单片机系统的设计方法

现阶段，单片机系统在军事、民用、工业产品中的应用越来越广泛.其硬件实现的功能是由软件来完成，体积小巧、功能丰富、智能化程度高，而单片机最为显著的特点是进行数据采集由于各个产业的急速发展，数据采集技术也得到迅猛发展，因此单片机数据采集技术也已成为一种广泛实用的电子技术。随着数字化技术的不断发展，数据采集技术也呈现出速度更快、通道更多、数据量更大的发展趋势。数据采集是工业生产中十分重要的环节，只有对生产现场有关的信号进行检测才能判断生产过程是否正常，是否符合控制要求，才能充分发挥计算机的特点。本文对单片机系统的实际要求做了以下介绍。

系统设计

1.单片机的硬件系统是由单片机、A/D转换器和显示驱动电路等组成。一般在硬件电路设计完成时，应选择标准化、模块化的典型电路和符合单片机应用系统的常规电路在系统中.相关器件以及相关电路一定要做到性能匹配.当外接电路较多时.还应考虑驱动能力。在硬件设计中.必不可少的是可靠性和干扰性.这与自身的硬件系统有关.因此应认真对待。

2.针对于硬件的电路总体设计和各部分电路的组成.系统软件可分为数据采集、数据显示、数据传输和数据存储这4个基本功能。软件系统包括主程序、系统监控、定时/中断等子程序。

主程序为整个通用数据采集系统的主体部分.它由若干个模块组成：自检与初始化模块、MD转换程序模块、显示驱动模块、监控程序模块、按键程序模块、数据上传通讯模块、数据定时存储模块。其中有些模块还包含有子模块，使用时下一级模块被高一级模块调用，各部分既相互独立.又相互联系主程序首先是系统初始化.当运行正常后.进入数据采集软件的主程序运行.使用默认配置参数来设定系统的采集通道数，完成数据采集、数据显示、数据传输及数据定时存储等基本功能

单片机系统的性能指标和加密技术

硬件系统的干扰就是防和抗的概念.即消除和抑制干扰源：降低系统对干扰信号的敏感性;切断干扰对系统的耦合。而相应的措施有隔离、屏蔽、接地、提高信噪比、滤波以及电压保护等软件抗于扰主要是通过软件的合理编制降低单片机系统对干扰的灵敏度。解决的技术有指令冗余技术、软件陷阱技术、“看门狗”技术、数字滤波技术等方法。

2.可靠性。 系统可靠性的关键在于系统本身对运行过程中出现的各种干扰信号及直接来自于系统外部的干扰信号能否进行有效地抑制.有缺陷的系统往往运行过程中采取的措施不足，对可能出现的潜在问题考虑欠佳.当干扰信号真正来临的时候，系统就可能陷人困境因此.可靠性的设计应从避错、容错、合理性、环境适应性等这几方面进行设计。

单片机硬件系统硬件可靠性设计的途径主要有三种：选用高可靠的元器件.这是从硬件本身设计开始着手.从硬件生产步骤上提高可靠性：提高系统设计的合理性.这则是对各类器件的速度、电平、温度性能和可靠等级进行匹配.并且选用合理的选用系统时钟和合理布局.以此提高系统合理性。针对人一环境特性采取相应的可靠性措施.这一点是从人为因素以及环境因素两方面分别采取不同措施提高系统相应的抗干扰措施软件可靠性设计则也是通过提高系统的合理性和针对人一环境特性采取可靠性措施.它的解决方法与提高系统抗干扰性有一定程度上的类似。

3.加密技术。 随着单片机应用领域的不断扩展.产品市场不断扩大.为了确保技术的保密问题.加密技术的开发变成了一项必不可少的工作加密的目的就是为了保护新产品的核心技术.基本原则是采取可行性的办法增加难度.防止原理被测试和软件被修改及仿制.以此来保护产品不被仿制或者减少被仿制的可能。

加密分硬件加密和软件加密两项硬件的加密中心思想是使硬件电路核心部分不能破译因此可以采用总线烧毁法、总线置乱法、RAM替代法、用GAL器件对EPROM中的软件进行加密.以及采用多单片机结构来解决加密的问题软件加密的思想则是通过对程序和数据进行处理.具体的有插入多条跳转指令降低程序可读性、在程序模块之间插入一些加密字节.并且采用模块化的设计方法。

综上所述，单片机系统应满足不同的实用功能.不仅对系统的应用环境要进行细致地了解。而且在系统前端信号的采集和控制输出时不能有丝毫差错只有建立一个可靠的单片机系统，才能为数据采集及处理提供好的应用环境。因此，单片机系统的安全可靠地运行是一项至关重要的工作。

单片机系统硬件调试方法

单片机的系统硬件调试，通常有静态调试和动态调试两种不同，前者是通过目测、万能表测试、加电检查、联机检查的方法，在加电于样机之前.对样机的型号规格，以及安装要求等进行核对，同时检查电源系统.防止极性错误情况和电源短路情况的出现，同时对系统总线的重点检查后者则是在开发系统的基础上.利用开发系统的人机界面.访问和控制用户系统各个部分的电路.以找出系统运行过程中存在的问题.对故障进行一一排除。因此，单片机的系统硬件调试，需要从硬件的静态调试和动态调试两个角度人手：

单片机系统硬件的静态调试

1、逻辑故障的排除在制板设计和加工的过程中.由于工艺性的错误.单片机容易出现错线、开路和短路的问题。排除这种故障的方法是根据原理图，对照加工印制板.确保原理图和印制板的一致.同时检查电源系统，重点注意是否存在电源短路和极性错误的问题.具体的做法是检查地址、数据和控制总线.该过程可以利用数字万能表进行功能测试。另外，还需要检查元件是否失效.根据设计要求，检查其型号、规格和安装等，确保元件没有烧坏.以及安全无误.该过程可以采用替换法进行排除。

2、电源故障的排除

在通电之前.检查电源电压的辐值和极性，以免损坏集成块，在加电之后.对各个插件上引脚的电位进行检查.检查VCC和GND的电位.一般情况下电位为5-4.8V。如果属于高压通电，则要调试联机仿真器.经检查仿真器失效，则说明系统的集成块已经烧坏。

单片机系统硬件的动态调试

(1)利用示波器和万能表等基本工具，检查信号线的连结状态和时序.以便外围电路出现读写错误。单片机的信号线有多种类型，譬如读信号线、写信号线、时钟信号线、复位信号线等，这些信号线大多数发出脉冲信号.这种信号一般利用示波器观测.但观测效果并不佳，笔者认为要利用软件编程的方法.检测出译码片选信号.具体的做法将地址送人DPTRHE和将译码地址外RAM中的内容送入ACC，同时进行适当延时和循环.再利用示波器观测引出脚.非错误状态时存在周期性的负脉冲波形.否则表示译码信号存在错误。这种方法适用于电平类信号的测试.复位信号用示波器即可。

(2)在断电情况下，将所有的元器件插上，并连接在线仿真器和系统.然后打开电源和启动在线仿真器.进行在线仿真调试。在调试过程中.经常出现三种故障.第一种是通电之后，电源的指示灯不亮，以及电位系数为零.此时可以用万能表检测电源的插座。如果发现存在虚焊问题.对其进行重新焊接之后，再接人电源，发现指示灯正常亮起，说明电位已经开始趋于正常：第二种是3O脚用示波器进行检测.输出的时钟频率非常弱.此时则要检查3O脚是否接高电平.如果没有.则要进行重新焊接.直到稳定输出时钟脉冲;第三种是键盘按下之后，蜂鸣器不会发声，可以通过更换蜂鸣器.检查是否损坏。

(3)在启动定时功能之后.定时功能通过数码管提示。如果数码管上小数点管脚被烧坏.则可通过更换LED显示器.如果小数点显示仍然不正常，则要进行软件调试。语音模块的调试.要用逻辑电路调试，检查时钟芯片是否正常工作.如果掉电后不能够保存时钟的数据.则表示运行不正常.要求更换时钟芯片的电池。

(4)辅助交流电源漏电流检测保护装置应用的要求是.借助电流传感器.将电压传输并在液晶上显示.其中分为输入电流和输出电流两路漏电装置设计的方案是将微电流互感器配置在辅助电流上.以便检测时候显示具体的漏电流.同时设置漏电流的保护值.确定具体的保护信号。漏电保护装置的总体结构是由电流采样电流、电源模块、串行通信构成单片机.并提供数字输出功能、数字输入功能、键盘输入功能、液晶显示功能。漏电保护装置设置在机车上，可以显示漏电流量，并比较漏电流质和存储保护值，作为外部继电报警的依据。除此之外.我们还需要根据机车系统的扩展升级需求.选择合适型号单片机.其中高速、低功耗、抗干扰是单片机最基本的功能，其外围电路模块有利于抗干扰和保证电路输出输入的安全.而交流采样电路转变正旋交流电压.将信号输入单片机。

结束语

综上所述.单片机的系统硬件调试.包括静态调试和动态调试两种.需要检查元件是否失效.根据设计要求，检查其型号、规格和安装等.确保元件没有烧坏.同时利用软件编程的方法，检测出译码片选信号，具体的做法将地址送入DPTRHE和将译码地址外RAM中的内容送入ACC，同时进行适当延时和循环，再利用示波器观测引出脚.以及开发系统的基础上.利用开发系统的人机界面，访问和控制用户系统各个部分的电路，以找出系统运行过程中存在的问题.对故障进行一一排除。

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