前  言
由于当今单片机集成度大大提高，一个单片机内部一般集成了算术逻辑计算单元、寄存器堆、振荡器、多个定时计数器、内部总线、IO单元、异步通讯口（UART）、容量不大的静态存储器和一定容量的程序存储器，部分单片机内部甚至集成了E２PROM、I2C接口、SPI接口、ISP／JTAG接口、8～12位AD转换器、PWM接口等等。因此现在的单片机只需要很少的外围器件，就可以独立完成一定的任务，不需要象以前的Z80－CPU那样，需要扩展大量的外围器件。这种以单片机为核心，扩展少量外围器件的单片机系统称为单片机最小系统。由于单片机最小系统具有运用灵活、体积小、成本低的特点，得到广泛的应用，不论在冰箱、空调、汽车或是其它地方。
由于技术的进步，单片机编程语言由汇编语言过渡到Ｃ语言，单片机编程的难度大大降低；同时，单片机调试和仿真环境也由最初的手工翻译的机器码（这里需要感谢原来的启东计算机厂，是它推动了单片机技术在中国最初的普及，虽然该厂的产品现在已经被淘汰了），进步为Ｃ语言与汇编程序直接仿真调试、自动发现语法错误.....这样，单片机系统设计的门槛降到很低的程度，现在从理论上说，学过电子技术的人几乎都可以做单片机系统的设计，这可以从大学生找工作的应聘资料中可以得到证实。
实际上，单片机程序的设计、仿真调试只是单片机系统的设计一部分，单片机系统的优化设计才是单片机系统的设计的核心和难点。由于很多人没有认识到这个问题，导致了单片机系统不能工作、或是工作不稳定、成本过高等问题。
单片机系统的优化设计包括单片机系统硬件的优化设计和单片机系统软件的优化设计。本文以最普通的AT89S52组成的最小系统为例，说明如何进行优化设计。
本文将尽可能用最通俗的语言进行描述，避免数学公式的推导，便于读者理解。有关精确的计算方法，详见参考文献。[1][2]

1．单片机最小系统的组成：
本文中，单片机最小系统由CPU（AT89S52）、复位电路、串行E２PROM、AD转换器、铂电阻温度传感器和放大器、控制输出、RS485接口、以及电源组成，见图1-1。

温度传感器   ＡＤ转换器  ＣＰＵ  控制输出     电源
和放大器                         串行E2PROM
             复位电路            键盘/显示
                                 RS485接口

图1-1  单片机最小系统总体框图

2．单片机系统硬件的优化设计
   单片机系统硬件优化设计涉及很多方面，这里主要讨论热设计、寿命设计、电磁兼容设计和保证设计指标时的经济化设计问题。为了控制本文篇幅，限定讨论范围局限于电路板级。
以下分别在硬件设计中的元器件选型、电路设计、电源选型与设计、PCB设计中，分别对上述问题进行讨论。

2．1．元器件
器件的优化设计包含器件可靠性指标、器件的工作温度范围、器件的实际工作范围、器件的降额使用、器件的优化选型等问题。
2．1．1　器件的工作寿命和器件的极限工作温度范围
器件可靠性指标是以小时为单位的负指数次方。这个指标用于说明单个器件出故障的几率，同时可以用来估算多个元件构成的电路的的可靠性。
由于诸多原因，时至今日，中国的元器件生产企业对于器件的可靠性认识仍然不足，很多器件仍然没有可靠性指标。这给器件的选型带来较大的困难，民用品设计中还过分依赖经验。
为了表示器件的适用范围，一般对器件进行分级。中国对于器件的分级较简单，一般分为商业级、工业级和军用级。
商业级器件是最低级别，成本最低，可靠性能够满足一般的要求，用于对可靠性没有明确要求的场合，例如家电等消费品。商业级器件的工作温度范围是0～70℃，储藏温度为-55～+125℃。
工业级器件应用于有一定可靠性要求的场合，例如工业自动控制等。工业级器件的工作温度范围是-40～+85℃℃，储藏温度为-55～+125℃。工业级器件的成本略高于商业级器件。
军用级器件是为了满足严格的军用环境和可靠性要求而规定的。军用级器件的工作温度范围是-55～+125℃℃，储藏温度为-55～+125℃℃。军用级器件需要认证。军用级器件的成本是商业级器件的数十倍。
实际上，对于不同级别的元件，可靠性指标是有一定区别的，只是国内的指标不规范，还没有统一标准。
在国外，例如美国，元器件的分级较细，并且还需要认证和发放授权书。

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