福建農(nóng)林大學，福建福州，350001

摘 要：隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機控制技術(shù)的相關(guān)研究已經(jīng)漸趨成熟，在很多的應(yīng)用領(lǐng)域都取得了非常好的效果。本文首先介紹單片機控制系統(tǒng)的概念，然后介紹單片機系統(tǒng)的設(shè)計方案，其次介紹單片機軟硬件設(shè)計，最后說明如何調(diào)試單片機控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：單片機；控制系統(tǒng)；硬件設(shè)計；調(diào)試方法

引言

自從改革開放以來，中國的經(jīng)濟實力不斷提升，經(jīng)濟水平持續(xù)攀升，為科研機構(gòu)提供了足夠的研發(fā)資金，科研人員不斷發(fā)展科技水平，尤其在電路系統(tǒng)方面，中國的進步是非常明顯的，單片機可控制系統(tǒng)的研發(fā)和完善就是代表之一，為集成電路的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，并在一定程度上節(jié)約了經(jīng)濟的成本。

1內(nèi)涵

在單片機控制系統(tǒng)當中，最重要的組成部分就是CPU，人們通過研究發(fā)現(xiàn)，對CPU進行升級，保證CPU的工作效率能夠在很大程度上讓生產(chǎn)方式變得更加便捷。對單片機工作系統(tǒng)進行設(shè)計是非常重要的步驟，在設(shè)計的過程中應(yīng)當考慮到多方面的綜合因素，對于變送器和單片機等設(shè)備也要進行了解和篩選，只有合適的變送器和單片機才能讓單片機系統(tǒng)運轉(zhuǎn)更高效。系統(tǒng)的軟件和硬件方面也要根據(jù)已經(jīng)存在的科學依據(jù)進行設(shè)計，在設(shè)計完成之后，還應(yīng)當進行調(diào)試的工作，在此期間可能會出現(xiàn)很多原本設(shè)計當中未曾想到的問題，再進行不斷完善和修改。

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，目前硬件設(shè)備的種類是非常多的，但是各種硬件設(shè)備之間有很多的區(qū)別，在進行單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計過程當中，應(yīng)當先對軟件的一些性能有一定的預(yù)想，并在此基礎(chǔ)上提選合適的硬件設(shè)備，硬件設(shè)備在很大程度上會影響整體的運行效率，一旦硬件設(shè)備選擇不當，還可能會導(dǎo)致一些軟件不能運行，因此在選擇硬件設(shè)備方面應(yīng)當做足功課，了解各種硬件設(shè)備的長處和短處，對于一些軟件的特殊要求，盡可能的提前考慮清楚，保證選擇的硬件設(shè)備不會成為限制的條件。

2設(shè)計方案

在進行設(shè)計之前，應(yīng)當對設(shè)計的要求有一個整體上的把控，這就需要對被控對象進行調(diào)查和分析，了解被控對象的一些基本特點，以及控制技術(shù)應(yīng)當滿足的一些基本的要求，只有這樣才能保證設(shè)計的方案是符合實際要求的。單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計方案實際上有很多種，不同的設(shè)計方案有不同的特點，我們要在明確了設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，對不同的設(shè)計方案進行選擇。

在制造單片機控制系統(tǒng)的過程當中，檢測元件是非常重要的一部分，當選擇合理的檢測元件時，能夠保證測量出來的參數(shù)的準確性，而且單片機控制系統(tǒng)在工作過程中的精準度也有了保證。

因為不同的現(xiàn)實環(huán)境有不同的要求，因此對現(xiàn)實環(huán)境的觀察和分析是非常重要的，執(zhí)行機構(gòu)是單片機控制系統(tǒng)中非常重要的部分，在設(shè)計執(zhí)行機構(gòu)的過程當中有很多算法等方面的基本要求，在滿足這些基本要求的基礎(chǔ)上，還要滿足現(xiàn)實環(huán)境的具體要求，實際上很多執(zhí)行機構(gòu)在最基本的原理方面并不存在任何的問題，但是在實際工作的過程中，和一些基本的現(xiàn)實條件無法調(diào)和，最終導(dǎo)致單片機控制系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不夠高效。

3軟件與硬件的設(shè)計

通過上述對單片機控制系統(tǒng)在總體上的設(shè)計方案的介紹之后，可以發(fā)現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)實際上有很多嚴明的要求，在設(shè)計方案選擇正確的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當對硬件和軟件方面進行設(shè)計，只有設(shè)計的過程中盡量避免錯誤才能保證單片機控制系統(tǒng)能高效工作。

3.1硬件設(shè)計

實際上單片機內(nèi)部有儲存器，還有一些控制線等等，可以說單片機的集成度是非常高的，但是接口擴展是單片機硬件設(shè)計當中非常重要的一部分。目前來說想要擴展單片機的結(jié)構(gòu)，一般有兩種方式是比較有效的，一種是直接買成品的接口板，需要對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行觀察和分析，可以采用這種方式直接購買成品的接口板；第二種是根據(jù)控制系統(tǒng)的需求，要設(shè)計合適的芯片才能進行擴展。兩種擴展的方式各有優(yōu)勢，可是卻有基本條件的限制，因此在選擇的過程當中，應(yīng)當充分考慮現(xiàn)實環(huán)境的限制條件，然后選擇合理的擴展方式。

3.2軟件設(shè)計

在單片機控制系統(tǒng)當中，軟件系統(tǒng)是非常重要的角色之一，軟件系統(tǒng)在很多方面起到了執(zhí)行機構(gòu)的作用，因此軟件設(shè)計是非常重要的環(huán)節(jié)。系統(tǒng)軟件設(shè)計是軟件設(shè)計的一種，系統(tǒng)軟件往往是整個系統(tǒng)的管理者，因此對于系統(tǒng)軟件來說，在設(shè)計的過程當中保證軟件的穩(wěn)定性是非常重要的，而且對于系統(tǒng)軟件來說還應(yīng)當考慮到和硬件設(shè)施的匹配性，一些硬件設(shè)施會對系統(tǒng)的軟件有一定的約束性，因此在設(shè)計系統(tǒng)軟件的過程當中，應(yīng)當對目前已經(jīng)選定的硬件設(shè)備進行了解和查看，對于一些對硬件要求非常高的部分，更應(yīng)當提前核實，避免發(fā)生兩者不統(tǒng)一的情況。

一般來說單片機系統(tǒng)在設(shè)計的階段會加入自診斷程序，自診斷程序能夠?qū)纹瑱C系統(tǒng)進行診斷，查看目前是否存在一些運轉(zhuǎn)上的問題，當發(fā)現(xiàn)問題的時候，會及時告訴給管理人員，管理人員根據(jù)診斷的說明尋找出現(xiàn)問題的根源，并及時解決這些問題，當工作人員能夠提前解決這些潛在的問題，就能夠有效避免單片機控制系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤的情況，進而保證單片機程序能夠正常工作。

在一些工作的環(huán)境當中，對單片機控制系統(tǒng)有很高的要求，因此在這樣的情況當中，可以根據(jù)一些條件的要求設(shè)計門狗電路，門狗電路能夠在一定程度上保證單片機控制系統(tǒng)處于安全的工作狀態(tài)。

4調(diào)試方法

對單片機控制系統(tǒng)進行調(diào)試的方法，主要有兩種，一種是硬件調(diào)試，在工作的過程當中硬件可能會發(fā)生一些故障的情況，或者在一開始設(shè)計的階段當中就存在一些問題，這些問題都會導(dǎo)致單片機控制系統(tǒng)不能正常工作，可以通過硬件調(diào)試的方法，進行排查和解決；另一種是軟件調(diào)試，當目標代碼出現(xiàn)不準確的時候，系統(tǒng)是不能夠進行正常工作的，因此應(yīng)當保證目標代碼的準確性，軟件系統(tǒng)調(diào)試能夠有效解決這一問題。

在單片機控制系統(tǒng)當中硬件和軟件本身能夠完成自身的工作，并且在經(jīng)過硬件調(diào)節(jié)和軟件調(diào)節(jié)之后，讓兩者能夠進行合理的配合，讓單片機控制系統(tǒng)更加高效地進行工作，實際上軟件和硬件的配合程度在很大程度上決定了單片機控制系統(tǒng)的工作效率，因此為了能夠讓兩者的工作更加配合，引入仿真技術(shù)，仿真調(diào)試能夠讓兩者的合作更加合拍，讓單片機系統(tǒng)的工作更加順利。

4.1硬件調(diào)試

當單片機控制系統(tǒng)在工作的過程當中出現(xiàn)一些問題的時候，可以進行硬件調(diào)試，硬件調(diào)試能夠解決這些問題，通過對設(shè)計原理的理解，可以對單片機控制系統(tǒng)有更加深層次的把控，可以做出相應(yīng)的實驗樣機，對實驗樣機進行硬件調(diào)試是硬件調(diào)試的方法。

4.2仿真調(diào)試

仿真機上都有仿真插頭，對仿真插頭進行調(diào)試就可以對其中的電路工作情況有一個大概的了解，還能將一些內(nèi)部的具體情況和設(shè)計方案進行對比。想要將樣機制作得非常全面是不太可能的，在短時間內(nèi)需要對樣機進行調(diào)試，因此，這需要工作人員有較強的經(jīng)驗性。

首先對軟件進行先編調(diào)試，然后針對電路系統(tǒng)的設(shè)計，開始仔細認真的檢查和調(diào)試，最后對MONTOR調(diào)試。

5結(jié)語

本文主要分為四個部分，首先簡單介紹了單片機控制系統(tǒng)的內(nèi)涵，了解單片機控制系統(tǒng)，然后介紹了單片機系統(tǒng)的設(shè)計方案，是在比較宏觀的角度，介紹的總設(shè)計方案，然后詳細介紹了單片機硬件和軟件上的設(shè)計方案，最后說明了如何調(diào)試單片機控制系統(tǒng)，在調(diào)試的過程中，不僅要注重硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，還應(yīng)當注重硬件和軟件之間的配合工作，因此引入仿真調(diào)試，希望能夠為單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試方法上提供新的思考方向。

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作者簡介：

姚愷涵/男/1995年生/福建龍海人/本科