单片机控制系统的设计与调试方法

高 敏(江苏商贸职业学院,江苏南通,260111)



单片机控制系统的设计与调试方法

高 敏
(江苏商贸职业学院,江苏南通,260111)

摘要：随着我国科学技术的快速发展与进步，单片机控制技术在我国已经得到了十分广泛的应用。该技术的核心技术为单片机控制系统的设计技术，本文通过对单片机控制系统进行了相关的介绍。通过对该系统的软硬件设计以及该系统的构成情况进行分析，并结合相关的实际经验从而总结出更好的调试方法。

关键词：单片机；控制系统；硬件设计；调试方法

随着我国经济实力的不断提升，为科学技术在我国今后的发展提供了强有力的保障。在科学技术日益发展的今天，电路系统逐渐走向了高度集成化，与此同时，相关的科学技术也得到了不断的进步与突破。其中，主要以单片机系统为首的技术发展速度尤为明显，其不仅在极大程度上节约了经济成本，同时也促进了集成电路的发展与普及。

1 单片机控制系统的概念

CPU作为整个单片机控制系统的核心内容，其在整个系统中起到了一定的主导作用，通过将CPU进行强化与升级，有效的促进单片机控制系统的生产方式转变的更为便捷。因此，对单片机控制系统进行设计是整个过程中最为关键性的环节，在该环节中需要精细的进行方案设计，同时还需要选择出适合的单片机以及变送器。在相关参数检测构件的同时还需要进行建模以及设计部署等，通过将软硬件的系统设计科学有效的完成以后才可以进行系统调试工作。在整个单片机控制系统的设计过程中，一定要对相关的硬件设备足够的了解后，进行相关的软件的设计，从而可以对控制对象的数学模型进行更深层次的探究与分析。

2 单片机系统总体设计方案

在进行系统的总体设计之前应当对被控对象的具体情况进行充分与全面的了解，是否对被控对象已经充分的了解与总体设计方案有着直接的影响。系统设计总方案的设计方法有许多种，其可以根据实际的需求来选择控制系统的种类，其中主要种类有闭环系统与开环系统。在控制系统当中，检测元件将对整个单片机控制系统的精度有着十分重要的作用，在通常情况下应当对测量元件做出合理的选择从而确保所测量参数的准确性。执行机构作为整个控制系统最为重要的部分之一，对其进行设计的时候不仅需要考虑控制算法、同时也应当与实际的需求相结合。

3 单片机软硬件设计

3.1 单片机系统的硬件设计

单片机的集成度较高，并且其内部含有储存器以及I/O控制线等，尽管如此，进行接口扩展环节仍然是需要重点关注的。其中想要扩展单片机的结构主要有两种方案。第一种为购买成品接口板，这种方案的主要系统结构主要为核心系统、时钟电路、地址译码器、I/O接口设计、输入、显示器等构成。第二种为根据控制系统的需求，这种扩展方法需要采用适合的芯片来进行设计。

3.2 单片机系统的软件设计

软件系统作为整个系统中最为重要的部分，其在一定程度上起到了执行机构的作用效果。在单片机的控制系统中，软件的设计通常会分为2种，分别为系统软件的设计与应用软件的设计。系统软件功能为管理单片机系统的整个过程，在对系统软件进行设计的过程中应当保证软件系统的稳定性。在设计的时候应当注意软件与硬件系统的匹配性与统一性，系统软件主要有：管理功能、DISPLAY等，系统软件作为控制整个系统的最为核心的程序，对于单片机控制系统起到关键性的作用，加强软件功能的设计与开发可以有效的减小硬件成本的投入，从而节约成本。

在进行软件设计的过程中，主要需要考虑以下几个方面：

3.2.1软硬件设计的统一性与可靠性

在对单片机系统进行设计的过程中，一般来讲对于同一个功能的实现，不仅可以使用软件来实现，同样可以用硬件实现。通常情况下，会尽可能的应用软件来实现功能从而达到节约经费的目的。如果要求该系统具有较强的实时性的话，可以通过硬件来实现该功能，对于某些计算量相对较大的系统或者较为复杂的计算而言，可以应用高级语言进行程序的编写。

单片机系统一般会设计出一个自诊断程序，方便可以每时每刻的对单片机系统进行诊断工作。在某些特定的要求可靠性高的环境中，应当适当的设计门狗电路与软件陷阱等，从而可以有效的防止程序运行出错等状况的发生。

3.2.2应用软件所具备的特点

应用软件所具备的特点有实时性，系统属于实时控制系统，因此对软件的执行速度有特定的要求，也就是说软件应当在一定的周期内完成处理、计算等相关操作。在进行程序设计的过程当中，为了尽可能的节约内存与增强适应能力，这便要求改程序具备通用性的特点，所以在选择模块结构的过程中，应当尽可能的将共用程序通过子程序编写出来。

4 如何调试单片机控制系统

对于系统调试主要可以分为两大类型，分别为软件调试与硬件调试，在硬件调试过程中，主要是对设计工艺中所存在的硬件故障进行排查的工作，同时，在设计过程之中所存在的错误也属于硬件调试的排查范围内。软件系统调试的主要目的为确定目标代码的准确性，只有目标代码正确才能够使得系统得以正常的运行。通过将软硬件系统有效的调节之后才可以使得两者得以顺利的配合，并利用仿真技术从而使得软硬件系统配合的更加密切。

4.1 硬件调试

调试的主要目的是为了可以有效的解决与排除所出现的问题，其中主要包含的错误可分为工艺性故障以及设计性错误两种。通过以设计原理为主要的依据做好相应的实验样机从而进入对硬件进行调试的阶段。

通常硬件电路的调试顺序为：首先应当对CPU中的时钟电路进行合理的检查，其次对ABUS/DBUS的分时复用功能进行科学的调试，同时也应当对I/O地址适配器进行故障的排查。最后还应当对终端用户的I/O设备进行调试。

4.2 仿真调试

通过对仿真机上的仿真插头进行调试从而查看各电路是否以及达到了设计所要求的条件。由于该工作内容属于经验性相对较强的工作，因此通常来讲，想要一次性将样机制做完成几乎是不可能的，基本均是需要对样机进行调试的。较为普遍的调试方法为：首先可以将软件进行先编调试，然后对电路系统的设计进行逐一的检查与调试性的工作，最后为对MONITOR进行调试工作。

软件的调试方法可根据设备的实际情况而定，主要的调试方法分别有：交叉汇编调试法、手工汇编等。通过以上几种方法进行调试之后，便可通过写入器从而快速的在EPROM中录入目标代码，从而使得单片机系统可以正常的运行。对软硬件进行仿真调试可以有效的找出软硬件之间所存在的不匹配的地方，并通过反复的调试从而构成机器，然后进行下一步的调试工作。

5 总结

随着单片机控制技术在我国得到了越来越广泛的应用，因此，单片机控制技术对相关的设计人员来讲，只有真正的明白了该系统的组成原理，才能对软硬件与系统进行更好的调试。通过与相关的工作经验相结合从而对调试方法进行一定的改进工作是具有一定必要性的。随着单片机在我国的市场中占有越来越重要的地位，其逐渐受到了社会各界的关注。单片机技术作为至关重要的设计环节，应当严格要求相关设计人员做好各个环节的准备工作。

参考文献

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Design and debugging method of single chip microcomputer control system

Gao Min
(Jiangsu business Career Academy,Nantong,Jiangsu,260111)

Abstract：With the rapid development and progress of science and technology in China,SCM control technology has been widely used in our country.The core technology of this technology is the design technology of the single chip microcomputer control system.Through the analysis of the hardware and software design of the system and the composition of the system,and combined with the relevant practical experience to summarize the debugging method better.

Keywords：single chip microcomputer;control system;hardware design;debugging method