单片机应用系统的开发大体可分为三个阶段
1)确定任务，完成总体设计
(1)确定设计任务和系统功能指标，编写设计任务书
在单片机应用系统开发的前期阶段，首先必须认真细致地调查研究，深入了解用户各个方面的技术要求，了解国内外相似课题的技术水平，进行系统分析，摸清软件、硬件设计的技术难点等。然后确定课题所要完成的任务和应具备的功能，以及要达到的技术指标。综合考虑各种因素提出设计的初步方案，编写设计任务书。
设计任务书不但要明确系统设计任务，还要对系统规模做出规定，如主机机型、分机机型、配备哪些外围设备等，这是硬件设计、成本的依据。同时还应详尽说明系统的指标参数，操作规范，这是软件设计的基础。
(2)总体设计
拟定总体设计方案一般要通过认真调研、论证，最后定稿，以避免方案上的疏忽造成软件、硬件设计产生较大的返工，延误项目开发进程一总体方案的关键性计算难点，应设专题深入讨论，如传感器的选择。传感器常常是测试系统中的关键环节，一个设计合理的测控系统，往往会因传感器精度、非线性、温漂等指标限制，造成系统达不到指标要求。
总体设计要选择确定系统硬件的类型和数量，绘出系统硬件的总框图。其中主机电路是系统硬件的核心，耍依据系统功能的复杂程度、性能指标、精度要求，选定一种性能价格比合适的单片机型号，同时根据需要选定外围扩展芯片、人机接口电路及配置外部设备。
输入/输出通道是系统硬件的重要组成部分，总体设计要根据信号参数、功能指标要求合理选择通道数量、通道的结构、抗干扰措施、驱动能力等，确定输入/输出通道所需的硬件类型和数量。硬件电路各种类型的选择，一般都要进行综合比较，这些比较和选择必须是在局部试验的基础之上完成的。
总体设计还应完成软件设计任务分析，绘出系统软件的总框图。设计人员还应反复权衡哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，对软件、硬件比例做出合理安排。
总体设计一旦确定，系统的大致规模、软件的基本框架就确定了。然后就可将系统设计任务按功能模块分解成若干课题，拟定出详细的工作计划，使后面的软件、硬件设计同时并行展开。
2)硬件、软件设计与调试 U209B
(1)硬件设计
总体设计之后，就进入正式研制阶段。为使硬件设计尽可能合理，应注意下列原则。
①尽可能选择典型电路，采用硬件移植技术，力求硬件标准化、模块化。
②尽可能选择功能强的新型芯片取代若干普通芯片，以简化硬件电路，同时随着新型芯片价格不断降低，硬件系统成本也可能育所下降。
③系统扩展与配置应充分满足应用系统的功能要求，并留有余地，以备将来系统维护及更新换代。
④尽可能以软代硬。软、硬件具有可换性，硬件多了不但会增加成本，而且使系统出现故障的概率增加。以软代硬的实质是以时间代空间，可见这种代替是以降低系统的实时性为代价的。同此，考虑以软代硬的原则，应以不影响系统的性能为前提。
⑤可靠性及抗干扰设计。为确保系统长期可靠运行，硬件设计必须采取相应的可靠性及抗干扰措施，包括芯片、器件选择，去耦滤波，合理布线，通道隔离等。
⑥必须考虑驱动能力。单片机各I/O端口的负载能力有限，外部扩展应不超过其总负载能力的70%，如果扩展芯片较多，可能造成负载过重，系统工作不可靠。此时，应考虑设置线路驱动器。
⑦监测电路的设计。系统运行中出现故障，应能及时报警，这就要求系统具有自诊断功能，必须为系统设计有关监测电路。
⑧结构工艺设计。结构工艺设计是单片机应用系统设计的重要内容，可以单独列为硬件设计、软件设计之外的第三项设计内容，这里把它放在硬件设计中来研究。结构工艺设计包括系统设备的造型、壳体结构、外形尺寸、面板布局、模块固定连接方式、印制电路板、配线和插接件等。要求尽量做到标准化、规范化、模块化。一般以单片机为核心的产品，其单片机系统都足内装式、嵌入式，与设备本身有机地融为一体，这类产品都要求结构紧凑、美观大方，人机界面友好，便于操作、安装、调试及维修。
为提高硬件设计质量，加快研制速度，通常在设计印制电路板时，考虑开辟一小片机动布线区。在机动布线区中，可以插入若干片集成电路插座，并有金属化孔，但无布线。当样机研制中发现硬件电路有明显不足需要增加若干元器件时，可在机动布线区中临时拉线来完成，从而避免大返工。
(2)软件设计
单片机应用系统的设计以软件设计为重点，软件设计的工作量比较大。首先将软件总框图中的各功能模块具体化，逐级画出详细框图，作为软件设计的依据。
编程可采用汇编语言或各种高级语言。对于规模不大的软件多采用汇编语言编写，而对于较复杂的软件，且运算任务较重时，可考虑采用高级语言编程。C51、C96交叉编译软件是近年来较为流行的一种软件开发工具，它采用c语言编写源程序。
软件设计应当尽可能采用结构化设计和模块化编程的方法，这有利于查错、调试和增删程序。为提高可靠性，应实施软件抗干扰措施，编程必须进行优化，仔细推敲，合理安排，利用各种程序设计技巧，设计出结构清晰，便于调试和移植，占内存空间小，执行时间短的应用程序。
(3)碗件、软件调试
单片机应用系统硬件、软件研制与调试，由于单片机系统本身不具备自开发能力，所以必须借助于开发工具——单片机开发系统。通过它可方便地进行编程、汇编、调试、运行、仿真等操作。
单片机开发系统性能的优劣直接影响应用系统的设计水平和研制的工作效率。目前使用较多的是“通用型开发系统”，由通用微机系统、在线仿真器、EPROM及EEPROM读/写器等部分组成，如图5.3所示。另外，还有“简易型开发系统”、“软件模拟开发系统”、“专用开发系统”等。
硬件调试分以下两步进行。
①硬件电路检查。硬件电路检查在单片机开发系统之外进行，可用万用表、逻辑笔等常规工具，检查电路制作是否正确无误，要核对元器件规格、型号，检查芯片间连线是否正确，是否有短路、虚焊等故障，对电源系统更应仔细检查以防电源短路，极性错误。
②硬件诊断调试。硬件诊断调试在单片机开发系统上进行，用单片机开发系统的仿真头代替应用系统的单片机，再编制一些调试程序，即可迅速排除故障完成硬件的诊断调试。
硬件电路运行是否正常，还可通过测定一些重要的波形来确定。例如，可检查单片机及扩展器件的几个控制信号的波形与硬件手册所规定的指标是否相符，断定其工作正常与否。
3)系统总调、性能测定
系统样机装配好之后，还必须进行联机总调，排除应用系统样机中的软件、硬件故障。在总调阶段还毖须进行系统性能指标测试，以确定是否满足设计要求，写出性能测试报告。系统样机联机总调、测试工作正常之后便可投入现场试用。
最后一项重要工作是编制设计文件，这不仅是单片机应用系统开发工作的总结，而且是系统使用、维修、更新的重要技术资料文件。设计文件内容应包括：设计任务和功能描述；设计方案论证；性能测试和现场使用报告；使用操作说明；硬件资料：硬件逻辑图、电路原理图、元件布置和接线图、接插件引脚图和印制电路板图等；软件资料：软件框图和说明，标号和子程序名称清单，参量定义清单，存储单元和输入/输出口地址分配表以及程序清单。
随着技术的进步，单片机应用系统开发可采用在系统可编程技术，即采用JTAG接口完成系统软件设计和调试，仅仅需要一根下载线和一台通用PC及相关软件。
