AVR單片機(jī)研究（6）：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)開發(fā)的典型流程

確定單片機(jī)控制系統(tǒng)要完成的任何和具備的功能。撰寫設(shè)計(jì)任務(wù)書，主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)和研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到的要求，要明確提出系統(tǒng)所必須達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，如輸入輸出、功能和性能、價(jià)格、物理尺寸和重量、功耗等。
1.1輸入和輸出
①信號(hào)類型。電信號(hào)和非電信號(hào)；模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。
②數(shù)據(jù)特性。信號(hào)的電特性，如信號(hào)頻率，幅值等。
③設(shè)備類型。指輸入輸出的產(chǎn)生源，如按鍵，ADC,DAC，LED,LCD等
1.2功能和性能
功能多少，性能高低。綜合考慮這兩個(gè)因素，做出平衡。
1.3價(jià)格
生產(chǎn)成本是購(gòu)買系統(tǒng)組件以及安裝組件花銷；工程成本是指人力成本和設(shè)計(jì)過程中的其他成本。
1.4物理尺寸和重量
這個(gè)要依據(jù)使用領(lǐng)域確定，成為硬件選型的一個(gè)重要約束。
1.5功耗
電池供電還是電網(wǎng)供電；散熱和熱噪聲等都是要考慮的對(duì)象。
二 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)方案描述
根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)（設(shè)計(jì)目標(biāo)和一些約束條件），首先提出幾個(gè)可能的方案。每個(gè)方案都要包括測(cè)控系統(tǒng)的工作原理，采用的技術(shù)，關(guān)鍵元器件的性能工藝保證和實(shí)施措施，接下來對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行可行性論證分析。必要時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。最終確定1~2個(gè)性價(jià)比高并且能兼顧設(shè)計(jì)者比較熟悉的技術(shù)以及滿足現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的作為設(shè)計(jì)方案。
2.2繪制工作總框圖
自頂向下的方法將系統(tǒng)的功能進(jìn)行劃分，繪制相應(yīng)的硬件和軟件工作總框圖。將總?cè)蝿?wù)分為子任務(wù)，劃分時(shí)要考慮劃分是否清楚明確以及不同子系統(tǒng)之間的邏輯和控制關(guān)系是怎樣的。
2.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
三種設(shè)計(jì)方法：整版設(shè)計(jì)；分塊式設(shè)計(jì)；積木式設(shè)計(jì)。
2.4設(shè)計(jì)工作的籌備
規(guī)劃設(shè)計(jì)精度和人力安排；安排設(shè)計(jì)場(chǎng)地和所需儀器設(shè)備工具；擬定主要元器件的采購(gòu)和外加工計(jì)劃；預(yù)算設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)。
三 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1元器件選型
3.1.1單片機(jī)選型
單片機(jī)是系統(tǒng)的核心，直接決定了系統(tǒng)的功能和性能，不同的封裝形式也會(huì)影響系統(tǒng)的物理尺寸和重量。因此單片機(jī)的選型主要是考慮性能和封裝。
3.1.2外圍器件的選擇
這些器件主要是外圍存儲(chǔ)器，AD,DA等各種功能器件。選擇原則是：滿足要求的情況下盡量降低成本；盡可能選用集成器件；盡可能用單電源供電的器件；元器件的速度、信號(hào)類型盡量做到匹配；等。
3.2電路設(shè)計(jì)
3.2.1電路設(shè)計(jì)原則
軟硬結(jié)合。有些功能可以軟件硬化或者硬件軟化，要處理好速度和復(fù)雜度得矛盾。
選用典型芯片。促進(jìn)硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。
全面規(guī)劃系統(tǒng)資源。利于進(jìn)行二次開發(fā)，優(yōu)化和擴(kuò)展。
信號(hào)兼容性。接口類型的選擇。
3.2.2電路設(shè)計(jì)的過程
功能劃分。自頂向下劃分功能，提出設(shè)計(jì)方案。
設(shè)計(jì)規(guī)劃。選擇合適的原件，擬定進(jìn)度計(jì)劃，搭建設(shè)計(jì)環(huán)境，制定元器件采購(gòu)方案和預(yù)算。
電路設(shè)計(jì)。繪制原理圖并進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，對(duì)于具體電路要進(jìn)行試驗(yàn)。
制作電路板。功能無誤后，利用EDA生成PCB，送工廠加工。焊接。
電路調(diào)試。分功能調(diào)試，出現(xiàn)問題，必須重新制作PCB版。
軟硬件聯(lián)合調(diào)試。功能驗(yàn)證。
3.3硬件電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
原理圖設(shè)計(jì)。使用Altium Designer Winter 2009。
3.4單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)
3.4.1電源設(shè)計(jì)
電源提供能量，電源的質(zhì)量很大程度上影響到單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)的時(shí)候主要考慮的是電源功耗、電源電壓以及電源管理。
3.4.2系統(tǒng)擴(kuò)展
并行擴(kuò)展；串行擴(kuò)展（IIC,SPI等）；模擬量輸入輸出擴(kuò)展（AD芯片擴(kuò)展）；
3.5硬件可靠性設(shè)計(jì)
內(nèi)部因素：元器件的性能和可靠性；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。
外部因素：?jiǎn)纹瑱C(jī)所處的環(huán)境，如電磁的，空間的輻射，機(jī)械的等。
提高元器件的可靠性：盡量選用質(zhì)量較好的；盡量選用集成度高的；進(jìn)行一定余量的降額使用；提高插接件的傳輸質(zhì)量；提高PCB版的質(zhì)量。
抗干擾措施：電源噪聲干擾；信號(hào)線耦合干擾；電磁場(chǎng)干擾。
冗余技術(shù)。
四 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1軟件總體設(shè)計(jì)
功能定義。明確設(shè)計(jì)任務(wù)，確定輸入和輸出量的形式，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行何種處理以及判斷處理結(jié)果等。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。將軟件分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。
建立數(shù)學(xué)模型。描述出各個(gè)輸入輸出量之間的關(guān)系，這是影響系統(tǒng)性能好壞的直接因素。
繪制程序流程圖。
4.2程序設(shè)計(jì)
模塊設(shè)計(jì)。整體任務(wù)被分為幾個(gè)獨(dú)立的小模塊，每個(gè)模塊具有一定的功能，承擔(dān)一部分任務(wù)。模塊化的設(shè)計(jì)便于調(diào)試和升級(jí)。
4.3軟件可靠性設(shè)計(jì)
軟件抗干擾設(shè)計(jì)。數(shù)字濾波；指令冗余（防止跑飛）；軟件陷阱；容錯(cuò)設(shè)計(jì)。
五 單片機(jī)系統(tǒng)的仿真
AVR Studio是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，可以進(jìn)行項(xiàng)目管理，程序編譯，程序調(diào)試，程序下載，JTAG仿真等功能。AVR Studio的調(diào)試，可以采用單步，連續(xù)，出發(fā)等多種程序運(yùn)行形式。通過窗口可以清楚的看到各個(gè)寄存器的變化。
proteus可以進(jìn)行軟件功能仿真，支持很多常見的外圍設(shè)備。
六 AVR單片機(jī)程序下載
使用下載工具將編譯通過、調(diào)試正確的程序下載到目標(biāo)單片機(jī)中去。