开发工程师需要掌握的知识

硬件开发是单片机应用开发的基础，软件的开发是建立在硬件之上，软硬件设计的巧妙结合是项目开发质量保证的关键。在单片机硬件开发设计中应注意以下几个方面：单片机应用开发者必须学习应用最新单片机(MCU），新型的MCU的优势表现在时钟频率的进一步提高(从6MHz提高到33MHz)，指令执行速度的提高(从12个机器周期到6个机器周期，甚至到1个机器周期），处理器相关功能的提高(如增加了数学处理、模糊控制等)，内部程序存储器和数据存储器容量的进一步扩大(ROM扩到64K，RAM扩到2K），A/D和D/A转换器的内部集成，LCD显示等功能模块的内部集成，外部扩展功能的增强。如P89C884单片机内部有64K FLASH(快闪存储器）、3个计数器、33MHz时钟、6个机器周期执行一条指令、I2C总线、ISP/IAP等。扩展接口的开发尽可能采用PSD、FPGA(或CPLD)等器件开发。这类器件都有开发平台的支持，开发难度较小，开发出的硬件性能可靠、结构紧凑、利于修改、保密性好。这种方法也是硬件接口开发的趋势。如EPM7128S应用较广，在中国市场也容易买到；WSI推出的新型可编程的单片机外围器件PSD813F，把单片机外围电路中的许多功能模块组合在一起，为用户提供体积更小、成本更低、开发更快的解决方案。扩展了RS-232等标准串口以后，单片机可和PC机通信，对于众多测控方面的人机对话、报表输出、集成控制等功能进行优势互补。如果芯片支持1SP/IAP功能还可以进行在线仿真和远程调试远程软件升级。例如，Dallas的1位总线接口、I2C总线等接口，均配有较多的专用扩展接口，接口扩展十分方便，所配软件有标准模式，也较容易编写。C语言是普及最广泛的程序设计语言，它既有高级语言的各种特点，又可对硬件进行操作，并可进行结构化程序设计，用C语言编写的程序较容易移植。目前已有专为单片机设计的C语言编译器，如Franklin C51、KEIL C51，它们可生成简洁可靠的目标代码，在代码效率和代码执行速度上完全可以和汇编媲美。有时开发一个单片机应用项目，在仿真调试完成后系统运行正常，而接入现场后出现不能正常运行或运行时好时坏，脱离现场后一切正常，这种现象就涉及到可靠性问题。解决这种问题可以从以下几个方面考虑：第一：选择性能好、抗干扰能力强的供电系统，尽量少地从电源引入干扰；第二：设计电路板时排除可能引起干扰的因素，合理布线，避免高频信号的干扰，图1显示了合理的布线和不合理的布线：第三：选择较好的接地方式，如模拟地和数字地采用一点接地方式，驱动大电流信号时采用光电隔离；第四：数据采集时进行数字滤波处理，常用的数字滤波方式有：程序判断滤波、中位值滤波、算术平均滤波、递推平均滤波法、防脉冲干扰平均值滤波、一阶滞后滤波等。由于干扰问题可能是由于不同的原因引起，在设计时要根据项目应用场所分析可能出现的干扰，有目的地设计抗干扰电路。单片机应用项目的开发还有一个更简捷的方法就是借助“单片机应用开发平台”。近期也计划推出这种“单片机应用开发平台”的1.0版本。单片机开发平台如图2。其中，开发平台部分为用户提供了一个简易，方便的开发环境，使用户可对单片机应用项目进行可视化开发。硬件智能开发部分提供了一个通过选项开发硬件原理图的方法，这个过程中根据硬件方案平台自动的生成一部分配套软件。可视化软件开发可简单方便的开发出用户程序，成品系统库中有大量已开发成功的项目，在产品开发时如开发项目功能相近，只要略加修改便可成为一个新的项目。成品系统库开发为用户升级成品库提供了一个开放式的环境。子程序开发中为子程序的升级提供了一个开放式的环境。实用信息部分提供了开发方面用到的大量实用信息。在平台上开发单片机应用项目不同于传统的开发模式。平台集成了大量专业技术人员的优秀设计思想，使用单片机开发平台可使技术人员迅速成长，彻底根除产品开发中大量低水平重复工作。平台的知识集成减少了企业对个别技术人员的依赖性，技术人员的流动不会影响企业的技术实力。平台最大限度的包容性大大缩短了产品的开发周期。平台的可靠性积累，保证了基于平台开发的产品具有良好的可靠性。平台的标准化、系统化、规范化及大的有利于嵌入式产品的大规模生产，售后服务和产品更新。只有采用平台化开发模式，才能将单片机的应用开发推进到一个新的阶段。