨著單片機自身的不斷進步，現在已經出現了ISP在線編程功能，傳統的單片機系統設計中，要想向單片機中寫入程序，必須將單片機從系統中拿下，放到指定的系統中，然后與計算機進行連接，通過下載程序進行寫入，而現在的工業生產開始向多樣化發展，甚至在一些工業生產中，需要不斷的對程序進行修改，如果每次修改都需要對單片機進行拆卸和安裝，不但會影響生產的效率，單片機的接口也會受到一定的損壞，而ISP在線編程就不需要以上的步驟，單片機在電路板上時，依然可以對程序進行修改和重新下載等操作。

二、單片機系統設計的方法和步驟

隨著單片機應用的范圍越來越廣，相應的系統設計也越來越多樣化，因此在進行單片機系統開始時，第一個要明確的就是設計的目的和可行性分析，首先應該了解單片機要控制的對象，對控制系統的要求進行深入的分析，對系統的整體有一個充分的了解，只有在明確了以上的信息后，才能進行總體方案的設計，在總體方案的設計中，應該根據分析的結果，對單片機系統的構成方式進行確定，進而確定系統的信號檢測方式等，以上兩個步驟屬于理論上的設計，在理論設計完成后，就要從硬件和軟件兩個方面來進行實際的設計，一般情況下，都是按照先硬件后軟件的順序進行，在硬件設計中，首先要做的就是原理圖的設計，目前市場上有很多原理圖設計的軟件，例如英國Labcenterelectronics公司研發的Proteus等，然后在原理圖的基礎上進行元件的選擇，這些都可以在Proteus軟件內完成，用元件連接出一個原理圖之后，可以選擇直接制作電路板，然后再進行軟件的設計，但是在實際的生產過程中，這樣的過程經常會發現印制出的電路板存在問題，軟件的設計無法正常進行，從而需要重新制作電路板，針對這種情況，Proteus等軟件都集成了仿真的功能，因此可以在連接完原理圖之后，就進行軟件的編寫，如果采用51系列單片機，程序的編寫可以采用美國KeilSoftware公司開發的Keil系列軟件，軟件調試成功后，就可以利用軟件的仿真功能，對設計的單片機系統進行功能的調試，如果沒有發現任何問題，再進行電路板的印制，那么將會極大的減少錯誤的出現率。

三、單片機系統設計的誤區及對策

在單片機系統的設計中，CPU死機是一個重要的問題，在出現了死機的情況后，系統整體后無法響應，嚴重時甚至會燒毀一些元器件，只有通過復位按鍵后，才能使系統恢復正常，針對這種情況，很多單片機系統設計時，都會添加一個定時器DogTimer，也就是人們俗稱的看門狗，這個DogTimer定時器是按照一定的速率來計時的，當時間達到計時器設定的標準后，就會執行復位的命令，單片機系統在實際的工作過程中，CPU會定時的向這個定時器發出清零的命令，使DogTimer定時器不能滿足復位的要求，而造成CPU死機的主要原因就是執行命令的過程中，CPU進入了一個死循環，從而不能正常的執行程序，如果添加了這個DogTimer定時器，CPU在進入到死循環后，就不會對定時器發出清零的命令，那么定時器就會達到設定的標準，然后自動的執行復位的命令，以這樣的方式來解決死機的問題，由于這種方式非常簡單，很多單片機自身就集成了這個功能，最大程度的降低CPU死機的次數，很多單片機系統設計人員也認為，有了這個定時器后，CPU就不會出現死機的問題，通過實際的調查發現，即使有了這個定時器的存在，也會因為很多原因導致CPU死機，因此可以說這是單片機系統設計的一個誤區，例如當CPU進入一個死循環之后，會不斷的執行死循環中的命令，如果這個死循環的命令剛好和定時器清零的命令一樣，那么導致的現象就是CPU不斷的向定時器發出清零的命令，這是CPU雖然已經處于死機的狀態，但是定時器卻已經失效了。

針對這種現象，可以對定時器進行必要的完善，例如可以做雙保險，即設計兩個定時器，一個定時器和傳統的定時器一樣，執行對CPU看護的功能，而第二個定時器就是防止前面所說定時器失效問題，第二個定時器可以設置為執行一個主循環清零一次，對于清零的命令兩個定時器是獨立的，這樣即使CPU進入到了一個死循環，死循環中又包涵了一個定時器的清零命令，那么另一個計時器也會檢測出來，從而對CPU執行復位，這種雙保險的設計就有效的解決了定時器失效的問題，使單片機系統設計中CPU死機的幾率將到最低，通過實際的調查發現，目前很多設計人員在進行系統設計時，考慮到單片機已經集成了一個防止死機的定時器，在設計中就不再進行防死機定時器的設計，這樣完全依賴CPU集成定時器的做法，是不科學的，從實際應用的效果來看，CPU集成的定時器對防止死機能起到一定的效果，但是這種效果沒有最大化，隨著工業生產水平的提高，很多生產線對單片機系統的要求是百分之百不死機，這樣僅僅依靠單片機集成的定時器顯然無法完成，因此在進行單片機系統設計時，無論有沒有集成的防死機定時器，都應該針對性的設計一個科學合理的定時器，最大程度的保證CPU不會出現死機的現象。

在單片機系統設計中，還有一個很大的誤區就是PCB布線中，由于單片機系統設計已經存在了幾十年，經過多年的積累，有很多寶貴的經驗值得我們借鑒，但是由于電子行業的特殊性，摩爾定律揭示了每個十八個月，電子行業的技術就會翻倍，正是這種更新的頻繁化，導致了一些過實的經驗還被人們使用，例如在PCB布線中，設計人員根據以往的經驗，都喜歡橫平豎直的去布線，而且認為粗線比細線好，在傳統的單片機系統中，這樣的布線的確能夠帶來很多方便，但是隨著PCB電路板的進步，層數越來越多，線路之間的電磁干擾已經成為了一個嚴重的問題，在這種背景下，傳統的PCB布線方式無疑就是錯誤的，是目前單片機系統設計中存在的一個誤區，為了使電路具有良好的抗電磁干擾能力，在PCB布線時首先應該做好地線層，在布線的過程中盡量保持線路之間的距離，現在看來這樣的布線方式才科學、合理。

四、總結

總之，在進行單片機系統開發的過程中，要注重對誤區的認識，從而提高其開發的效率和質量。在實際的工業生產中，也需要通過不斷的改進和測試，保證其結果的準確性。通過全文的分析可以知道，在電子設備已經普及應用的今天，單片機作為一種控制系統，越來越受到人們的重視，而根據單片機應用的領域不同，系統設計也會有較大的差異，要想讓單片機更好的在不同領域中使用，就要做出一個科學合理的設計，但是通過實際的調查發現，目前的單片機系統設計中，雖然設計的方法和步驟已經有了一定的標準，但是在設計的過程中還是存在一些誤區，這些誤區很容易使設計出來的系統無法正常的工作，相信隨著時間的推移，人們對單片機系統設計研究的深入，這些誤區都會得到很好的解決。

作者：劉穎 單位：長春職業技術學院食品與生物技術分院