單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮哪些問題？

技術(shù)小白

(1)存儲(chǔ)器擴(kuò)展：容量需求，在選擇時(shí)就考慮到單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源，如能滿足要求就不需要進(jìn)行擴(kuò)展，在必須擴(kuò)展時(shí)注意存儲(chǔ)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(shù)量。選擇合適的方法、ROM和RAM的形式，RAM是否要進(jìn)行掉電保護(hù)等。

(2)I/O接口的擴(kuò)展：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在擴(kuò)展I/O接口時(shí)應(yīng)從體積、價(jià)格、負(fù)載能力、功能等幾個(gè)方面考慮。應(yīng)根據(jù)外部需要擴(kuò)展電路的數(shù)量和所選單片機(jī)的內(nèi)部資源(空閑地址線的數(shù)量)選擇合適的地址譯碼方法。

(3)輸入通道的設(shè)計(jì)：輸入通道設(shè)計(jì)包括開關(guān)量和模擬輸入通道的設(shè)計(jì)。開關(guān)量要考慮接口形式、電壓等級(jí)、隔離方式、擴(kuò)展接口等。模擬量通道的設(shè)計(jì)要與信號(hào)檢測(cè)環(huán)節(jié)(傳感器、信號(hào)處理電路等)結(jié)合起來，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)對(duì)速度、精度和價(jià)格等要求來選擇，同時(shí)還需要和傳感器等設(shè)備的性能相匹配，要考慮傳感器類型、傳輸信號(hào)的形式(電流還是電壓)、線性化、補(bǔ)償、光電隔離、信號(hào)處理方式等，還應(yīng)考慮A/D轉(zhuǎn)換器的選擇(轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度、結(jié)構(gòu)、功耗等)及相關(guān)電路、擴(kuò)展接口，有時(shí)還涉及軟件的設(shè)計(jì)。高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器價(jià)格十分昂貴，因而應(yīng)盡量降低對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的要求，能用軟件實(shí)現(xiàn)的功能盡量用軟件來實(shí)現(xiàn)。

(4)輸出通道的設(shè)計(jì)：輸出通道設(shè)計(jì)包括開關(guān)量和模擬量輸出通道的設(shè)計(jì)。開關(guān)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(zhuǎn)換器的選擇(轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度、結(jié)構(gòu)、功耗等)、輸出信號(hào)的形式(電流還是電壓)、隔離方式、擴(kuò)展接口等。

(5)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)：人機(jī)界面的設(shè)計(jì)包括輸入鍵盤、開關(guān)、撥碼盤、啟/停操作、復(fù)位、顯示器、打印、指示、報(bào)警等。輸入鍵盤、開關(guān)、撥碼盤應(yīng)考慮類型、個(gè)數(shù)、參數(shù)及相關(guān)處理(如按鍵的去抖處理)。啟/停、復(fù)位操作要考慮方式(自動(dòng)、手動(dòng))及其切換。顯示器要考慮類型(LED，LCD)、顯示信息的種類、倍數(shù)等。此外還要考慮各種人機(jī)界面的擴(kuò)展接口。

(6)通信電路的設(shè)計(jì)：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)往往作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備，常與上位機(jī)或同位機(jī)構(gòu)成測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，需要其有數(shù)據(jù)通信的能力，通常設(shè)計(jì)為RS-232C、RS-485、紅外收發(fā)等通信標(biāo)準(zhǔn)。

(7)印刷電路板的設(shè)計(jì)與制作：電路原理圖和印刷電路板的設(shè)計(jì)常采用專業(yè)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，如Protel，OrCAD等。設(shè)計(jì)印刷電路板需要有很多的技巧和經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)好印刷電路板圖后應(yīng)送到專業(yè)化制作廠家生產(chǎn)，在生產(chǎn)出來的印刷電路板上安裝好元件，則完成和制作。

(8)負(fù)載容限的考慮：單片機(jī)總線的負(fù)載能力是有限的。如MCS-51的P0口的負(fù)載能力為4mA，最多驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路，P1～P3口的負(fù)載能力為2mA，最多驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。若外接負(fù)載較多，則應(yīng)采取總線驅(qū)動(dòng)的方法提高系統(tǒng)的負(fù)載容限。常用驅(qū)動(dòng)器有：?jiǎn)蜗蝌?qū)動(dòng)器74LS244，雙向驅(qū)動(dòng)器74LS245等。

(9)信號(hào)邏輯電平兼容性的考慮：在所設(shè)計(jì)的電路中，可能兼有TTL和CMOS器件，也有非標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)電平，要設(shè)計(jì)相應(yīng)的電平兼容和轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)有RS-232，RS-485接口時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)電平兼容和轉(zhuǎn)換。常用的集成電路有MAX232，MAX485等。

(10)電源系統(tǒng)的配置：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一定需要電源，要考慮電源的組數(shù)、輸出功率、抗干擾。要熟悉常用三端穩(wěn)壓器(78хх系列、79хх系列)、精密電源(AD580，MC1403，CJ313/336/385，W431)的應(yīng)用。

(11)抗干擾的實(shí)施：采取必要的抗干擾措施是保證單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的重要環(huán)節(jié)。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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