單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試方法

高 敏(江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院,江蘇南通,260111)

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單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試方法

高 敏
(江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院,江蘇南通,260111)

摘要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展與進步，單片機控制技術(shù)在我國已經(jīng)得到了十分廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)的核心技術(shù)為單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，本文通過對單片機控制系統(tǒng)進行了相關(guān)的介紹。通過對該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計以及該系統(tǒng)的構(gòu)成情況進行分析，并結(jié)合相關(guān)的實際經(jīng)驗從而總結(jié)出更好的調(diào)試方法。

關(guān)鍵詞：單片機；控制系統(tǒng)；硬件設(shè)計；調(diào)試方法

隨著我國經(jīng)濟實力的不斷提升，為科學(xué)技術(shù)在我國今后的發(fā)展提供了強有力的保障。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，電路系統(tǒng)逐漸走向了高度集成化，與此同時，相關(guān)的科學(xué)技術(shù)也得到了不斷的進步與突破。其中，主要以單片機系統(tǒng)為首的技術(shù)發(fā)展速度尤為明顯，其不僅在極大程度上節(jié)約了經(jīng)濟成本，同時也促進了集成電路的發(fā)展與普及。

1 單片機控制系統(tǒng)的概念

CPU作為整個單片機控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容，其在整個系統(tǒng)中起到了一定的主導(dǎo)作用，通過將CPU進行強化與升級，有效的促進單片機控制系統(tǒng)的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的更為便捷。因此，對單片機控制系統(tǒng)進行設(shè)計是整個過程中最為關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，在該環(huán)節(jié)中需要精細的進行方案設(shè)計，同時還需要選擇出適合的單片機以及變送器。在相關(guān)參數(shù)檢測構(gòu)件的同時還需要進行建模以及設(shè)計部署等，通過將軟硬件的系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)有效的完成以后才可以進行系統(tǒng)調(diào)試工作。在整個單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，一定要對相關(guān)的硬件設(shè)備足夠的了解后，進行相關(guān)的軟件的設(shè)計，從而可以對控制對象的數(shù)學(xué)模型進行更深層次的探究與分析。

2 單片機系統(tǒng)總體設(shè)計方案

在進行系統(tǒng)的總體設(shè)計之前應(yīng)當對被控對象的具體情況進行充分與全面的了解，是否對被控對象已經(jīng)充分的了解與總體設(shè)計方案有著直接的影響。系統(tǒng)設(shè)計總方案的設(shè)計方法有許多種，其可以根據(jù)實際的需求來選擇控制系統(tǒng)的種類，其中主要種類有閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)當中，檢測元件將對整個單片機控制系統(tǒng)的精度有著十分重要的作用，在通常情況下應(yīng)當對測量元件做出合理的選擇從而確保所測量參數(shù)的準確性。執(zhí)行機構(gòu)作為整個控制系統(tǒng)最為重要的部分之一，對其進行設(shè)計的時候不僅需要考慮控制算法、同時也應(yīng)當與實際的需求相結(jié)合。

3 單片機軟硬件設(shè)計

3.1 單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計

單片機的集成度較高，并且其內(nèi)部含有儲存器以及I/O控制線等，盡管如此，進行接口擴展環(huán)節(jié)仍然是需要重點關(guān)注的。其中想要擴展單片機的結(jié)構(gòu)主要有兩種方案。第一種為購買成品接口板，這種方案的主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要為核心系統(tǒng)、時鐘電路、地址譯碼器、I/O接口設(shè)計、輸入、顯示器等構(gòu)成。第二種為根據(jù)控制系統(tǒng)的需求，這種擴展方法需要采用適合的芯片來進行設(shè)計。

3.2 單片機系統(tǒng)的軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)中最為重要的部分，其在一定程度上起到了執(zhí)行機構(gòu)的作用效果。在單片機的控制系統(tǒng)中，軟件的設(shè)計通常會分為2種，分別為系統(tǒng)軟件的設(shè)計與應(yīng)用軟件的設(shè)計。系統(tǒng)軟件功能為管理單片機系統(tǒng)的整個過程，在對系統(tǒng)軟件進行設(shè)計的過程中應(yīng)當保證軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在設(shè)計的時候應(yīng)當注意軟件與硬件系統(tǒng)的匹配性與統(tǒng)一性，系統(tǒng)軟件主要有：管理功能、DISPLAY等，系統(tǒng)軟件作為控制整個系統(tǒng)的最為核心的程序，對于單片機控制系統(tǒng)起到關(guān)鍵性的作用，加強軟件功能的設(shè)計與開發(fā)可以有效的減小硬件成本的投入，從而節(jié)約成本。

在進行軟件設(shè)計的過程中，主要需要考慮以下幾個方面：

3.2.1軟硬件設(shè)計的統(tǒng)一性與可靠性

在對單片機系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，一般來講對于同一個功能的實現(xiàn)，不僅可以使用軟件來實現(xiàn)，同樣可以用硬件實現(xiàn)。通常情況下，會盡可能的應(yīng)用軟件來實現(xiàn)功能從而達到節(jié)約經(jīng)費的目的。如果要求該系統(tǒng)具有較強的實時性的話，可以通過硬件來實現(xiàn)該功能，對于某些計算量相對較大的系統(tǒng)或者較為復(fù)雜的計算而言，可以應(yīng)用高級語言進行程序的編寫。

單片機系統(tǒng)一般會設(shè)計出一個自診斷程序，方便可以每時每刻的對單片機系統(tǒng)進行診斷工作。在某些特定的要求可靠性高的環(huán)境中，應(yīng)當適當?shù)脑O(shè)計門狗電路與軟件陷阱等，從而可以有效的防止程序運行出錯等狀況的發(fā)生。

3.2.2應(yīng)用軟件所具備的特點

應(yīng)用軟件所具備的特點有實時性，系統(tǒng)屬于實時控制系統(tǒng)，因此對軟件的執(zhí)行速度有特定的要求，也就是說軟件應(yīng)當在一定的周期內(nèi)完成處理、計算等相關(guān)操作。在進行程序設(shè)計的過程當中，為了盡可能的節(jié)約內(nèi)存與增強適應(yīng)能力，這便要求改程序具備通用性的特點，所以在選擇模塊結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)當盡可能的將共用程序通過子程序編寫出來。

4 如何調(diào)試單片機控制系統(tǒng)

對于系統(tǒng)調(diào)試主要可以分為兩大類型，分別為軟件調(diào)試與硬件調(diào)試，在硬件調(diào)試過程中，主要是對設(shè)計工藝中所存在的硬件故障進行排查的工作，同時，在設(shè)計過程之中所存在的錯誤也屬于硬件調(diào)試的排查范圍內(nèi)。軟件系統(tǒng)調(diào)試的主要目的為確定目標代碼的準確性，只有目標代碼正確才能夠使得系統(tǒng)得以正常的運行。通過將軟硬件系統(tǒng)有效的調(diào)節(jié)之后才可以使得兩者得以順利的配合，并利用仿真技術(shù)從而使得軟硬件系統(tǒng)配合的更加密切。

4.1 硬件調(diào)試

調(diào)試的主要目的是為了可以有效的解決與排除所出現(xiàn)的問題，其中主要包含的錯誤可分為工藝性故障以及設(shè)計性錯誤兩種。通過以設(shè)計原理為主要的依據(jù)做好相應(yīng)的實驗樣機從而進入對硬件進行調(diào)試的階段。

通常硬件電路的調(diào)試順序為：首先應(yīng)當對CPU中的時鐘電路進行合理的檢查，其次對ABUS/DBUS的分時復(fù)用功能進行科學(xué)的調(diào)試，同時也應(yīng)當對I/O地址適配器進行故障的排查。最后還應(yīng)當對終端用戶的I/O設(shè)備進行調(diào)試。

4.2 仿真調(diào)試

通過對仿真機上的仿真插頭進行調(diào)試從而查看各電路是否以及達到了設(shè)計所要求的條件。由于該工作內(nèi)容屬于經(jīng)驗性相對較強的工作，因此通常來講，想要一次性將樣機制做完成幾乎是不可能的，基本均是需要對樣機進行調(diào)試的。較為普遍的調(diào)試方法為：首先可以將軟件進行先編調(diào)試，然后對電路系統(tǒng)的設(shè)計進行逐一的檢查與調(diào)試性的工作，最后為對MONITOR進行調(diào)試工作。

軟件的調(diào)試方法可根據(jù)設(shè)備的實際情況而定，主要的調(diào)試方法分別有：交叉匯編調(diào)試法、手工匯編等。通過以上幾種方法進行調(diào)試之后，便可通過寫入器從而快速的在EPROM中錄入目標代碼，從而使得單片機系統(tǒng)可以正常的運行。對軟硬件進行仿真調(diào)試可以有效的找出軟硬件之間所存在的不匹配的地方，并通過反復(fù)的調(diào)試從而構(gòu)成機器，然后進行下一步的調(diào)試工作。

5 總結(jié)

隨著單片機控制技術(shù)在我國得到了越來越廣泛的應(yīng)用，因此，單片機控制技術(shù)對相關(guān)的設(shè)計人員來講，只有真正的明白了該系統(tǒng)的組成原理，才能對軟硬件與系統(tǒng)進行更好的調(diào)試。通過與相關(guān)的工作經(jīng)驗相結(jié)合從而對調(diào)試方法進行一定的改進工作是具有一定必要性的。隨著單片機在我國的市場中占有越來越重要的地位，其逐漸受到了社會各界的關(guān)注。單片機技術(shù)作為至關(guān)重要的設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)當嚴格要求相關(guān)設(shè)計人員做好各個環(huán)節(jié)的準備工作。

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Design and debugging method of single chip microcomputer control system

Gao Min
(Jiangsu business Career Academy,Nantong,Jiangsu,260111)

Abstract：With the rapid development and progress of science and technology in China,SCM control technology has been widely used in our country.The core technology of this technology is the design technology of the single chip microcomputer control system.Through the analysis of the hardware and software design of the system and the composition of the system,and combined with the relevant practical experience to summarize the debugging method better.

Keywords：single chip microcomputer;control system;hardware design;debugging method