单片机硬件系统在设计时应该考虑的几个问题

只看该作者 · 2019-1-31 09:33

(1) 存储器扩展：

容量需求，在选择时就考虑到单片机的内部存储器资源，如能满足要求就不需要进行扩展，在必须扩展时注意存储器的类型、容量和接口，一般尽量留有余地，并且尽可能减少芯片的数量。

选择合适的方法、ROM和RAM的形式，RAM是否要进行掉电保护等。

(2) I/O接口的扩展：

单片机应用系统在扩展I/O接口时应从体积、价格、负载能力、功能等几个方面考虑。应根据外部需要扩展电路的数量和所选单片机的内部资源(空闲地址线的数量)选择合适的地址译码方法。

(3) 输入通道的设计：

输入通道设计包括开关量和模拟输入通道的设计。开关量要考虑接口形式、电压等级、隔离方式、扩展接口等。

模拟量通道的设计要与信号检测环节(传感器、信号处理电路等)结合起来，应根据系统对速度、精度和价格等要求来选择，同时还需要和传感器等设备的性能相匹配，要考虑传感器类型、传输信号的形式(电流还是电压)、线性化、补偿、光电隔离、信号处理方式等.

还应考虑A/D转换器的选择(转换精度、转换速度、结构、功耗等)及相关电路、扩展接口，有时还涉及软件的设计。高精度的模数转换器价格十分昂贵，因而应尽量降低对A/D转换器的要求，能用软件实现的功能尽量用软件来实现。

(4) 输出通道的设计：

输出通道设计包括开关量和模拟量输出通道的设计。开关量要考虑功率、控制方式(继电器、可控硅、三极管等)。

模拟量输出要考虑D/A转换器的选择(转换精度、转换速度、结构、功耗等)、输出信号的形式(电流还是电压)、隔离方式、扩展接口等。

(5) 人机界面的设计：

人机界面的设计包括输入键盘、开关、拨码盘、启/停操作、复位、显示器、打印、指示、报警等。输入键盘、开关、拨码盘应考虑类型、个数、参数及相关处理(如按键的去抖处理)。

启/停、复位操作要考虑方式(自动、手动)及其切换。

显示器要考虑类型(LED，LCD)、显示信息的种类、倍数等。此外还要考虑各种人机界面的扩展接口。

(6) 通信电路的设计：

单片机应用系统往往作为现场测控设备，常与上位机或同位机构成测控网络，需要其有数据通信的能力，通常设计为RS-232C、RS-485、红外收发等通信标准。

(7) 印刷电路板的设计与制作：

电路原理图和印刷电路板的设计常采用专业设计软件进行设计，如Protel，OrCAD等。

设计印刷电路板需要有很多的技巧和经验，设计好印刷电路板图后应送到专业化制作厂家生产，在生产出来的印刷电路板上安装好元件，则完成和制作。

(8) 负载容限的考虑：

单片机总线的负载能力是有限的。如MCS-51的P0口的负载能力为4mA，最多驱动8个TTL电路，P1～P3口的负载能力为2mA，最多驱动4个TTL电路。

若外接负载较多，则应采取总线驱动的方法提高系统的负载容限。常用驱动器有：单向驱动器74LS244，双向驱动器74LS245等。

(9) 信号逻辑电平兼容性的考虑：

在所设计的电路中，可能兼有TTL和CMOS器件，也有非标准的信号电平，要设计相应的电平兼容和转换电路。

当有RS-232，RS-485接口时，还要实现电平兼容和转换。常用的集成电路有MAX232，MAX485等。

(10) 电源系统的配置：

单片机应用系统一定需要电源，要考虑电源的组数、输出功率、抗干扰。要熟悉常用三端稳压器、精密电源的应用。

(11) 抗干扰的实施：

采取必要的抗干扰措施是保证单片机系统正常工作的重要环节。它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。