AVR單片機研究（6）：單片機系統開發的典型流程

確定單片機控制系統要完成的任何和具備的功能。撰寫設計任務書，主要內容包括設計和研制單片機應用系統應該達到的要求，要明確提出系統所必須達到的技術指標，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；模擬信號和數字信號。
②數據特性。信號的電特性，如信號頻率，幅值等。
③設備類型。指輸入輸出的產生源，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
生產成本是購買系統組件以及安裝組件花銷；工程成本是指人力成本和設計過程中的其他成本。
1.4物理尺寸和重量
這個要依據使用領域確定，成為硬件選型的一個重要約束。
1.5功耗
電池供電還是電網供電；散熱和熱噪聲等都是要考慮的對象。
二 系統總體設計
2.1設計方案描述
根據設計依據（設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的工作原理，采用的技術，關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計者比較熟悉的技術以及滿足現場工作環境的作為設計方案。
2.2繪制工作總框圖
自頂向下的方法將系統的功能進行劃分，繪制相應的硬件和軟件工作總框圖。將總任務分為子任務，劃分時要考慮劃分是否清楚明確以及不同子系統之間的邏輯和控制關系是怎樣的。
2.3總體結構設計
三種設計方法：整版設計；分塊式設計；積木式設計。
2.4設計工作的籌備
規劃設計精度和人力安排；安排設計場地和所需儀器設備工具；擬定主要元器件的采購和外加工計劃；預算設計經費。
三 系統硬件設計
3.1元器件選型
3.1.1單片機選型
單片機是系統的核心，直接決定了系統的功能和性能，不同的封裝形式也會影響系統的物理尺寸和重量。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電路設計
3.2.1電路設計原則
軟硬結合。有些功能可以軟件硬化或者硬件軟化，要處理好速度和復雜度得矛盾。
選用典型芯片。促進硬件系統的標準化和模塊化。
全面規劃系統資源。利于進行二次開發，優化和擴展。
信號兼容性。接口類型的選擇。
3.2.2電路設計的過程
功能劃分。自頂向下劃分功能，提出設計方案。
設計規劃。選擇合適的原件，擬定進度計劃，搭建設計環境，制定元器件采購方案和預算。
電路設計。繪制原理圖并進行參數計算，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。
電路調試。分功能調試，出現問題，必須重新制作PCB版。
軟硬件聯合調試。功能驗證。
3.3硬件電路的計算機輔助設計
原理圖設計。使用Altium Designer Winter 2009。
3.4單片機應用技術
3.4.1電源設計
電源提供能量，電源的質量很大程度上影響到單片機系統的穩定性。設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硬件可靠性設計
內部因素：元器件的性能和可靠性；系統結構；系統的安裝與調試。
外部因素：單片機所處的環境，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量；提高PCB版的質量。
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。
四 系統軟件設計
4.1軟件總體設計
功能定義。明確設計任務，確定輸入和輸出量的形式，需要對數據進行何種處理以及判斷處理結果等。
結構設計。將軟件分為幾個相對獨立的結構。
建立數學模型。描述出各個輸入輸出量之間的關系，這是影響系統性能好壞的直接因素。
繪制程序流程圖。
4.2程序設計
模塊設計。整體任務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。模塊化的設計便于調試和升級。
4.3軟件可靠性設計
軟件抗干擾設計。數字濾波；指令冗余（防止跑飛）；軟件陷阱；容錯設計。
五 單片機系統的仿真
AVR Studio是一個集成開發環境，可以進行項目管理，程序編譯，程序調試，程序下載，JTAG仿真等功能。AVR Studio的調試，可以采用單步，連續，出發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備。
六 AVR單片機程序下載
使用下載工具將編譯通過、調試正確的程序下載到目標單片機中去。