(1)存儲器擴展：容量需求，在選擇時就考慮到單片機的內部存儲器資源，如能滿足要求就不需要進行擴展，在必須擴展時注意存儲器的類型、容量和接口，一般盡量留有余地，并且盡可能減少芯片的數量。選擇合適的方法、ROM和RAM的形式，RAM是否要進行掉電保護等。
(2)I/O接口的擴展：單片機應用系統在擴展I/O接口時應從體積、價格、負載能力、功能等幾個方面考慮。應根據外部需要擴展電路的數量和所選單片機的內部資源(空閑地址線的數量)選擇合適的地址譯碼方法。
(3)輸入通道的設計：輸入通道設計包括開關量和模擬輸入通道的設計。開關量要考慮接口形式、電壓等級、隔離方式、擴展接口等。模擬量通道的設計要與信號檢測環節(傳感器、信號處理電路等)結合起來，應根據系統對速度、精度和價格等要求來選擇，同時還需要和傳感器等設備的性能相匹配，要考慮傳感器類型、傳輸信號的形式(電流還是電壓)、線性化、補償、光電隔離、信號處理方式等，還應考慮A/D轉換器的選擇(轉換精度、轉換速度、結構、功耗等)及相關電路、擴展接口，有時還涉及軟件的設計。高精度的模數轉換器價格十分昂貴，因而應盡量降低對A/D轉換器的要求，能用軟件實現的功能盡量用軟件來實現。
(4)輸出通道的設計：輸出通道設計包括開關量和模擬量輸出通道的設計。開關量要考慮功率、控制方式(繼電器、可控硅、三極管等)。模擬量輸出要考慮D/A轉換器的選擇(轉換精度、轉換速度、結構、功耗等)、輸出信號的形式(電流還是電壓)、隔離方式、擴展接口等。
(5)人機界面的設計：人機界面的設計包括輸入鍵盤、開關、撥碼盤、啟/停操作、復位、顯示器、打印、指示、報警等。輸入鍵盤、開關、撥碼盤應考慮類型、個數、參數及相關處理(如按鍵的去抖處理)。啟/停、復位操作要考慮方式(自動、手動)及其切換。顯示器要考慮類型(LED，LCD)、顯示信息的種類、倍數等。此外還要考慮各種人機界面的擴展接口。
(6)通信電路的設計：單片機應用系統往往作為現場測控設備，常與上位機或同位機構成測控網絡，需要其有數據通信的能力，通常設計為RS-232C、RS-485、紅外收發等通信標準。
(7)印刷電路板的設計與制作：電路原理圖和印刷電路板的設計常采用專業設計軟件進行設計，如Protel，OrCAD等。設計印刷電路板需要有很多的技巧和經驗，設計好印刷電路板圖后應送到專業化制作廠家生產，在生產出來的印刷電路板上安裝好元件，則完成和制作。
(8)負載容限的考慮：單片機總線的負載能力是有限的。如MCS-51的P0口的負載能力為4mA，最多驅動8個TTL電路，P1～P3口的負載能力為2mA，最多驅動4個TTL電路。若外接負載較多，則應采取總線驅動的方法提高系統的負載容限。常用驅動器有：單向驅動器74LS244，雙向驅動器74LS245等。
(9)信號邏輯電平兼容性的考慮：在所設計的電路中，可能兼有TTL和CMOS器件，也有非標準的信號電平，要設計相應的電平兼容和轉換電路。當有RS-232，RS-485接口時，還要實現電平兼容和轉換。常用的集成電路有MAX232，MAX485等。
(10)電源系統的配置：單片機應用系統一定需要電源，要考慮電源的組數、輸出功率、抗干擾。要熟悉常用三端穩壓器(78хх系列、79хх系列)、精密電源(AD580，MC1403，CJ313/336/385，W431)的應用。
(11)抗干擾的實施：采取必要的抗干擾措施是保證單片機系統正常工作的重要環節。它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。
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