1.4 单片机系统功能及应用

单片机应用系统是以单片机为核心，能满足使用要求并在使用环境中可靠地实现预订功能的产品系统。典型的单片机应用系统框图如图1-1所示。

1.4.1 单片机系统硬件开发原理

单片机硬件开发主要包括设计系统的电路原理图，绘制印刷电路板（PCB板）、印刷板的焊接与测试。

系统原理图的设计是单片机硬件开发中最重要的一步，原理图中存在的缺陷将对整个设计产生影响。一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如RAM、ROM、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等，容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路；二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。

系统的扩展和配置设计应遵循下列原则。

（1）尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。

（2）系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。

（3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，其响应时间比直接用硬件实现要长，而且占用CPU时间。因此，选择软件方案时，要考虑到这些因素。

（4）整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配，例如选用晶振频率较高时，存储器存取时间有限，应该选择允许存取速度较高的芯片；选择CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统的所有芯片都应该选择低功耗的产品。

（5）可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分，包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线，通道隔离等。

（6）单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，解决的办法是增加驱动能力，增设线驱动器或减少芯片功耗，降低总路线负载。

1.4.2 单片机系统软件开发原理

单片机系统软件是根据系统功能要求设计的，应可靠地实现系统的各种功能。优秀的系统软件开发应遵循以下原则。

（1）软件结构清晰、简捷、流程合理。

（2）各功能程序实现模块化、子程序化，这样既便于调试、链接，又便于移植、修改。

（3）程序存储区、数据存储区规划合理，既能节约内存容量，又使操作方便。

（4）运行状态实现标志化。各个功能程序运行状态、运行结果以及运行要求都设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、控制都可通过状态标志条件来控制。

（5）经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改“痕迹”。规范化的程序便于交流、借鉴，也为今后的软件模块化、标准化打下了基础。

（6）全面实现软件抗干扰设计。软件抗干扰是计算机应用系统提高可靠性的有力措施。

（7）为了提高运行的可靠性，在应用软件中设置自诊断程序，在系统工作运行前先运行自诊断程序，用以检查系统各特征参数是否正常。

1.4.3 单片机系统应用领域

由于单片机具有体积小、功耗低、可靠性高、控制功能强等特点，它在下述的各个领域得到广泛的应用。

1.智能仪器仪表

随着单片机的广泛应用，各类仪器、仪表的自动化、智能程度越来越高，利用单片机提高仪器、仪表的精度和准确性，简化结构，缩小体积，降低成本，方便携带，并迅速向数字化、智能化、多功能化、快速化等方向发展。

2.家电消费类产品

由于单片机的诸多特点，特别是价廉的特点，使之越来越广泛地应用到民用消费类电子产品中，例如，各种电动玩具、电视机、电冰箱、洗衣机、录像机等家电的控制，都少不了单片机的作用。

3.工业测控系统

单片机I/O线多，具有丰富的位指令，特别适用于实时控制。其作用包括数据采集、过程控制、测控技术等诸多方面。

4.通信技术

调制解调、程控交换、智能线路运行控制、各类通信设备等，都选用单片机实现数字化、自动化、智能化。

5.各种机器人

近年来各种机器人，特别是工业机器人发展迅速。而指挥、控制机器人协调工作的核心是单片机。

6.汽车、航空和武器装备

汽车中的点火装置、变速器、计价器，民航飞机中的航空仪表及其管理，武器装备等，都普遍应用各类单片机，以迅速提高自动化、智能化、快速化的能力。

7.数据处理及终端设备

计算机网络终端、银行终端，以及计算机外部设备、图文传真机、硬盘驱动器、打印机等，都选用单片机进行管理与控制。