AVR單片機研究（6）：單片機系統(tǒng)開發(fā)的典型流程

確定單片機控制系統(tǒng)要完成的任何和具備的功能。撰寫設(shè)計任務(wù)書，主要內(nèi)容包括設(shè)計和研制單片機應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)該達到的要求，要明確提出系統(tǒng)所必須達到的技術(shù)指標，如輸入輸出、功能和性能、價格、物理尺寸和重量、功耗等。
1.1輸入和輸出
①信號類型。電信號和非電信號；模擬信號和數(shù)字信號。
②數(shù)據(jù)特性。信號的電特性，如信號頻率，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。綜合考慮這兩個因素，做出平衡。
1.3價格
生產(chǎn)成本是購買系統(tǒng)組件以及安裝組件花銷；工程成本是指人力成本和設(shè)計過程中的其他成本。
1.4物理尺寸和重量
這個要依據(jù)使用領(lǐng)域確定，成為硬件選型的一個重要約束。
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象。
二 系統(tǒng)總體設(shè)計
2.1設(shè)計方案描述
根據(jù)設(shè)計依據(jù)（設(shè)計目標和一些約束條件），首先提出幾個可能的方案。每個方案都要包括測控系統(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施措施，接下來對各個方案進行可行性論證分析。必要時進行試驗測試。最終確定1~2個性價比高并且能兼顧設(shè)計者比較熟悉的技術(shù)以及滿足現(xiàn)場工作環(huán)境的作為設(shè)計方案。
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
三種設(shè)計方法：整版設(shè)計；分塊式設(shè)計；積木式設(shè)計。
2.4設(shè)計工作的籌備
規(guī)劃設(shè)計精度和人力安排；安排設(shè)計場地和所需儀器設(shè)備工具；擬定主要元器件的采購和外加工計劃；預(yù)算設(shè)計經(jīng)費。
三 系統(tǒng)硬件設(shè)計
3.1元器件選型
3.1.1單片機選型
單片機是系統(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影響系統(tǒng)的物理尺寸和重量。因此單片機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、信號類型盡量做到匹配；等。
3.2電路設(shè)計
3.2.1電路設(shè)計原則
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。促進硬件系統(tǒng)的標準化和模塊化。
全面規(guī)劃系統(tǒng)資源。利于進行二次開發(fā)，優(yōu)化和擴展。
信號兼容性。接口類型的選擇。
3.2.2電路設(shè)計的過程
功能劃分。自頂向下劃分功能，提出設(shè)計方案。
設(shè)計規(guī)劃。選擇合適的原件，擬定進度計劃，搭建設(shè)計環(huán)境，制定元器件采購方案和預(yù)算。
電路設(shè)計。繪制原理圖并進行參數(shù)計算，對于具體電路要進行試驗。
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。功能驗證。
3.3硬件電路的計算機輔助設(shè)計
原理圖設(shè)計。使用Altium Designer Winter 2009。
3.4單片機應(yīng)用技術(shù)
3.4.1電源設(shè)計
電源提供能量，電源的質(zhì)量很大程度上影響到單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。設(shè)計的時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)擴展
并行擴展；串行擴展（IIC,SPI等）；模擬量輸入輸出擴展（AD芯片擴展）；
3.5硬件可靠性設(shè)計
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：單片機所處的環(huán)境，如電磁的，空間的輻射，機械的等。
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；信號線耦合干擾；電磁場干擾。
冗余技術(shù)。
四 系統(tǒng)軟件設(shè)計
4.1軟件總體設(shè)計
功能定義。明確設(shè)計任務(wù)，確定輸入和輸出量的形式，需要對數(shù)據(jù)進行何種處理以及判斷處理結(jié)果等。
結(jié)構(gòu)設(shè)計。將軟件分為幾個相對獨立的結(jié)構(gòu)。
建立數(shù)學(xué)模型。描述出各個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
模塊設(shè)計。整體任務(wù)被分為幾個獨立的小模塊，每個模塊具有一定的功能，承擔一部分任務(wù)。模塊化的設(shè)計便于調(diào)試和升級。
4.3軟件可靠性設(shè)計
軟件抗干擾設(shè)計。數(shù)字濾波；指令冗余（防止跑飛）；軟件陷阱；容錯設(shè)計。
五 單片機系統(tǒng)的仿真
AVR Studio是一個集成開發(fā)環(huán)境，可以進行項目管理，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)等多種程序運行形式。通過窗口可以清楚的看到各個寄存器的變化。
proteus可以進行軟件功能仿真，支持很多常見的外圍設(shè)備。
六 AVR單片機程序下載
使用下載工具將編譯通過、調(diào)試正確的程序下載到目標單片機中去。