AVR单片机研究（6）：单片机系统开发的典型流程

确定单片机控制系统要完成的任何和具备的功能。撰写设计任务书，主要内容包括设计和研制单片机应用系统应该达到的要求，要明确提出系统所必须达到的技术指标，如输入输出、功能和性能、价格、物理尺寸和重量、功耗等。
1.1输入和输出
①信号类型。电信号和非电信号；模拟信号和数字信号。
②数据特性。信号的电特性，如信号频率，幅值等。
③设备类型。指输入输出的产生源，如按键，ADC,DAC，LED,LCD等
1.2功能和性能
功能多少，性能高低。综合考虑这两个因素，做出平衡。
1.3价格
生产成本是购买系统组件以及安装组件花销；工程成本是指人力成本和设计过程中的其他成本。
1.4物理尺寸和重量
这个要依据使用领域确定，成为硬件选型的一个重要约束。
1.5功耗
电池供电还是电网供电；散热和热噪声等都是要考虑的对象。
二 系统总体设计
2.1设计方案描述
根据设计依据（设计目标和一些约束条件），首先提出几个可能的方案。每个方案都要包括测控系统的工作原理，采用的技术，关键元器件的性能工艺保证和实施措施，接下来对各个方案进行可行性论证分析。必要时进行试验测试。最终确定1~2个性价比高并且能兼顾设计者比较熟悉的技术以及满足现场工作环境的作为设计方案。
2.2绘制工作总框图
自顶向下的方法将系统的功能进行划分，绘制相应的硬件和软件工作总框图。将总任务分为子任务，划分时要考虑划分是否清楚明确以及不同子系统之间的逻辑和控制关系是怎样的。
2.3总体结构设计
三种设计方法：整版设计；分块式设计；积木式设计。
2.4设计工作的筹备
规划设计精度和人力安排；安排设计场地和所需仪器设备工具；拟定主要元器件的采购和外加工计划；预算设计经费。
三 系统硬件设计
3.1元器件选型
3.1.1单片机选型
单片机是系统的核心，直接决定了系统的功能和性能，不同的封装形式也会影响系统的物理尺寸和重量。因此单片机的选型主要是考虑性能和封装。
3.1.2外围器件的选择
这些器件主要是外围存储器，AD,DA等各种功能器件。选择原则是：满足要求的情况下尽量降低成本；尽可能选用集成器件；尽可能用单电源供电的器件；元器件的速度、信号类型尽量做到匹配；等。
3.2电路设计
3.2.1电路设计原则
软硬结合。有些功能可以软件硬化或者硬件软化，要处理好速度和复杂度得矛盾。
选用典型芯片。促进硬件系统的标准化和模块化。
全面规划系统资源。利于进行二次开发，优化和扩展。
信号兼容性。接口类型的选择。
3.2.2电路设计的过程
功能划分。自顶向下划分功能，提出设计方案。
设计规划。选择合适的原件，拟定进度计划，搭建设计环境，制定元器件采购方案和预算。
电路设计。绘制原理图并进行参数计算，对于具体电路要进行试验。
制作电路板。功能无误后，利用EDA生成PCB，送工厂加工。焊接。
电路调试。分功能调试，出现问题，必须重新制作PCB版。
软硬件联合调试。功能验证。
3.3硬件电路的计算机辅助设计
原理图设计。使用Altium Designer Winter 2009。
3.4单片机应用技术
3.4.1电源设计
电源提供能量，电源的质量很大程度上影响到单片机系统的稳定性。设计的时候主要考虑的是电源功耗、电源电压以及电源管理。
3.4.2系统扩展
并行扩展；串行扩展（IIC,SPI等）；模拟量输入输出扩展（AD芯片扩展）；
3.5硬件可靠性设计
内部因素：元器件的性能和可靠性；系统结构；系统的安装与调试。
外部因素：单片机所处的环境，如电磁的，空间的辐射，机械的等。
提高元器件的可靠性：尽量选用质量较好的；尽量选用集成度高的；进行一定余量的降额使用；提高插接件的传输质量；提高PCB版的质量。
抗干扰措施：电源噪声干扰；信号线耦合干扰；电磁场干扰。
冗余技术。
四 系统软件设计
4.1软件总体设计
功能定义。明确设计任务，确定输入和输出量的形式，需要对数据进行何种处理以及判断处理结果等。
结构设计。将软件分为几个相对独立的结构。
建立数学模型。描述出各个输入输出量之间的关系，这是影响系统性能好坏的直接因素。
绘制程序流程图。
4.2程序设计
模块设计。整体任务被分为几个独立的小模块，每个模块具有一定的功能，承担一部分任务。模块化的设计便于调试和升级。
4.3软件可靠性设计
软件抗干扰设计。数字滤波；指令冗余（防止跑飞）；软件陷阱；容错设计。
五 单片机系统的仿真
AVR Studio是一个集成开发环境，可以进行项目管理，程序编译，程序调试，程序下载，JTAG仿真等功能。AVR Studio的调试，可以采用单步，连续，出发等多种程序运行形式。通过窗口可以清楚的看到各个寄存器的变化。
proteus可以进行软件功能仿真