（1）總體規(guī)劃：軟件所要完成的任務已在總體設計時規(guī)定，在具體軟件設計時，要結合硬件結構，進一步明確軟件所承擔的一個個任務細節(jié)，確定具體實施的方法，合理分配資源。
（2）程序設計技術：合理的軟件結構是設計一個性能優(yōu)良的單片機應用系統(tǒng)軟件的基礎。在程序設計中，應培養(yǎng)結構化程序設計風格，各功能程序實行模塊化、子程序化。一般有以下兩種設計方法：
（a）模塊程序設計：模塊程序設計是單片機應用中常用的一種程序設計技術。它是把一個較長的程序分解為若干個功能相對獨立的較小的程序模塊，各個程序模塊分別設計、編程和調試，最后由各個調試好的模塊組成一個大的程序。其優(yōu)點是單個功能明確的程序模塊的設計和調試比較方便，容易完成，一個模塊可以為多個程序所共享。其缺點是各個模塊的連接有時有一定難度。
（b）自頂向下的程序設計：自頂向下程序設計時，先從主程序開始設計，從屬程序或子程序用符號來代替。主程序編好后再編制各從屬程序和子程序，最后完成整個系統(tǒng)軟件的設計。其優(yōu)點是比較符合于人們的日常思維，設計、調試和連接同時按一個線索進行，程序錯誤可以較早的發(fā)現(xiàn)。缺點是上一級的程序錯誤將對整個程序產(chǎn)生影響，一處修改可能引起對整個程序的全面修改。
（3）程序設計：在選擇好軟件結構和所采用的程序設計技術后，便可著手進行程序設計，將設計任務轉化為具體的程序。
（a）建立數(shù)學模型：根據(jù)設計任務，描述出各輸入變量和各輸出變量之間的數(shù)學關系，此過程即為建立數(shù)學模型。數(shù)學模型隨系統(tǒng)任務的不同而不同，其正確度是系統(tǒng)性能好壞的決定性因素之一。
（b）繪制程序流程圖：通常在編寫程序之前先繪制程序流程圖，以提高軟件設計的總體效率。程序流程圖以簡明直觀的方式對任務進行描述，并很容易由此編寫出程序，故對初學者來說尤為適用。
在設計過程中，先畫出簡單的功能性流程圖（粗框圖），然后對功能流程圖進行細化和具體化，對存儲器、寄存器、標志位等工作單元作具體的分配和說明，將功能流程圖中每一個粗框的操作轉變?yōu)榫唧w的存儲器單元、工作寄存器或I/O口的操作，從而給出詳細的程序流程圖（細框圖）。
（c）程序的編制：在完成程序流程圖設計以后，便可以編寫程序。程序設計語言對程序設計的影響較大。匯編語言是最為常用的單片機程序語言，用匯編語言編寫程序代碼精簡，直接面向硬件電路進行設計，速度快，但進行大量數(shù)據(jù)運算時，編寫難度將大大增加，不易閱讀和調試。在有大量數(shù)據(jù)運算時可采用C語言（如MCS-51的C51）或PL/M語言。
編寫程序時，應注意系統(tǒng)硬件資源的合理分配與使用，子程序的入/出口參數(shù)的設置與傳遞。采用合理的數(shù)據(jù)結構、控制算法，以滿足系統(tǒng)要求的精度。在存儲空間分配時，應將使用頻率最高的數(shù)據(jù)緩沖器設在內部RAM；標志應設置在片內RAM位操作區(qū)（20H～2FH）中；指定用戶堆棧區(qū)，棧區(qū)的大小應留有余量；余下部分作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
在編寫程序過程中，根據(jù)流程圖逐條用符號指令來描述，即得匯編語言源程序。應按MCS-51匯編語言的標準符號和格式書寫，在完成系統(tǒng)功能的同時應注意保證設計的可靠性，如數(shù)字濾波、軟件陷阱、保護等。必要時可作若干功能性注釋，提高程序的可讀性。
（4）軟件裝配：各程序模塊編輯之后，需進行匯編或編譯、調試，當滿足設計要求后，將各程序模塊按照軟件結構設計的要求連接起來，即為軟件裝配，從而完成軟件設計。在軟件裝配時，應注意軟件接口。