从嵌入式应用系统设计角度来看，任何一个嵌入式产品或嵌入式应用系统都是一个输入/输出处理系统。广义地说，所处理的物理量可分为模拟量、开关量与数字量。若能了解一个实际的对象系统有哪些输入的物理量，哪些输出的物理量以及它们之间的内在关系，就可以设计出以MCU为核心的嵌入式应用系统，并通过编程实现输入/输出之间的关系。本节从一般角度讨论这个问题，给读者一个嵌入式应用系统的初步轮廓，同时希望读者在本书的基本实验完成之后，再一次体会这种一般构成。
1.3.1 嵌入式产品的一般构成
一个以MCU为核心，比较复杂的嵌入式产品或实际嵌入式应用系统，包含模拟量的输入、模拟量的输出，开关量的输入、开关量的输出及数据通信的部分。而所有嵌入式系统中最为简单和普遍的则是嵌入式测控系统。图1-3给出了一个典型的嵌入式测控系统框图。
实际模拟信号一般来自相应的传感器。例如，要测量室内的温度，就需要温度传感器。但是，一般传感器将实际的模拟信号转成的电信号都比较弱，MCU无法直接获得该信号，需要将其放大，然后经过模/数(A/D)转换变为数字信号，进行处理。目前许多MCU内部包含A/D转换模块，实际应用时也可根据需要外接A/D转换芯片。常见的模拟量有：温度、湿度、压力、重量、气体浓度、液体浓度、流量等。对MCU来说，模拟信号通过A/D转换变成相应的数字序列进行处理。
实际开关信号一般也来自相应的开关类传感器。如光电开关、电磁开关、干簧管（磁开关）、声控开关、红外开关等等，一些儿童电子玩具中就有一些类似的开关。手动开关也可作为开关信号送到MCU中。对MCU来说，开关信号就是只有“0”和“1”两种可能值的数字信号。
其他输入信号通过某些通信方式与MCU沟通。常用的通信方式有：异步串行(SCI)通信方式、串行外设接口(SPI)通信方式、并行通信方式、USB通信方式、网络通信（uIP）方式等。
在执行机构中，有开关量执行机构，也有模拟量执行机构。开关量执行机构只有“开”、“关”两种状态。模拟量执行机构需要连续变化的模拟量控制。MCU一般是不能直接控制这些执行机构，需要通过相应的驱动电路实现。还有一些执行机构，既不是通常开关量控制，也不是通常D/A转换量控制，而是“脉冲”量控制，如控制调频电动机，MCU则通过软件对其控制。
1.3.2 嵌入式产品的一般开发方法
嵌入式产品的开发应遵循软件工程的原则。但是，软件工程的原则是要自己在学习软件工程之后，在实践中慢慢体会的。做任何一个项目，首先要在计算机硬盘上建立一个以项目名称（或简称）为文件夹名的文件夹，以便统一管理项目开发过程中的资料。同时在这个独立的文件夹下，建立“参考资料”、“设计文档”、“硬件设计”、“软件设计”、“其他”等下一级文件夹，必要时还要建立一些以日期命名的文件夹，随着工作的进展安排在相应的文件夹下。总之，要清晰、合理地放置您的工作资料。对于一些中小型嵌入式产品或应用系统的开发过程，在进行基本需求与功能分析之后，可以进入设计阶段。这里对设计阶段开始后的工作过程，提出一些建议和步骤，供参考。注意每个过程的工作必须写入设计文挡。
1．基本输入/输出分析
对系统进行输入/输出分析是整个工程的第一步，应该以MCU系统为核心展开。输入分析分为开关量类与模拟量类，应分别列表。开关类输入样表见表1-1。模拟量类输入样表见表1-2。输出分析也可分为开关量类与模拟量类。开关类输出样表见表1-3。模拟量类输出样表见表1-4。还可以对通信类输入、键盘类输入进行必要的列表，参照进行。
2.MCU的选择
嵌入式系统的核心就是各种不同类型的MCU。在进行了详细的输入输出分析后，设计者就可以根据该系统的特性，为其选择一款合适的MCU。原先对于MCU的选择，开发人员往往会使用固定的一款MCU(例如MCS-51系列)，根据嵌入式系统的不同功能，配以不同的外设芯片。但随着电子技术和半导体技术的发展，这种开发选型方法已逐渐被淘汰，取而代之的是以功能模块芯片内聚化为主导的MCU选择方式。这种方式不仅减少了外部芯片数量，降低开发成本和系统功耗，还大大提高了系统的稳定性。
选择MCU时要考虑的因素有：处理性能、功耗、价格、封装形式、软硬件开发工具、设计者的熟悉程度等。一个MCU的性能取决于多个因素，如时钟频率、内部寄存器大小、I/O口个数、集成何种外设模块等。对于许多嵌入式系统设计来说，目标不是在于挑选速度最快并且功能最强的MCU(这样的MCU往往价格较高)，而是选择对于完成功能最合适的MCU。以下的几点选型原则可供读者参考：MCU的总I/O口个数应略多于系统功能所需的个数，以备功能扩展和调试时使用；对于使用到的外设功能模块应尽可能集成在MCU的内部，以简化硬件系统，减少系统工作功耗，提高系统的可靠性；尽量选择设计者较为熟悉和开发工具完备的芯片型号，这样可以减少开发周期，提高开发效率。关于MCU的位数，不是16位一定比8位好，也不是32位一定比16位或8位好，应该根据基本选择原则进行。没有什么嵌入式系统32位时代之说，那只是一些宣传抄作类语言。应该充分认识嵌入式应用系统开发的本质，选择合适的芯片进行开发。
3．选择评估系统并对与MCU相关的硬件进行初步评估
选择一个合适的评估工具，利用该工具可以评估系统的大部分输入/输出与通信模块。也可以自行搭建硬件评估系统。有一些开发系统带有较大的IC扩展区域，利用现有的MCU可以进行新系统的一些初步评估。在此过程中，子程序尽可能规范设计，把与MCU引脚相关的程序分离出来，做成独立的子程序（MCU的引脚分配应独立列表）。与MCU引脚相关的子程序，应该做到可方便地重新定义引脚，一般放在“头文件”中或子程序前部，以便实际使用中更改。应该遵守“面向硬件对象封装”原则（参考本书的例程），进行硬件驱动子程序的开发。这一过程中，应该对与MCU引脚相关的硬件系统，通过MCU软件进行独立的评估，并产生一些规范的子程序及其测试程序。当然，这里并不是测试完整的硬件模块，而是截取靠近MCU的部分进行编程与测试。例如，要测量温度，这一过程并不要求温度传感器、放大器等部件，而是用一个电位器取代，目的是要编制A/D转换子程序，并进行测试程序的编制。
4．设计并制作硬件系统
有了以上的工作，就可以对所选的MCU进行硬件系统的设计工作了。设计时，应以MCU为核心，逐个硬件模块进行。进行PCB布板时，滤波电容应靠近芯片引脚并尽量加粗电源线。对于每一硬件模块都应用线框在一起并用文字注明。PCB板上要充分考虑预留测试点和MCU引脚接口，以便后续测试和功能扩展时使用。
5．进行硬件系统的模块测试
硬件板制作出来之后，应首先焊接MCU（或其插座）及其支撑电路，利用软件测试其是否正常工作。若正常工作，再从由简单的硬件模块到复杂的硬件模块逐步焊接上去，每个模块焊接之后，都必须用第3步给出的测试程序进行测试，测试正确方可进行下一步，并把注意点记入备忘录中，以便进行硬件修改。这样，可以完成硬件的第一版工作，若不正常，不可以进行下一步工作。
6．软件系统设计
有了硬件系统和基本软件模块，在此基础上进行软件设计。可以参照软件工程的一些工作规范进行。对于不使用嵌入式实时操作系统的应用系统，可以参考面向硬件对象编程和程序模块化封装的思想，将与硬件相关的驱动程序与功能性程序分割开来，以提高程序运行效率和可读性。对于基于嵌入式实时操作系统的应用系统，则必须合理的安排和划分任务，充分发挥嵌入式实时操作系统的性能和优势。
7．系统测试
测试是一个过程，它的根本任务是发现系统中的缺陷，在系统开发过程中，测试是一个基本要素，它有助于提高系统的品质。测试的目标是使得系统更加完善，对环境的适应能力更强。
为了达到测试目标，每一个测试过程都包含这些：制定计划、列出测试清单和执行测试用例。
8．进一步工作
接下来接收用户信息反馈、完善、文档分类整理等工作，使一个项目有头有尾，同时也积累开发经验与素材。
