单片机方案开发流程,方案公司开发单片机应用需考虑哪些因素?

日期:2018-06-27 / 人气: / 来源:www.gycsjx.com

对于单片机方案开发,从客户提出开发需求到成品,其简要流程如下:

方案需求分析

方案可行评估

方案总体设计

方案硬件设计

方案软件设计

方案方案联调

方案运检维护

单片机方案开发

单片机方案开发个流程中详细内容如下。

单片机方案需求分析

单片机方案确定之后,应充分理解、认识客户所提出的单片机方案功能要求,通过用户了解方案的设计目标和技术指标。该阶段主要解决以下问题。

1.分析单片机方案的任务。若方案用于检测,则要弄清楚检测的参数有哪些,精度要求如何。若方案用于控制,则要弄清楚控制的回路有哪几个,控制的实时性有什么要求等;

2.弄清楚输入信号的个数、种类、围及相互关系,信号,这些信号必须进行何种变换,怎样与单片机连接等;

3.弄清楚输出信号的个数、种类和变化范围,采用何种执行机构实现,使用什么电路作信号变换,怎样和输出执行机构连接,如何达到执行机构所需的功率参数要求等;

4.明确需要设置怎样的人机对话接口,如开关、键盘、显示及发声电路等;

5.了解方案的应用环境条件,如温度、湿度、供电情况、现场干扰、控制室与工作现场的距离等,采用何种措施防止干扰和进行保护;

6.明确方案的各项技术指标,合理选择实现这些指标的方案,以达到最佳的性价比。

可行性分析

根据方案需求分析所得到的各项技术指标,如测量精度、响应时间、测量范围、可靠性要求等,进行可行性分析。通过调研目前的技术水平,判定是否有能力完成该方案的开发,并达到各项技术指标。可行性分析通常包括以下几个方面的内容。

1.了解国内外同类方案的开发水平、器件性能、设备水平、供应状态等;

2.了解可移植的硬、软件技术。能移植的尽量移植,以防止大量低水平重复劳动;

3.摸清软、硬件技术难度,明确方案的关键所在;

4.了解拟用器件的技术支持与开发环境。

总体设计

方案总体设计包括方案主要器件的选择及方案硬、软件功能的划分与协调。方案总体设计主要考虑以下几个问题。

1.确定单片机机型

根据方案的功能目标复杂程度、可靠性要求、精度和速度要求,选择性价比合理的单片机机型。单片机的种类、机型较多,不同型号、不同厂家的产品在存储容量、ROM介质、下载方式等方面有所区别。在进行机型选择时应考虑:所选机型性能应符合方案总体要求,且留有余地,以备后期更新;开发方便,具有良好的开发工具和开发环境;市场货源(包括外部扩展部、器件)在较长时间内充足;设计人员对机型的开发技术熟悉,以利于缩短开发周期。

2.确定所用传感器

传感器的选择尤为重要,因为工业测控方案中所用各类传感器至今还是影响方案性能的重要瓶颈。一个设计合理的工业测控方案常因传感器的精度和环境条件制约而达不到预定的设计指标。

3.方案软、硬件功能的划分

单片机应用方案的重要特点是软、硬件密切结合。根据应用方案的实际情况,全面考虑硬、软件功能的划分与配合。

硬件设计

方案总体方案确定之后,方案硬件的规模和软件框架也随之确定了。硬件和软件是单片机应用方案的3个重要的密不可分的部分,硬件是基础,软件是关键。而这两者又是可以互相转化的。为了提高方案的可靠性,应在满足应用方案精度和速度等要求的基础上,尽可能把由硬件实现的功能改由软件来完成。

在总体方案确定的硬件框架下,进一步细化方案硬件设计,对主机的资源按实际需要进行合理的分配,如I/O口、中断源、定时/计数器等。对于外部扩展的功能器件需要认真、合理地选择,确保其接口与主机接口一致,操作方便。主频振荡器和电源的选择也应足够重视,确保振荡频率满足要求,方案电压稳定。

硬件设计中另一个重要的问题就是如何提高方案抗干扰能力,提高硬件方案的可靠性。在方案需求分析中,对工作现场与环境已经作了认真、细致的分析,提出了具体而实际的要求。在硬件方案设计中应采取相应措施,配置各种抗干扰器件(如光电隔离、定时监视器、屏蔽等),使之融合在整个硬件设计中。对某些重要、关键的部分,应尽可能事先进行局部的模拟试验,例如,对传感器、放大器、A/G转换、驱动能力等进行局部试验,取得第一手技术资料。通过模拟试验,分析并确定哪些工作可以由软件来完成,哪些工作必须由硬件来实现等。

在方案器件选定的基础上就可进行硬件方案电路原理图的设计。根据电路原理图,在面包板上搭出电路,配以部分软件进行调试和运行,并随时进行修改和补充。在此基础上加工/块或3块印刷电路板,并焊上器件,载入设计好的软件,进行综合调试。在综合调试中还会对硬件方案提出新的修改或补充。在综合调试正确之后,再绘制正确的方案硬件电路原理图和印刷电路图,加工印刷电路板,并完成器件的安装。

软件设计

软件设计包括制定程序总体方案,绘制程序流程图,编制程序,以及程序的检查、调试、修改等内容。

1.制定程序总体方案

程序的总体方案是指从方案的角度考虑程序的结构、数据形式和程序实现的方法和手段。在制定总体设计方案时,实际的单片机应用方案功能较为复杂,信息量较大,程序较长,这就要求设计者选用切合实际的程序设计方法。目前程序设计方法多种多样,在单片机应用方案中较常用的程序设计方法有模块化程序设计方法、子程序化程序设计方法、自顶向下逐步求精的程序设计方法、结构化程序设计方法等。

模块化程序设计方法的中心思想是把一个多功能的、复杂的应用程序,按功能划分成若干个相对独立的程序模块,各模块可单独设计、编程和调试,然后装配起来进行联调,最终成为一个完整的应用程序。

子程序化程序设计方法是把一个应用方案相对独立的子模块,以子程序的形式单独编程、调试和查错,然后通过子程序调用,组成完整的应用程序。这种程序设计构思清晰,便于调试、查错、修改,而且组织灵活,是目前较多采用的一种程序设计方法。

自上而下逐步求精的程序设计方法,要求先从方案一级的主程序开始,集中解决全局问题,然后层层细化逐步求精,最终完成一个应用程序的设计。这种程序设计方法在一般的单片机应用程序中较多采用。

结构化程序设计方法是一种较理想的程序设计方法。它要求在编程过程中对程序进行适当的限制,特别是限制转移、分支指令的使用,用于控制程序的复杂程度,使程序的上下文与执行流程保持一致。

2.绘制程序流程图

不论采用何种程序设计方法,均应根据应用方案的总任务和控制对象的功能要求画出程序的总体框图,以描述程序的总体结构。在总体程序框图的基础上,设计者还需结合具体算法(或数学模型)细化程序流程图。

3.编制程序

绘制程序流程图后,整个程序的结构和思路已十分清楚。这时就可统筹考虑和安排一些带有全局性的问题。例如,地址空间的分配、工作寄存器的安排、数据结构、端口地址和输入/输出格式,等等。在编制程序时应重视指令的合理选择,特别是重要部分,涉及算法之类的程序段更要细心编写。软件的可靠性措施必须引起重视,例如,指令冗余、软件陷阱等,可以提高软件的抗干扰能力,防止软件死机或程序跑飞。只要编程者既熟悉所选单片机的内部结构、功能和指令方案,又掌握编程的方法和技巧,依照程序流程图编制出优质的应用软件就不会十分困难。

4.程序的检查、调试和修改

一个实际的应用程序编好以后,往往有不少潜在的隐患和错误。如果这些隐患和错误不加排除和修改,一旦错误在运行中出现,就有可能使程序陷入不可收拾的地步。因此,程序编好以后在联机调试前进行静态检查是十分必要的。对编制好的程序进行静态检查,往往会加快整个程序的调试进程,静态检查对照程序流程图自上而下进行,如发现错误,应及时纠正。

方案联调

方案联调是检测所设计方案的正确性与可靠性的必要过程。单片机应用方案设计是一个相当复杂的劳动过程,在设计、制作中,难免存在一些局部性问题或错误。方案联调可发现存在的问题和错误,以便及时地进行修改。调试与修改的过程可能要反复多次,最终使方案试运行成功,并达到设计要求。

对于一个复杂的方案,在进行方案联调前宜进行分块调试。在分块调试时,先借助开发方案(或装置)运行被调模块的程序,观察运行结果是否与预想的一致。若出现问题或错误,则借助开发方案(或装置)的调试手段,找出错误原因或问题所在并排除之,再运行和排除,直到达到预想的结果为止。

按此步骤,将所有功能模块逐个调试完毕。也可将已调试基本正确的模块加入新的调试模块共同调试,逐个扩大,直到全部调试完成。

在分块调试完成的基础上,准备进入方案联调。先将在分块调试时编写的测试程序段除去,将各功能模块连成一个整体,并整理成一个完整的应用方案软件。有些外围设备在现场,不便搬到实验室调试,可采用模拟措施或者不连接上外围设备进行运行调试,在调试有把握后再逐步加接。要着重调试的是,只有在整体条件下才会暴露出来的问题。

在一般调试正确之后,需要模拟各种条件和恶劣环境进行试运行。在此基础上还需进行一定时间的全速运行,对整个方案进行观察和测试,以验证应用方案程序功能是否满足原设计要求,是否达到预期的效果。在联调过程中,主要是涉及软件问题,但也可能牵涉到硬件设计问题,此时应从整个方案统筹考虑。

经过联调之后,还需经过一段时间的烤机和试运行,因为有些隐藏较深的问题要在特定条件下才会暴露出来,所以烤机和试运行是必须的。烤机需在现场真实环境下进行。

方案运行与维护

方案硬件、软件联调通过后,就可以把软件固化在EFROM中,开发过程即告结束。这时的方案只能作为样机方案,给样机方案加上外壳、面板,再配上完整的使用说明,就可成为正式的方案(或产品)。最后还需建立一套完整、健全的维护制度,以确保方案的正常工作。编写、整理整套的技术文件资料,以便存档。

【格亚信电子】是专业从事电子产品设计、电子方案开发、电子产品PCBA加工的深圳电子方案公司,主要设计电子产品包括工控、汽车、电源、通信、安防、医疗电子产品开发。

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作者:单片机


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