单片机控制系统的设计与调试方法初探

福建农林大学，福建福州，350001

摘 要：随着科学技术的不断发展，单片机控制技术的相关研究已经渐趋成熟，在很多的应用领域都取得了非常好的效果。本文首先介绍单片机控制系统的概念，然后介绍单片机系统的设计方案，其次介绍单片机软硬件设计，最后说明如何调试单片机控制系统。

关键词：单片机；控制系统；硬件设计；调试方法

引言

自从改革开放以来，中国的经济实力不断提升，经济水平持续攀升，为科研机构提供了足够的研发资金，科研人员不断发展科技水平，尤其在电路系统方面，中国的进步是非常明显的，单片机可控制系统的研发和完善就是代表之一，为集成电路的发展奠定了基础，并在一定程度上节约了经济的成本。

1内涵

在单片机控制系统当中，最重要的组成部分就是CPU，人们通过研究发现，对CPU进行升级，保证CPU的工作效率能夠在很大程度上让生产方式变得更加便捷。对单片机工作系统进行设计是非常重要的步骤，在设计的过程中应当考虑到多方面的综合因素，对于变送器和单片机等设备也要进行了解和筛选，只有合适的变送器和单片机才能让单片机系统运转更高效。系统的软件和硬件方面也要根据已经存在的科学依据进行设计，在设计完成之后，还应当进行调试的工作，在此期间可能会出现很多原本设计当中未曾想到的问题，再进行不断完善和修改。

随着科学技术的不断发展，目前硬件设备的种类是非常多的，但是各种硬件设备之间有很多的区别，在进行单片机控制系统的设计过程当中，应当先对软件的一些性能有一定的预想，并在此基础上提选合适的硬件设备，硬件设备在很大程度上会影响整体的运行效率，一旦硬件设备选择不当，还可能会导致一些软件不能运行，因此在选择硬件设备方面应当做足功课，了解各种硬件设备的长处和短处，对于一些软件的特殊要求，尽可能的提前考虑清楚，保证选择的硬件设备不会成为限制的条件。

2设计方案

在进行设计之前，应当对设计的要求有一个整体上的把控，这就需要对被控对象进行调查和分析，了解被控对象的一些基本特点，以及控制技术应当满足的一些基本的要求，只有这样才能保证设计的方案是符合实际要求的。单片机控制系统的设计方案实际上有很多种，不同的设计方案有不同的特点，我们要在明确了设计要求的基础上，对不同的设计方案进行选择。

在制造单片机控制系统的过程当中，检测元件是非常重要的一部分，当选择合理的检测元件时，能够保证测量出来的参数的准确性，而且单片机控制系统在工作过程中的精准度也有了保证。

因为不同的现实环境有不同的要求，因此对现实环境的观察和分析是非常重要的，执行机构是单片机控制系统中非常重要的部分，在设计执行机构的过程当中有很多算法等方面的基本要求，在满足这些基本要求的基础上，还要满足现实环境的具体要求，实际上很多执行机构在最基本的原理方面并不存在任何的问题，但是在实际工作的过程中，和一些基本的现实条件无法调和，最终导致单片机控制系统运转不够高效。

3软件与硬件的设计

通过上述对单片机控制系统在总体上的设计方案的介绍之后，可以发现单片机控制系统实际上有很多严明的要求，在设计方案选择正确的基础上，还应当对硬件和软件方面进行设计，只有设计的过程中尽量避免错误才能保证单片机控制系统能高效工作。

3.1硬件设计

实际上单片机内部有储存器，还有一些控制线等等，可以说单片机的集成度是非常高的，但是接口扩展是单片机硬件设计当中非常重要的一部分。目前来说想要扩展单片机的结构，一般有两种方式是比较有效的，一种是直接买成品的接口板，需要对系统的结构进行观察和分析，可以采用这种方式直接购买成品的接口板；第二种是根据控制系统的需求，要设计合适的芯片才能进行扩展。两种扩展的方式各有优势，可是却有基本条件的限制，因此在选择的过程当中，应当充分考虑现实环境的限制条件，然后选择合理的扩展方式。

3.2软件设计

在单片机控制系统当中，软件系统是非常重要的角色之一，软件系统在很多方面起到了执行机构的作用，因此软件设计是非常重要的环节。系统软件设计是软件设计的一种，系统软件往往是整个系统的管理者，因此对于系统软件来说，在设计的过程当中保证软件的稳定性是非常重要的，而且对于系统软件来说还应当考虑到和硬件设施的匹配性，一些硬件设施会对系统的软件有一定的约束性，因此在设计系统软件的过程当中，应当对目前已经选定的硬件设备进行了解和查看，对于一些对硬件要求非常高的部分，更应当提前核实，避免发生两者不统一的情况。

一般来说单片机系统在设计的阶段会加入自诊断程序，自诊断程序能够对单片机系统进行诊断，查看目前是否存在一些运转上的问题，当发现问题的时候，会及时告诉给管理人员，管理人员根据诊断的说明寻找出现问题的根源，并及时解决这些问题，当工作人员能够提前解决这些潜在的问题，就能够有效避免单片机控制系统出现错误的情况，进而保证单片机程序能够正常工作。

在一些工作的环境当中，对单片机控制系统有很高的要求，因此在这样的情况当中，可以根据一些条件的要求设计门狗电路，门狗电路能够在一定程度上保证单片机控制系统处于安全的工作状态。

4调试方法

对单片机控制系统进行调试的方法，主要有两种，一种是硬件调试，在工作的过程当中硬件可能会发生一些故障的情况，或者在一开始设计的阶段当中就存在一些问题，这些问题都会导致单片机控制系统不能正常工作，可以通过硬件调试的方法，进行排查和解决；另一种是软件调试，当目标代码出现不准确的时候，系统是不能够进行正常工作的，因此应当保证目标代码的准确性，软件系统调试能够有效解决这一问题。

在单片机控制系统当中硬件和软件本身能够完成自身的工作，并且在经过硬件调节和软件调节之后，让两者能够进行合理的配合，让单片机控制系统更加高效地进行工作，实际上软件和硬件的配合程度在很大程度上决定了单片机控制系统的工作效率，因此为了能够让两者的工作更加配合，引入仿真技术，仿真调试能够让两者的合作更加合拍，让单片机系统的工作更加顺利。

4.1硬件调试

当单片机控制系统在工作的过程当中出现一些问题的时候，可以进行硬件调试，硬件调试能够解决这些问题，通过对设计原理的理解，可以对单片机控制系统有更加深层次的把控，可以做出相应的实验样机，对实验样机进行硬件调试是硬件调试的方法。

4.2仿真调试

仿真机上都有仿真插头，对仿真插头进行调试就可以对其中的电路工作情况有一个大概的了解，还能将一些内部的具体情况和设计方案进行对比。想要将样机制作得非常全面是不太可能的，在短时间内需要对样机进行调试，因此，这需要工作人员有较强的经验性。

首先对软件进行先编调试，然后针对电路系统的设计，开始仔细认真的检查和调试，最后对MONTOR调试。

5结语

本文主要分为四个部分，首先简单介绍了单片机控制系统的内涵，了解单片机控制系统，然后介绍了单片机系统的设计方案，是在比较宏观的角度，介绍的总设计方案，然后详细介绍了单片机硬件和软件上的设计方案，最后说明了如何调试单片机控制系统，在调试的过程中，不仅要注重硬件调试和软件调试，还应当注重硬件和软件之间的配合工作，因此引入仿真调试，希望能够为单片机控制系统的设计和调试方法上提供新的思考方向。

参考文献：

[1]张永峰. 基于Motorola MC68HC08系列单片机演示系统的设计与实现[D].苏州大学，2004.

[2]郑惠芳. 单片机报时时钟控制系统的一种设计方法[J]. 福建广播电视大学学报，2005，06：63-65.

[3]李靖. 单片机控制系统可靠性硬件设计方法探讨[J]. 辽宁省交通高等专科学校学报，2012，01：29-31.

作者简介：

姚恺涵/男/1995年生/福建龙海人/本科