2.单片机产品总体设计
在对单片机产品进行总体设计时,应根据单片机产品提出的各项技术性能指标,拟订
出性价比最高的一套方案。
首先,应根据任务的繁杂程度和技术指标要求选择机型。选定机型后,再选择产品中
要用到的其它外围元器件,如传感器、执行器件等。
在总体方案设计过程中,对软件和硬件进行分工是一个首要的环节。原则上,能够由
软件来完成的任务就尽可能用软件来实现,以降低硬件成本,简化硬件结构。同时,还要
求大致规定各接口电路的地址、软件的结构和功能、上下位机的通信协议、程序的驻留区
域及工作缓冲区等。总体方案一旦确定,系统的大致规模及软件的基本框架就确定了。
3.硬件设计
硬件设计是指应用系统的电路设计,包括主机、控制电路、存储器、I/O 接口、A/D
和 D/A 转换电路等。硬件设计时,应考虑留有充分余量,电路设计力求正确无误,因为在
系统调试中不易修改硬件结构。硬件电路设计时应注意以下几个问题:
(1)程序存储器
一般可选用容量较大的 EPROM 芯片,如 27128(16 KB)、 27256(32 KB)或
27512(64 KB)等。尽量避免用小容量的芯片组合扩充成大容量的存储器,程序存储器
容量大些,则编程空间宽裕些,价格相差也不会太多。
(2)数据存储器和 I/O 接口
根据系统功能的要求,如果需要扩展外部 RAM 或 I/O 口,那么 RAM 芯片可选用
6116(2 KB)、 6264(8 KB)或 62256(32 KB),原则上应尽量减少芯片数量,使
译码电路简单。
I/O 接口芯片一般选用 8155(带有 256 KB 静态 RAM)或 8255。这类芯片具有口线
多、硬件逻辑简单等特点。若口线要求很少,且仅需要简单的输入或输出功能,则可用不
可编程的 TTL 电路或 CMOS 电路。
A/D 和 D/A 电路芯片主要根据精度、速度和价格等来选用,同时还要考虑与系统的连
接是否方便。
(3)地址译码电路
通常采用全译码、部分译码或线选法,应考虑充分利用存储空间和简化硬件逻辑等方
面的问题。MCS-51 系统有充分的存储空间,包括 64 KB 程序存储器和 64 KB 数据存储
器,所以在一般的控制应用系统中,主要是考虑简化硬件逻辑。当存储器和 I/O 芯片较多
时,可选用专用译码器 74S138 或 74LS139 等。
(4)总线驱动能力
MCS-51 系列单片机的外部扩展功能很强,但 4 个 8 位并行口的负载能力是有限的。
P0 口能驱动 8 个 TTL 电路,P1~P3 口只能驱动 4 个 TTL 电路。
在实际应用中,这些端口的负载不应超过总负载能力的 70%,以保证留有一定的余量。
如果满载,会降低系统的抗干扰。在外接负载较多的情况下,如果负载是 MOS 芯片,因
负载消耗电流很小,所以影响不大。如果驱动较多的 TTL 电路,则应采用总线驱动电路,
以提高端口的驱动能力和系统的抗干扰能力。
数据总线宜采用双向 8 路三态缓冲器 74LS245 作为总线驱动器,地址和控制总线可
采用单向 8 路三态缓冲区 74LS244 作为单向总线驱动器。
(5)系统速度匹配
MCS-51 系列单片机时钟频率可在 2~12 MHz 之间任选。在不影响系统技术性能的