單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計應(yīng)該考慮哪些問題？

技術(shù)小白

(1)存儲器擴展：容量需求，在選擇時就考慮到單片機的內(nèi)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(shù)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(yīng)用系統(tǒng)在擴展I/O接口時應(yīng)從體積、價格、負載能力、功能等幾個方面考慮。應(yīng)根據(jù)外部需要擴展電路的數(shù)量和所選單片機的內(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：輸入通道設(shè)計包括開關(guān)量和模擬輸入通道的設(shè)計。開關(guān)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(shè)計要與信號檢測環(huán)節(jié)(傳感器、信號處理電路等)結(jié)合起來，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)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(shè)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(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、擴展接口，有時還涉及軟件的設(shè)計。高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器價格十分昂貴，因而應(yīng)盡量降低對A/D轉(zhuǎn)換器的要求，能用軟件實現(xiàn)的功能盡量用軟件來實現(xiàn)。

(4)輸出通道的設(shè)計：輸出通道設(shè)計包括開關(guān)量和模擬量輸出通道的設(shè)計。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(shè)計：人機界面的設(shè)計包括輸入鍵盤、開關(guān)、撥碼盤、啟/停操作、復(fù)位、顯示器、打印、指示、報警等。輸入鍵盤、開關(guān)、撥碼盤應(yīng)考慮類型、個數(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、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(shù)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(shè)計：單片機應(yīng)用系統(tǒng)往往作為現(xiàn)場測控設(shè)備，常與上位機或同位機構(gòu)成測控網(wǎng)絡(luò)，需要其有數(shù)據(jù)通信的能力，通常設(shè)計為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)計與制作：電路原理圖和印刷電路板的設(shè)計常采用專業(yè)設(shè)計軟件進行設(shè)計，如Protel，OrCAD等。設(shè)計印刷電路板需要有很多的技巧和經(jīng)驗，設(shè)計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(qū)動8個TTL電路，P1～P3口的負載能力為2mA，最多驅(qū)動4個TTL電路。若外接負載較多，則應(yīng)采取總線驅(qū)動的方法提高系統(tǒng)的負載容限。常用驅(qū)動器有：單向驅(qū)動器74LS244，雙向驅(qū)動器74LS245等。

(9)信號邏輯電平兼容性的考慮：在所設(shè)計的電路中，可能兼有TTL和CMOS器件，也有非標(biāo)準(zhǔn)的信號電平，要設(shè)計相應(yīng)的電平兼容和轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)有RS-232，RS-485接口時，還要實現(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)抗干擾的實施：采取必要的抗干擾措施是保證單片機系統(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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