單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法初探

福建農(nóng)林大學(xué)，福建福州，350001

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)控制技術(shù)的相關(guān)研究已經(jīng)漸趨成熟，在很多的應(yīng)用領(lǐng)域都取得了非常好的效果。本文首先介紹單片機(jī)控制系統(tǒng)的概念，然后介紹單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，其次介紹單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)，最后說(shuō)明如何調(diào)試單片機(jī)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；控制系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)；調(diào)試方法

引言

自從改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提升，經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)攀升，為科研機(jī)構(gòu)提供了足夠的研發(fā)資金，科研人員不斷發(fā)展科技水平，尤其在電路系統(tǒng)方面，中國(guó)的進(jìn)步是非常明顯的，單片機(jī)可控制系統(tǒng)的研發(fā)和完善就是代表之一，為集成電路的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，并在一定程度上節(jié)約了經(jīng)濟(jì)的成本。

1內(nèi)涵

在單片機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，最重要的組成部分就是CPU，人們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)CPU進(jìn)行升級(jí)，保證CPU的工作效率能夠在很大程度上讓生產(chǎn)方式變得更加便捷。對(duì)單片機(jī)工作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)是非常重要的步驟，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)考慮到多方面的綜合因素，對(duì)于變送器和單片機(jī)等設(shè)備也要進(jìn)行了解和篩選，只有合適的變送器和單片機(jī)才能讓單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更高效。系統(tǒng)的軟件和硬件方面也要根據(jù)已經(jīng)存在的科學(xué)依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)完成之后，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行調(diào)試的工作，在此期間可能會(huì)出現(xiàn)很多原本設(shè)計(jì)當(dāng)中未曾想到的問(wèn)題，再進(jìn)行不斷完善和修改。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前硬件設(shè)備的種類是非常多的，但是各種硬件設(shè)備之間有很多的區(qū)別，在進(jìn)行單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)先對(duì)軟件的一些性能有一定的預(yù)想，并在此基礎(chǔ)上提選合適的硬件設(shè)備，硬件設(shè)備在很大程度上會(huì)影響整體的運(yùn)行效率，一旦硬件設(shè)備選擇不當(dāng)，還可能會(huì)導(dǎo)致一些軟件不能運(yùn)行，因此在選擇硬件設(shè)備方面應(yīng)當(dāng)做足功課，了解各種硬件設(shè)備的長(zhǎng)處和短處，對(duì)于一些軟件的特殊要求，盡可能的提前考慮清楚，保證選擇的硬件設(shè)備不會(huì)成為限制的條件。

2設(shè)計(jì)方案

在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)設(shè)計(jì)的要求有一個(gè)整體上的把控，這就需要對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)查和分析，了解被控對(duì)象的一些基本特點(diǎn)，以及控制技術(shù)應(yīng)當(dāng)滿足的一些基本的要求，只有這樣才能保證設(shè)計(jì)的方案是符合實(shí)際要求的。單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案實(shí)際上有很多種，不同的設(shè)計(jì)方案有不同的特點(diǎn)，我們要在明確了設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇。

在制造單片機(jī)控制系統(tǒng)的過(guò)程當(dāng)中，檢測(cè)元件是非常重要的一部分，當(dāng)選擇合理的檢測(cè)元件時(shí)，能夠保證測(cè)量出來(lái)的參數(shù)的準(zhǔn)確性，而且單片機(jī)控制系統(tǒng)在工作過(guò)程中的精準(zhǔn)度也有了保證。

因?yàn)椴煌默F(xiàn)實(shí)環(huán)境有不同的要求，因此對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的觀察和分析是非常重要的，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是單片機(jī)控制系統(tǒng)中非常重要的部分，在設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過(guò)程當(dāng)中有很多算法等方面的基本要求，在滿足這些基本要求的基礎(chǔ)上，還要滿足現(xiàn)實(shí)環(huán)境的具體要求，實(shí)際上很多執(zhí)行機(jī)構(gòu)在最基本的原理方面并不存在任何的問(wèn)題，但是在實(shí)際工作的過(guò)程中，和一些基本的現(xiàn)實(shí)條件無(wú)法調(diào)和，最終導(dǎo)致單片機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不夠高效。

3軟件與硬件的設(shè)計(jì)

通過(guò)上述對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)在總體上的設(shè)計(jì)方案的介紹之后，可以發(fā)現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際上有很多嚴(yán)明的要求，在設(shè)計(jì)方案選擇正確的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)對(duì)硬件和軟件方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，只有設(shè)計(jì)的過(guò)程中盡量避免錯(cuò)誤才能保證單片機(jī)控制系統(tǒng)能高效工作。

3.1硬件設(shè)計(jì)

實(shí)際上單片機(jī)內(nèi)部有儲(chǔ)存器，還有一些控制線等等，可以說(shuō)單片機(jī)的集成度是非常高的，但是接口擴(kuò)展是單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)當(dāng)中非常重要的一部分。目前來(lái)說(shuō)想要擴(kuò)展單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，一般有兩種方式是比較有效的，一種是直接買成品的接口板，需要對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和分析，可以采用這種方式直接購(gòu)買成品的接口板；第二種是根據(jù)控制系統(tǒng)的需求，要設(shè)計(jì)合適的芯片才能進(jìn)行擴(kuò)展。兩種擴(kuò)展的方式各有優(yōu)勢(shì)，可是卻有基本條件的限制，因此在選擇的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)充分考慮現(xiàn)實(shí)環(huán)境的限制條件，然后選擇合理的擴(kuò)展方式。

3.2軟件設(shè)計(jì)

在單片機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，軟件系統(tǒng)是非常重要的角色之一，軟件系統(tǒng)在很多方面起到了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用，因此軟件設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是軟件設(shè)計(jì)的一種，系統(tǒng)軟件往往是整個(gè)系統(tǒng)的管理者，因此對(duì)于系統(tǒng)軟件來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中保證軟件的穩(wěn)定性是非常重要的，而且對(duì)于系統(tǒng)軟件來(lái)說(shuō)還應(yīng)當(dāng)考慮到和硬件設(shè)施的匹配性，一些硬件設(shè)施會(huì)對(duì)系統(tǒng)的軟件有一定的約束性，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)目前已經(jīng)選定的硬件設(shè)備進(jìn)行了解和查看，對(duì)于一些對(duì)硬件要求非常高的部分，更應(yīng)當(dāng)提前核實(shí)，避免發(fā)生兩者不統(tǒng)一的情況。

一般來(lái)說(shuō)單片機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的階段會(huì)加入自診斷程序，自診斷程序能夠?qū)纹瑱C(jī)系統(tǒng)進(jìn)行診斷，查看目前是否存在一些運(yùn)轉(zhuǎn)上的問(wèn)題，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，會(huì)及時(shí)告訴給管理人員，管理人員根據(jù)診斷的說(shuō)明尋找出現(xiàn)問(wèn)題的根源，并及時(shí)解決這些問(wèn)題，當(dāng)工作人員能夠提前解決這些潛在的問(wèn)題，就能夠有效避免單片機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況，進(jìn)而保證單片機(jī)程序能夠正常工作。

在一些工作的環(huán)境當(dāng)中，對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)有很高的要求，因此在這樣的情況當(dāng)中，可以根據(jù)一些條件的要求設(shè)計(jì)門狗電路，門狗電路能夠在一定程度上保證單片機(jī)控制系統(tǒng)處于安全的工作狀態(tài)。

4調(diào)試方法

對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試的方法，主要有兩種，一種是硬件調(diào)試，在工作的過(guò)程當(dāng)中硬件可能會(huì)發(fā)生一些故障的情況，或者在一開(kāi)始設(shè)計(jì)的階段當(dāng)中就存在一些問(wèn)題，這些問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)控制系統(tǒng)不能正常工作，可以通過(guò)硬件調(diào)試的方法，進(jìn)行排查和解決；另一種是軟件調(diào)試，當(dāng)目標(biāo)代碼出現(xiàn)不準(zhǔn)確的時(shí)候，系統(tǒng)是不能夠進(jìn)行正常工作的，因此應(yīng)當(dāng)保證目標(biāo)代碼的準(zhǔn)確性，軟件系統(tǒng)調(diào)試能夠有效解決這一問(wèn)題。

在單片機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中硬件和軟件本身能夠完成自身的工作，并且在經(jīng)過(guò)硬件調(diào)節(jié)和軟件調(diào)節(jié)之后，讓兩者能夠進(jìn)行合理的配合，讓單片機(jī)控制系統(tǒng)更加高效地進(jìn)行工作，實(shí)際上軟件和硬件的配合程度在很大程度上決定了單片機(jī)控制系統(tǒng)的工作效率，因此為了能夠讓兩者的工作更加配合，引入仿真技術(shù)，仿真調(diào)試能夠讓兩者的合作更加合拍，讓單片機(jī)系統(tǒng)的工作更加順利。

4.1硬件調(diào)試

當(dāng)單片機(jī)控制系統(tǒng)在工作的過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)一些問(wèn)題的時(shí)候，可以進(jìn)行硬件調(diào)試，硬件調(diào)試能夠解決這些問(wèn)題，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)原理的理解，可以對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)有更加深層次的把控，可以做出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行硬件調(diào)試是硬件調(diào)試的方法。

4.2仿真調(diào)試

仿真機(jī)上都有仿真插頭，對(duì)仿真插頭進(jìn)行調(diào)試就可以對(duì)其中的電路工作情況有一個(gè)大概的了解，還能將一些內(nèi)部的具體情況和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比。想要將樣機(jī)制作得非常全面是不太可能的，在短時(shí)間內(nèi)需要對(duì)樣機(jī)進(jìn)行調(diào)試，因此，這需要工作人員有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性。

首先對(duì)軟件進(jìn)行先編調(diào)試，然后針對(duì)電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，開(kāi)始仔細(xì)認(rèn)真的檢查和調(diào)試，最后對(duì)MONTOR調(diào)試。

5結(jié)語(yǔ)

本文主要分為四個(gè)部分，首先簡(jiǎn)單介紹了單片機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)涵，了解單片機(jī)控制系統(tǒng)，然后介紹了單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，是在比較宏觀的角度，介紹的總設(shè)計(jì)方案，然后詳細(xì)介紹了單片機(jī)硬件和軟件上的設(shè)計(jì)方案，最后說(shuō)明了如何調(diào)試單片機(jī)控制系統(tǒng)，在調(diào)試的過(guò)程中，不僅要注重硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，還應(yīng)當(dāng)注重硬件和軟件之間的配合工作，因此引入仿真調(diào)試，希望能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法上提供新的思考方向。

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作者簡(jiǎn)介：

姚愷涵/男/1995年生/福建龍海人/本科