单片机应用系统硬件设计应该考虑哪些问题? - 单片机/处理器 - m5彩票
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发表于 2017-11-13 10:06:00 |只看该作者 |倒序浏览

(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(LEDLCD)、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(78хх系列、79хх系列)、精密电源(AD580,MC1403,CJ313/336/385,W431)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。


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