另外,可以采用隔离放大器、光耦器件抗输入设备、输出设备与系统之间的地线干扰;采用差分放大器抗共模干扰;采用平滑滤波器抗白噪声干扰;采用屏蔽手段抗辐射干扰等。
最后,应注意在系统硬件设计时,要尽可能充分地利用单片机的片内资源,使自己设计的电路向标准化、模块化方向靠拢。
硬件设计结束后,应编写出硬件电原理图及硬件设计说明书。
软件是单片机应用系统中的一个重要组成部分,在单片机应用系统研制过程中,软件设计部分是工作量最大的,也是最困难的任务。一般计算机应用系统的软件包括系统软件和用户软件,而单片机应用系统中的软件只有用户软件,即应用系统软件。软件设计的关键是确定软件应完成的任务及选择相应的软件结构。
软件设计通常分作系统定义、软件结构设计和程序设计等三个步骤,图11.3给出了软件设计的流程图。
系统定义的目的就是根据系统软、硬件的功能分工,确定出软件应完成什么功能,其具体步骤如下。
①定义说明各输入/输出口的功能,确定信息交换的方式、与系统接口方式、所占口地址、读取和输出方式等。比如在编写作为实现控制功能的软件时,应明确控制对象、控制信号及控制时序;作为实现处理功能的软件应明确输入是什么、要做什么样的处理(即处理算法)、产生何种输出。
②在程序存储器和数据存储器区域中,合理分配存储空间,其中包括系统主程序、常数表格、数据暂存区域、堆栈区域和入口地址等。
③对面板控制开关、按键等输入量以及显示、打印等输出量也必须给予定义,以此作为编程依据。
④针对可能出现的由干扰引起的错误进行容错设计,给出错误处理方案,以达到提高软件可靠性的目的。一种最简单的错误处理就是软件引导重新启动系统。
⑤明确所设计的用户程序应达到的精度、速度指标。比如,程序中数据字长选择为几位,每段程序及整个程序的运行时间是多少。对于过程控制,速度指标是主要的;对于事务处理,精度指标显得更加重要。软件设计的结果不仅要完成预定的任务,而且要满足系统精度与速度等指标的要求。
软件结构设计与程序设计技术密切相关,合理的软件结构是设计单片机应用系统的基础,它能使CPU有条不紊地对各个相对独立的任务进行处理。
对于简单的应用系统,通常使用中断方法分配CPU的时间,指定哪些任务由主程序完成,哪些任务由中断服务程序完成,并指定各中断的优先级。
对于复杂的实时控制系统,应采用实时的多任务操作系统,这种系统要求对多个对象同时进行实时控制,要求对各个对象的实时信息以足够快的速度进行处理并做出快速响应。这时就要提高系统的实时性和并行性。为了达到这个目的,实时多任务操作系统应具备任务调度、实时控制、实时时钟、输入输出和中断控制、系统调用、多个任务并行运行等功能。
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