單片機控制系統的設計與調試方法初探

福建農林大學，福建福州，350001

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，單片機控制技術的相關研究已經漸趨成熟，在很多的應用領域都取得了非常好的效果。本文首先介紹單片機控制系統的概念，然后介紹單片機系統的設計方案，其次介紹單片機軟硬件設計，最后說明如何調試單片機控制系統。

關鍵詞：單片機；控制系統；硬件設計；調試方法

引言

自從改革開放以來，中國的經濟實力不斷提升，經濟水平持續攀升，為科研機構提供了足夠的研發資金，科研人員不斷發展科技水平，尤其在電路系統方面，中國的進步是非常明顯的，單片機可控制系統的研發和完善就是代表之一，為集成電路的發展奠定了基礎，并在一定程度上節約了經濟的成本。

1內涵

在單片機控制系統當中，最重要的組成部分就是CPU，人們通過研究發現，對CPU進行升級，保證CPU的工作效率能夠在很大程度上讓生產方式變得更加便捷。對單片機工作系統進行設計是非常重要的步驟，在設計的過程中應當考慮到多方面的綜合因素，對于變送器和單片機等設備也要進行了解和篩選，只有合適的變送器和單片機才能讓單片機系統運轉更高效。系統的軟件和硬件方面也要根據已經存在的科學依據進行設計，在設計完成之后，還應當進行調試的工作，在此期間可能會出現很多原本設計當中未曾想到的問題，再進行不斷完善和修改。

隨著科學技術的不斷發展，目前硬件設備的種類是非常多的，但是各種硬件設備之間有很多的區別，在進行單片機控制系統的設計過程當中，應當先對軟件的一些性能有一定的預想，并在此基礎上提選合適的硬件設備，硬件設備在很大程度上會影響整體的運行效率，一旦硬件設備選擇不當，還可能會導致一些軟件不能運行，因此在選擇硬件設備方面應當做足功課，了解各種硬件設備的長處和短處，對于一些軟件的特殊要求，盡可能的提前考慮清楚，保證選擇的硬件設備不會成為限制的條件。

2設計方案

在進行設計之前，應當對設計的要求有一個整體上的把控，這就需要對被控對象進行調查和分析，了解被控對象的一些基本特點，以及控制技術應當滿足的一些基本的要求，只有這樣才能保證設計的方案是符合實際要求的。單片機控制系統的設計方案實際上有很多種，不同的設計方案有不同的特點，我們要在明確了設計要求的基礎上，對不同的設計方案進行選擇。

在制造單片機控制系統的過程當中，檢測元件是非常重要的一部分，當選擇合理的檢測元件時，能夠保證測量出來的參數的準確性，而且單片機控制系統在工作過程中的精準度也有了保證。

因為不同的現實環境有不同的要求，因此對現實環境的觀察和分析是非常重要的，執行機構是單片機控制系統中非常重要的部分，在設計執行機構的過程當中有很多算法等方面的基本要求，在滿足這些基本要求的基礎上，還要滿足現實環境的具體要求，實際上很多執行機構在最基本的原理方面并不存在任何的問題，但是在實際工作的過程中，和一些基本的現實條件無法調和，最終導致單片機控制系統運轉不夠高效。

3軟件與硬件的設計

通過上述對單片機控制系統在總體上的設計方案的介紹之后，可以發現單片機控制系統實際上有很多嚴明的要求，在設計方案選擇正確的基礎上，還應當對硬件和軟件方面進行設計，只有設計的過程中盡量避免錯誤才能保證單片機控制系統能高效工作。

3.1硬件設計

實際上單片機內部有儲存器，還有一些控制線等等，可以說單片機的集成度是非常高的，但是接口擴展是單片機硬件設計當中非常重要的一部分。目前來說想要擴展單片機的結構，一般有兩種方式是比較有效的，一種是直接買成品的接口板，需要對系統的結構進行觀察和分析，可以采用這種方式直接購買成品的接口板；第二種是根據控制系統的需求，要設計合適的芯片才能進行擴展。兩種擴展的方式各有優勢，可是卻有基本條件的限制，因此在選擇的過程當中，應當充分考慮現實環境的限制條件，然后選擇合理的擴展方式。

3.2軟件設計

在單片機控制系統當中，軟件系統是非常重要的角色之一，軟件系統在很多方面起到了執行機構的作用，因此軟件設計是非常重要的環節。系統軟件設計是軟件設計的一種，系統軟件往往是整個系統的管理者，因此對于系統軟件來說，在設計的過程當中保證軟件的穩定性是非常重要的，而且對于系統軟件來說還應當考慮到和硬件設施的匹配性，一些硬件設施會對系統的軟件有一定的約束性，因此在設計系統軟件的過程當中，應當對目前已經選定的硬件設備進行了解和查看，對于一些對硬件要求非常高的部分，更應當提前核實，避免發生兩者不統一的情況。

一般來說單片機系統在設計的階段會加入自診斷程序，自診斷程序能夠對單片機系統進行診斷，查看目前是否存在一些運轉上的問題，當發現問題的時候，會及時告訴給管理人員，管理人員根據診斷的說明尋找出現問題的根源，并及時解決這些問題，當工作人員能夠提前解決這些潛在的問題，就能夠有效避免單片機控制系統出現錯誤的情況，進而保證單片機程序能夠正常工作。

在一些工作的環境當中，對單片機控制系統有很高的要求，因此在這樣的情況當中，可以根據一些條件的要求設計門狗電路，門狗電路能夠在一定程度上保證單片機控制系統處于安全的工作狀態。

4調試方法

對單片機控制系統進行調試的方法，主要有兩種，一種是硬件調試，在工作的過程當中硬件可能會發生一些故障的情況，或者在一開始設計的階段當中就存在一些問題，這些問題都會導致單片機控制系統不能正常工作，可以通過硬件調試的方法，進行排查和解決；另一種是軟件調試，當目標代碼出現不準確的時候，系統是不能夠進行正常工作的，因此應當保證目標代碼的準確性，軟件系統調試能夠有效解決這一問題。

在單片機控制系統當中硬件和軟件本身能夠完成自身的工作，并且在經過硬件調節和軟件調節之后，讓兩者能夠進行合理的配合，讓單片機控制系統更加高效地進行工作，實際上軟件和硬件的配合程度在很大程度上決定了單片機控制系統的工作效率，因此為了能夠讓兩者的工作更加配合，引入仿真技術，仿真調試能夠讓兩者的合作更加合拍，讓單片機系統的工作更加順利。

4.1硬件調試

當單片機控制系統在工作的過程當中出現一些問題的時候，可以進行硬件調試，硬件調試能夠解決這些問題，通過對設計原理的理解，可以對單片機控制系統有更加深層次的把控，可以做出相應的實驗樣機，對實驗樣機進行硬件調試是硬件調試的方法。

4.2仿真調試

仿真機上都有仿真插頭，對仿真插頭進行調試就可以對其中的電路工作情況有一個大概的了解，還能將一些內部的具體情況和設計方案進行對比。想要將樣機制作得非常全面是不太可能的，在短時間內需要對樣機進行調試，因此，這需要工作人員有較強的經驗性。

首先對軟件進行先編調試，然后針對電路系統的設計，開始仔細認真的檢查和調試，最后對MONTOR調試。

5結語

本文主要分為四個部分，首先簡單介紹了單片機控制系統的內涵，了解單片機控制系統，然后介紹了單片機系統的設計方案，是在比較宏觀的角度，介紹的總設計方案，然后詳細介紹了單片機硬件和軟件上的設計方案，最后說明了如何調試單片機控制系統，在調試的過程中，不僅要注重硬件調試和軟件調試，還應當注重硬件和軟件之間的配合工作，因此引入仿真調試，希望能夠為單片機控制系統的設計和調試方法上提供新的思考方向。

參考文獻：

[1]張永峰. 基于Motorola MC68HC08系列單片機演示系統的設計與實現[D].蘇州大學，2004.

[2]鄭惠芳. 單片機報時時鐘控制系統的一種設計方法[J]. 福建廣播電視大學學報，2005，06：63-65.

[3]李靖. 單片機控制系統可靠性硬件設計方法探討[J]. 遼寧省交通高等專科學校學報，2012，01：29-31.

作者簡介：

姚愷涵/男/1995年生/福建龍海人/本科