1、硬件設計的基本原則
【1】良好的性價比
系統(tǒng)硬件設計中，一定要注意在滿足性能指標的前提下，盡可能地降低價格，以便得到高的性能價格比，這是硬件設計中優(yōu)先考慮的一個主要因素。因為系統(tǒng)在設計完成后，主要的成本便集中在硬件方面，當然也成為產品爭取市場關鍵因素之一。
【2】安全性和可靠性
選購設備要考慮環(huán)境的溫度、濕度、壓力、振動、粉塵等要求，以保證在規(guī)定的工作環(huán)境下，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠。要有超量程和過載保護，保證輸入、輸出通道正常工作。要注意對交流市電以及電火花等的隔離。
【3】較強抗干擾能力
有完善的抗干擾措施，是保證系統(tǒng)精度、工作正常和不產生錯誤的必要條件。例如強電與弱電之間的隔離措施，對電磁干擾的屏蔽，正確接地、高輸人阻抗下的防止漏電等。
2、軟件設計的基本原則
【1】結構合理
程序應該采用結構模塊化設計。這不僅有利于程序的進一步擴充或完善，而且也有利于程序的后期修改和維護。
【2】操作性能好，使用方便，具備良好的人機界面。
【3】具有一定的保護措施和容錯功能
系統(tǒng)應設計一定的檢測程序，例如狀態(tài)檢測和診斷程序，以便系統(tǒng)發(fā)生故障時，便于查找故障部位。對于重要的參數(shù)要定時存儲，以防止因掉電而丟失數(shù)據(jù)。
【4】提高程序的執(zhí)行速度，盡量減小占用系統(tǒng)的內存。
【5】給出必要的程序說明，便于后期程序維護。
二、系統(tǒng)設計的一般步驟
1、分析問題和確定任務
在進行系統(tǒng)設計之前，必須對要解決的問題進行調查研究、分析論證。如產品的應用場合、面向的客戶類型等。在此基礎上，根據(jù)實際應用中的問題提出具體的要求，確定系統(tǒng)所要完成的數(shù)據(jù)采集" title="數(shù)據(jù)采集">數(shù)據(jù)采集任務和技術指標，確定調試系統(tǒng)和開發(fā)軟件的手段等。另外，還要對系統(tǒng)設計過程中可能遇到的技術難點做到心中有數(shù)，初步定出系統(tǒng)設計的技術路線。
2、確定采樣周期Ts
采樣周期Ts決定了采樣數(shù)據(jù)的質量和數(shù)量。利用采樣定理和系統(tǒng)設指標來確定采樣周期。
3．系統(tǒng)總體設計
在系統(tǒng)總體設計階段，一般應做以下幾項工作。
【1】進行硬件和軟件的功能分配
一般來說，多采用硬件，可以簡化軟件設計工作，并使系統(tǒng)的速度性能得到改善，但成本會增加，同時，也因接點數(shù)增加而增加不可靠因素。若用軟件代替硬件功能，可以增加系統(tǒng)的靈活性，降低成本，但系統(tǒng)的工作速度也降低。要根據(jù)系統(tǒng)的技術要求，在確定系統(tǒng)總體方案時進行合理的功能分配。
【2】系統(tǒng)A／D通道方案的確定
（1）模擬信號輸人范圍、被采集信號的分辨率；
（2）完成一次轉換所需的時間；
（3）模擬輸入信號的特性是什么，是否經過濾波，信號的最高頻率是多少；
（4）模擬信號傳輸所需的通道數(shù)；
（5）多路通道切換率是多少，期望的采樣/保持器的采集時間是多少；
（6）在保持期間允許的電壓下降是多少；
（7）通過多路開關及信號源串聯(lián)電阻的保持器旁路電流引起的偏差是多少；
（8）所需精度（包括線性度、相對精度、增益及偏置誤差）是多少；
（9）當環(huán)境溫度變化時，各種誤差限制在什么范圍，在什么條件下允許有漏碼；
（10）各通道模擬信號的采集是否要求同步；
（11）所有的通道是否都使用同樣的數(shù)據(jù)傳輸速率；
（12）數(shù)據(jù)通道是串行操作還是并行操作；
（13）數(shù)據(jù)通道是隨機選擇，還是按某種預定的順序工作；
（14）系統(tǒng)電源穩(wěn)定性的要求是什么，由于電源變化引起的誤差是多少；
（15）電源切斷時是否可能損壞有關芯片（對CMOS的多路開關是安全的，因為當電源切斷時，多路開關是打開的；而對結型FET多路開關是接通的，因此有損壞芯片的可能。
【3】確定微型計算機的配置方案
可以根據(jù)具體情況，采用微處理器芯片、單片微型機芯片、單板機、標準功能模板或個人微型計算機等作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制處理機。選擇何種機型，對整個系統(tǒng)的性能、成本和設計進度等均有重要的影響。
【4】操作面板的設計
（1）輸人和修改源程序；
（2）顯示和打印各種參數(shù)
（3）工作方式的選擇；
（4）啟動和停止系統(tǒng)的運行。
為了完成上述功能，操作面板一般由數(shù)字鍵、功能鍵、開關、顯示器件以及打印機等組成。
【5】系統(tǒng)抗干擾設計
對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其抗干擾能力要求一般都比較高。因此，抗干擾設計應貫穿于系統(tǒng)設計的全過程，要在系統(tǒng)總體設計時統(tǒng)一考慮。
三、硬件和軟件的設計
【1】硬件設計
硬件設計的任務是以所選擇的微型機為中心，設計出與其相配套的電路部分，經調試后組成硬件系統(tǒng)。采用單片機的硬件設計過程。
（1）明確硬件設計任務
為了使以后的工作能順利進行，不造成大的返工，在硬件正式設計之前，應細致地制定設計的指標和要求，并對硬件系統(tǒng)各組成部分之間的控制關系、時間關系等作出詳細的規(guī)定。
（2）盡可能詳細地繪制出邏輯圖、電路圖當然，在以后的實驗和調試中還要不斷地對電路圖進行修改，逐步達到完善。
（3）制作電路和調試電路
按所繪制的電路圖在實驗板上連接出電路并進行調試，通過調試，找出硬件設計中的毛病并予以排除，使硬件設計盡可能達到完善。調試好之后，再設計成正式的印刷電路板。
【2】軟件設計
（1）明確軟件設計任務
在軟件正式設計之前，首先必須要明確設計任務。然后，再把設計任務加以細致化和具體化，即把一個大的設計任務，細分成若干個相對獨立的小任務，這就是軟件工程學中的“自頂向下細分”的原則。
（2）按功能劃分程序模塊并繪出流程圖
將程序按小任務組織成若干個模塊程序，如初始化程序、自檢程序、采集程序、數(shù)據(jù)處理程序、打印和顯示程序、打印報警程序等，這些模塊既相互獨立又相互聯(lián)系，低一級模塊可以被高一級模塊重復調用，這種模塊化、結構化相結合的程序設計技術既提高了程序的可擴充性，又便于程序的調試及維護。
（3）程序設計語言的選擇
選用何種語言與硬件選擇有關。
（4）調試程序
首先，對子程序進行調試，不斷地修改出現(xiàn)的錯誤，直到把子程序調好為止，然后再將主程序與子程序連接成一個完整的程序進行調試。
其次，調試程序時，在程序中插人斷點，分段運行，逐段排除錯誤。
最后，將調試好的程序固化到EPRO（系統(tǒng)采用微處理器、單板機、單片機時）或存入磁盤（系統(tǒng)采用個人微機時），供今后使用。
四、舉例說明（壓力采集與分析）
系統(tǒng)設計背景：
壓力傳感器生產單位在產品出廠前必須對所生產傳感器進行全檢，而且壓力傳感器的產量很大，人工檢測的方法不僅效率低，產品質量也得不到保證。于是生產單位便要求一套綜合檢測設備，既要滿足檢測效率，又要保證檢測品質。
系統(tǒng)設計分析：
（1）深刻了解被檢壓力傳感器特性，如供電方式，信號輸出類型及范圍，精度，重復性，線性，遲滯，溫漂等基本參數(shù)。
（2）檢測為生產的后續(xù)保障，因此檢測效率應略大于生產效率。即適當選擇系統(tǒng)每次測試傳感器的數(shù)量和每次測試所需的時間，以及檢測員每次安裝被檢傳感器的時間等。此項內容一般需與生產單位工藝人員共同分析。
（3）熟悉產品檢驗流程和主要測試性能指標。國內一般的壓力傳感器生產單位的核心測試部件均為外購件，在來料檢驗過程中就已經對傳感器進行基本檢驗了，而成品檢驗一般主要針對在生產過程中是否對傳感器造成了損壞或其他項目。一般主要檢測傳感器的精度和線性，并按照全檢原則。而重復性和溫漂一般按月按比例進行抽檢！、
（4）根據(jù)實際情況，進行詳盡分析，此處不再贅述！
系統(tǒng)平臺搭建：
（1）根據(jù)要求設計傳感器安裝工裝，測試臺外殼等機械部分，不再贅述！
（2）為提高檢測效率，硬件設計須搭建多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可使用多路模擬開關與AD采集電路搭建，成本低，設計簡單，但開發(fā)周期較長，并且在穩(wěn)定性與可靠性方面必須給予足夠的測試。也可以使用多功能數(shù)據(jù)采集卡，如NI、研華等廠商，研發(fā)周期短，可靠性高，但成本較高。必須根據(jù)實際情況合理選擇。
（3）軟件平臺可使用VB、VC或Labview作為開發(fā)平臺，主要在于良好的人機界面、采集模塊與計算機通訊總線選擇，以及數(shù)據(jù)分析與處理功能。根據(jù)設計者的實際情況選擇。