单片机应用技术：系统硬件设计

（1）硬件系统设计原则

①在满足系统当前的功能需求前提下，系统的扩展与外围设备配置应留有适当余地进行功能扩充。

②硬件结构与软件方案要综合考虑，最终确定硬件结构。

③在硬件设计中尽可能选择成熟的标准化、模块化的电路，增加硬件系统的可靠性。

④在硬件设计时，要考虑相关器件的性能匹配。例如，不同芯片之间信号传送速度的匹配；低功耗系统中的所有芯片都应选择低功耗产品。如果系统中相关器件的性能差异大，就会降低系统综合性能，或导致系统工作异常。

⑤考虑单片机总线驱动能力。单片机外扩芯片较多时，需增加总线驱动器或者减少芯片功耗，以降低总线负载。否则会由于驱动能力不足，出现系统工作不可靠。

⑥抗干扰设计。设计内容包括芯片、器件选择、去耦合滤波、印制电路板布线、通道隔离等。如果设计中只注重功能实现，忽略抗干扰设计，将导致系统在实际运行中，信号无法正确传送，而达不到功能要求。

（2）硬件设计

其主要工作是以单片机为核心，进行功能扩展和外围设备配置及其接口设计。在设计中，要充分利用单片机的片内资源，简化外扩电路，提高系统的稳定性和可靠性。设计要考虑以下五方面：

①存储器设计

存储器分为程序存储器和数据存储器两部分。存储器的设计原则是在满足系统存储容量要求的前提下，选择容量大的存储芯片，以减少所用芯片的数量。(www.xing528.com)

②I/O接口设计

输入输出通道是单片机应用系统功能中最重要的部分。接口外设多种多样，因此，单片机与外设之间的接口电路也各不相同。I/O接口可归类为开关量输入输出通道、模拟量输入输出通道、并行接口、串行接口等。在系统设计时，可以优先选择集成所需接口的单片机，简化I/O接口的设计。

③译码电路设计

当系统扩展多个接口芯片时，则需要译码电路。在设计时，应合理分配存储空间和接口地址，选择恰当的译码方式，简化译码电路。译码电路可以使用常规的门电路、译码器来实现，也可以利用只读存储器与可编程门阵列来实现，以便于修改与加密。

④总线驱动器设计

当单片机外扩器件众多时，就要设计总线驱动器。常用的有双向数据总线驱动器（如74LS245）和单向总线驱动器（如74LS244）。

⑤抗干扰电路设计

针对系统运行中可能出现的干扰，需设计相应的抗干扰电路。抗干扰设计的基本原则是抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。在设计中应考虑：系统地线、电源线的布线；数字、模拟地的分开；每个数字元件在地与电源之间都要接104旁路电容；为防I/O口的串扰，可将I/O口隔离，方法有二极管隔离、门电路隔离、光耦隔离、电磁隔离等；选择一个抗干扰能力强的器件；多层板的抗干扰好过单面板等。

硬件设计后，应绘制硬件电路原理图并编写相应的硬件设计说明书。