1.系统资源

在单片机应用系统的开发中，软件的设计是最复杂和困难的，大部分情况下工作量都较大，特别是对那些控制系统比较复杂的情况。如果是机电一体化的设计人员，往往需要同时考虑单片机的软硬件资源分配。在考虑一个应用工程项目时就需要先分析该系统完成的任务，明确软硬件哪个承担哪些工作。实际上这种情况很多，比如一些任务可以用软件完成，也可以用硬件完成，此时还需考虑采用软件或硬件的优势，一般均以最优的方案为首选，定义各输入输出（I/O）的功能、数据的传输交换形式、与外部设备接口及它们的地址分配、程序存储器和数据存储器的使用区域、主程序和子程序使用的空间、显示（如有的话）等数据暂存区的选择、堆栈区的开辟等因素。

2.程序结构

一个优秀的单片机程序设计人员，设计的软件程序结构是合理、紧凑和高效的。同一任务，有时用主程序完成是合理的，但有时需子程序执行效率更高，占用CPU资源最少。对一些要求不高的中断任务或单片机的速度足够高，则可以使用程序扫描查询，也可以用中断申请执行，这也要具体的问题具体分析。对于多中断系统，当它们存在矛盾时，需区分轻重缓急、主要和次要，区别对待，并适当地给予不同的中断优先级别。

在单片机的软件设计中，任务可能很多，程序量很大，是否就意味着程序也按部就班地编写下去呢？答案是否定的，在这种情况下一般都需把程序分成若干个功能独立的模块，这也是软件设计中常用的方法，即俗称的化整为零的方法。理论和实践都证明，这种方法是行之有效的。这样可以分阶段地对单个模块进行设计和调试，一般情况下单个模块利用仿真工具即可调试好，最后再将它们有机地联系起来，构成一个完整的控制程序，并对它们进行联合调试即可。

对于复杂的多任务实时控制系统，要处理的数据非常庞大，同时又要求对多个控制对象进行实时控制，要求对各控制对象的实时数据进行快速的处理和响应，这对系统的实时性、并行性提出了更高的要求。这种情况下一般要求采用实时任务操作系统。并要求这个系统具备优良的实时控制能力。

3.数学模型

一个控制系统的研制，明确了各部分需要完成的任务后，此时摆在设计人员面前的就是需要协调解决的问题了。这时设计人员必须进一步分析各输入输出变量的数学关系，即建立数学模型。这个步骤对一般较复杂的控制系统是必不可少的，而且不同的控制系统，它们的数学模型也不尽相同。

在很多控制系统中，都需要对外部的数据进行采集取样、处理加工、补偿校正和控制输出。外部数据可能是数字量也可能是模拟量。对于输入模拟量时，通过传感器件进行采样，由单片机进行分析处理后输出。输出的方式很多，可以显示、打印或终端控制。从模拟量的采样到输出的诸多环节，这些信号都可能会失真，即产生非线性误差，这些都需要单片机进行补偿、校正，才能保证输出量达到所要求的误差范围。(www.daowen.com)

现阶段8位单片机仍是主流。对于复杂参数的计算，例如，非线性数据、对数、指数、三角函数、微积分运算，如使用PC机（32位）的软件编程相对简单，并且具有大量的应用软件可以利用。但单片机要用汇编语言完成这样的运算，程序结构是很复杂的，程序编写也较困难，甚至难以建立数学模型，解决这个问题，常用的方法多采用查表法去实现。查表法即事先将测试和计算的数据按一定规律编制成表格，并存于存储器中，CPU根据被测参数值和近似值查出最终所需的结果。查表法是一种行之有效的方法，它可对输入参数进行补偿校正、计算和转换，程序编制简单，是将复杂的数值运算简化为简单的数据输出的好办法，常被设计人员采用。

值得一提的是，现行大多数的单片机都具有查表指令，这给软件设计提供了技术支持。

4.程序流程

较复杂的控制系统一般都需要绘制一份程序流程图，可以说它是程序编制的纲领性文件，可以有效地指导程序的编写。当然，程序设计开始流程图不可能尽善尽美，在编制过程中仍需进行修改和完善。认真地绘制程序流程图，可以起到事半功倍的效果。

流程图就是根据系统功能的要求及操作过程，列出主要的各功能模块。复杂程序流向多变，需要在初始化时设置各种标志，根据这些标志控制程序的流向。当系统中各功能模块的状态改变时，只需修改相应的标志即可，无需具体地管理状态变化对其他模块的影响。这些需要在绘制流程图时，清晰地标识出程序流程中各标志的功能。

5.编制程序

上述的工作完成后，就可以开始编制程序了。程序编写时，首先需对用到的参数进行定义，与标号的定义一样，使用的字符必须易于理解，可以使用英文单词和汉语拼音的缩写形式，这对今后自己的辨读和排错都是有好处的。然后初始化各特殊功能寄存器的状态，定义中断口的地址区，安排数据存储区，根据系统的具体情况，估算中断、子程序的使用情况，预留出堆栈区和需要的数据缓存区，接下来就可以编写程序了。

过去单片机应用软件以汇编语言为主，因为它简洁、直观、紧凑，使设计人员乐于接受。而现在高级语言在单片机应用软件设计中发挥了越来越重要的角色，性能也越来越好，C语言已成为现代单片机应用系统开发中效常用的高级语言。但不管使用何种语言，最终还是需要翻译成机器语言，调试正常后，通过烧录器固化到单片机或片外程序存储器中。至此，程序编写即告完成。