- （1）单片机典型应用系统包括哪些组成部分？各部分的功能是什么？
提示
- 基本组成及其功能如下：单片机最小系统由单片机芯片和必要的振荡电路与复位电路构成。它只能完成单片机的一些基本操作和控制；前向通道是应用系统的输入通道，通常与现场采集对象相连；后向通道是应用系统的输出通道，由模拟电路、数字电路和开关电路等组成，有电流、电压、开关量和数字量等输出形式；人机交互通道是用户为了对应用系统进行干预以及了解系统运行状态所设置的通道。由键盘、显示器和打印机等接口组成；计算机相互通道可解决计算机系统之间的相互通信问题，也是测控系统不可缺少的组成部分。
- （2）简述单片机应用系统的开发过程，着重指出各阶段应实现的目标。
提示
- 项目开发过程是从任务提出到系统选型、确定、研制直至投入运行的过程，至少包括以下5个环节内容：1、总体论证是对项目进行可行性分析，对技术指标进行调查研究，对项目的先进性、可靠性、可维护性、以及性价比进行的综合评估，可为项目拍板提供决策依据。2、总体设计是在项目功能和技术指标确定之后进行的工作，主要包括系统功能（任务）的分配、软硬件任务及相互关系、单片机系统的选型以及调试方案及手段等。总体设计完成后，项目应该已有明确的可实施方案。3、硬件开发包括电路原理图设计，电路仿真测试，元器件配置、印刷电路板制备以及元器件的焊接装配，此阶段的目标是完成样机的硬件系统研制。4、软件开发工作包括结构设计（流程图设计）、模块化编程、仿真调试、程序固化。这一过程结束后应该能得到完整的工程样机。5、样机综合测试包括，利用模拟环境或真实工况考核工程样机运行的可靠性和极限寿命，编纂技术和使用说明书，为产品定型和批量生产做好准备。
- （3）单片机系统开发时，采用软件模拟开发和在线仿真器开发各有什么优缺点？
提示
- 软件模拟开发是基于计算机仿真方法进行的产品开发，主要用于开发初期的原理验证和初步设计，Proteus和Keil就是这类仿真工具。它们可明显提高研发效率，缩短研发周期，节约研发成本。但软件模拟开发毕竟没有硬件参与，存在一定真实性问题，不能完全替代在线仿真器的作用。在线仿真开发是基于通用计算机仿真和真实硬件结合的开发手段，主要用于样机硬件完成后的软硬件联机测试。仿真结束后，用户样机即可脱离计算机独立运行了。由于充分利用通用计算机系统的软、硬件资源，开发效率较高，但需要事先完成样机硬件系统的研制，因而也有一定局限性。
- （4）影响单片机系统可靠性的因素有哪些？软硬件设计时应注意哪些问题？
提示
- 可靠性由多种因素决定，其中系统抗干扰性能是可靠性的重要指标。而影响抗干扰性能的因素有：通过空间辐射进入系统的电磁信号干扰；通过前向通道、后向通道及相互通道进入的干扰；通过供电线路进入系统的干扰等。硬件抗干扰设计的措施有：采用光电隔离器将微机系统与各种传感器、开关、执行机构从电气上隔离开来；为各个集成电路配置去耦电容，抑制芯片的开关噪声；通过电感或磁珠相连接模拟地和数字地，形成一点接地；利用“看门狗”电路强制CPU复位，摆脱由于干扰而造成系统异常的状态。软件抗干扰设计的措施有：通过指令冗余使程序飞到操作数上，避免后面的指令被当作操作数执行；通过软件陷阱拦截乱飞程序，将其引向指定位置后进行出错处理；使用“软件看门狗”技术使程序脱离“死循环。
- （5）仿照图9.1的做法将图9.9（智能仪器的硬件电路原理图）用系统方框图表示出来
提示
- 参见9.1.1单片机典型应用系统
- （6）并行结构编程的要点和优点有哪些？本章智能仪器实例的编程中在哪些环节使用了这一方案？
提示
- 并行结构编程的思路是设法使长时间占有CPU的函数变为短时占有，以此减少软件运行时的卡滞现象，增强实时性。本例采用的做法是在耗时较多的函数中，如键盘检测和菜单更新函数，设置必要的状态变量。进入这些函数后，首先检测状态变量值，并根据变量值进行一些简短处理，然后刷新状态变量值，接着就结束函数。当再次进入函数时，又会接着上次的结果继续处理，然后又快速返回。这样就能将一个长时任务化成多个短时任务来执行，起到了“并行执行”的效果。
- （7）图9.10所示的软件系统结构组成图对程序设计有什么作用？
提示
- 有助于理清功能模块之间的逻辑关系，便于参数的传递设计。
- （8）本章智能仪器应用实例中综合运用了教材各章节的哪些内容？请认真小结一下。
提示
- 涉及的教学内容有：主机模块（51单片机，复位与晶振电路）、开关量输入模块（串行扩展按键电路）、模拟量输入模块（AD转换电路）、开关量输出电路（报警指示灯电路）、数码显示模块（4位动态LED显示电路，晶体管与TTL信号驱动电路）、C51与汇编混合编程、中断函数编程、定时/计数器编程、串行扩展端口编程、AD采样编程等等。
- （9）PCB手动布局有哪些经验做法？
提示
- 建议首先采用手动布局方式摆放元件，其中大型或重要元件更要优先摆放，这样便于掌控元件的均衡布局。手动摆放元件时可以参考绿色飞线的走向和交叉情况，通过元件的位置、旋转、水平镜像、垂直镜像等操作，尽量使得飞线最短且交叉最少。摆放过程中要时刻注意编辑区窗口下部的DRC状态栏中的错误提示。如有错误提示应立即撤回当前操作，重新摆放直至出现“无DRC错误”提示为止。对于需要区分正反面摆放要求的元件，可以在通过指定编辑元件对话框中的摆放图层来实现。
- （10）PCB设计前需要进行哪些准备工作？
提示
- 准备工作包括电路图拆分和PCB封装核查。对于比较复杂的电路，需要将整体电路拆分成多个模块电路，并且每个模块电路里还要添加信号连接端子，以便实现模块间的连接。对于没有PCB封装的元件，在外形和开孔尺寸相符的前提下，可采用已有封装模型替用；对于没有可替用封装的元件，需要进行外形和开孔测量，绘制投影尺寸图，然后制作封装模型，并将其封装代号与该元件关联起来。
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