單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用論文參考范文
單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用論文參考范文
單片機(jī)技術(shù)在我們的生活中的應(yīng)用非常廣泛，比如各種智能IC卡、電子寵物等。 學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的單片機(jī)技術(shù)論文參考范文，歡迎大家閱讀參考。
單片機(jī)技術(shù)論文參考范文篇一：《單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)探究》
摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)因?yàn)槠鋸?qiáng)大的控制系統(tǒng)目前被廣泛應(yīng)用到了野外作業(yè)、企業(yè)生產(chǎn)和軍事指揮監(jiān)控之中。文章介紹了單片機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)方案，并對(duì)單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);監(jiān)控;數(shù)據(jù);通信技術(shù)
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)前將超大規(guī)模集成電路集成到一個(gè)很小硅片上的技術(shù)已經(jīng)得到了實(shí)現(xiàn)，由此帶來(lái)了單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。目前的單片機(jī)，已經(jīng)由最初的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300 M高速單片機(jī)。32位單片機(jī)由于內(nèi)部采用了RISC(精減指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī))機(jī)構(gòu)，因而優(yōu)化了指令系統(tǒng)，同時(shí)也帶來(lái)了快捷的運(yùn)算速度和超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)由于其使用方便，具有強(qiáng)大的中斷控制系統(tǒng)、定時(shí)/事件控制系統(tǒng)，同步/異步通信控制系統(tǒng)，因而可以利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)分散測(cè)控對(duì)象的監(jiān)控。目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到野外作業(yè)、企業(yè)生產(chǎn)和軍事指揮控制之中了。
1 單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方案介紹
監(jiān)控系統(tǒng)需要有一個(gè)主站、若干個(gè)機(jī)動(dòng)從站構(gòu)成。主站的作用在于收集來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)信息，發(fā)布控制命令及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化轉(zhuǎn)臺(tái)。從站位于固定機(jī)房、無(wú)人值守間及野外作業(yè)站等地方，其主要功能是對(duì)傳感器的指示數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收、對(duì)Karlman濾波后的生產(chǎn)工藝方程進(jìn)行解算和相關(guān)顯控處理等。主站與從站之間的通信方式采用點(diǎn)與點(diǎn)之間的碼分多址通信。
從站電路功能如圖1所示。
?、僦髡竞蛷恼咀远x了60芯的專(zhuān)用系統(tǒng)信號(hào)，結(jié)構(gòu)采用雙CPU(80C196、8031)擴(kuò)展STD總線結(jié)構(gòu)。為了和數(shù)據(jù)通信板的8031之間數(shù)據(jù)交換的便利，將0C000H-0C3FFH分配給雙口RAM(IDT7130)。為了方便調(diào)試非全地址譯碼I/O空間，芯片類(lèi)型選擇了在線可編程芯片ISP2031。
?、诟墩撅@控電路。顯控主芯片采用MC6847，將80C196地址空間的0A000-0C000H分出供顯存占用，監(jiān)視器選擇工業(yè)級(jí)CRT，屏幕分辨率800×600.自建專(zhuān)用12×12非標(biāo)準(zhǔn)漢字庫(kù)。選擇8279型號(hào)主芯片進(jìn)行鍵盤(pán)控制。
?、凼褂肐/O板，進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。采用數(shù)字濾波技術(shù)消除模擬輸入信號(hào)的噪聲，為了使運(yùn)行混亂的程序重新步入正規(guī)，采用在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的NOP，造成指令冗余的方式，避免后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行，從而使程序自動(dòng)納入正軌。
?、苤悄芙涌诎逍酒捎?片MC6821控制芯片，通過(guò)對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位，達(dá)到和模擬器數(shù)據(jù)通信的目的。
?、蒉D(zhuǎn)臺(tái)方位轉(zhuǎn)換電路。同步傳輸機(jī)的模擬方位信號(hào)經(jīng)由分立元器件電路獲取后，予以一定的信號(hào)分離處置，轉(zhuǎn)變成直流電平，經(jīng)CPU切換后由AD變換電路分析出方位數(shù)據(jù)。其他傳感器轉(zhuǎn)換電路，采用高性能計(jì)數(shù)器記錄下同步脈沖信號(hào)，最后由CPU進(jìn)行處理。
2 有線/無(wú)線數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)在于中遠(yuǎn)距離通信方案的選擇，對(duì)于單片機(jī)串行口來(lái)說(shuō)，目前尚無(wú)法有效適應(yīng)中遠(yuǎn)距離通信的需要，如果從站間距離較遠(yuǎn)，則點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離就將超過(guò)1 km，這時(shí)候，需要采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)。
2.1 有線數(shù)據(jù)通信
有線數(shù)據(jù)通信主要以電話線為主，經(jīng)過(guò)數(shù)字調(diào)制解調(diào)器處理(Modem)，形成FSK調(diào)制信號(hào)。我們可以選用TI公司生產(chǎn)的單片CMOS工藝的Modem，這種調(diào)制解調(diào)器符合CCITTV.23建議和BELL202標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通信信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、載波檢測(cè)，以及群延時(shí)均衡等功能。單片機(jī)的串行口RXD、TXD可以實(shí)現(xiàn)和RD及TD腳的直接相接。RXB腳的作用在于對(duì)接受信號(hào)偏壓調(diào)整，門(mén)限電平則進(jìn)行片內(nèi)調(diào)整。為保證良好的收發(fā)性能，需要精確調(diào)整CDL腳作載波檢測(cè)電平的W1、W2參數(shù)。RC、TC經(jīng)過(guò)兩級(jí)調(diào)制解調(diào)運(yùn)放及1∶1變壓線圈隔離后外接電纜插件。
2.2 無(wú)線數(shù)、話一體通信
當(dāng)前，隨著無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的日益成熟，在遇到復(fù)雜地形或者無(wú)法架設(shè)有線傳輸設(shè)備的時(shí)候，我們常常選擇無(wú)線設(shè)施進(jìn)行通信數(shù)據(jù)的傳輸。無(wú)線數(shù)據(jù)模塊的選擇在過(guò)去經(jīng)常以MSM6927為主，該模塊是日本OKI公司生產(chǎn)的一種單片集成、采用FSK調(diào)制的Modem。目前，隨著我國(guó)無(wú)線通信模塊技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)一些廠商的設(shè)備也達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)工藝水平。如東莞博銀KY-903，采用采用溫補(bǔ)頻率基準(zhǔn)源，頻率合成技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，靈活組網(wǎng)。另外，提供了模擬通道，在實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，也可以實(shí)現(xiàn)話音的傳送，從而為系統(tǒng)監(jiān)控提供了更大的便利。
2.3 通信軟件設(shè)計(jì)
具體通信方法，采取先對(duì)主機(jī)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，然后向各從機(jī)發(fā)布通信信息，以檢驗(yàn)各從機(jī)是否及時(shí)相應(yīng)，如未及時(shí)響應(yīng)的從機(jī)，就將之從通信序列中清除出去，在實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程之前，應(yīng)設(shè)定主機(jī)與從機(jī)之間的響應(yīng)規(guī)則，以避免多點(diǎn)同時(shí)響應(yīng)導(dǎo)致的通信擁堵現(xiàn)象發(fā)生。
3 單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)措施
單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)常作為外部嵌入式系統(tǒng)而發(fā)揮監(jiān)控作用，因而，為保證其正常工作，務(wù)必需要采取一定的保護(hù)措施，以時(shí)期可靠地進(jìn)行工作。
?、龠m時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)，進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，不斷提高軟硬件的抗干擾能力。
?、谕饨与娫础⑼ㄐ烹娎|等裝置都要加裝防雷擊、防風(fēng)雨、防腐蝕裝置，如加裝防雷保護(hù)器，選用防腐蝕套管等。此外，應(yīng)經(jīng)常對(duì)外露設(shè)施進(jìn)行定期檢驗(yàn)，做到發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及早解決。
?、鄄粩鄡?yōu)化算法設(shè)計(jì)。算法優(yōu)化能夠有效提高系統(tǒng)的可使用性。如Karlman濾波、AD采樣后的“野值”剔除處理等。通過(guò)不斷優(yōu)化算法，達(dá)到提高運(yùn)算速率，增強(qiáng)處理能力的作用。
?、茏龊梅钦?fù)位工作。由于野外環(huán)境復(fù)雜，系統(tǒng)在使用過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)電壓異?；蛘邤嚯娛鹿实陌l(fā)生，一旦出現(xiàn)意外，系統(tǒng)就將出現(xiàn)非正常復(fù)位現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)非正常復(fù)位的時(shí)候，先要恢復(fù)一些必要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如顯示模塊的初始化、片外擴(kuò)展的初始化等。然后再對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)等予以恢復(fù)。之后再把復(fù)位前的任務(wù)、參數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等恢復(fù)，再進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
4 結(jié) 語(yǔ)
目前，單片機(jī)以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和通信、控制能力，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了眾多的監(jiān)控系統(tǒng)之中了。隨著單片機(jī)系統(tǒng)模塊集成度越來(lái)越高，利用單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能，必將會(huì)更加的便捷、可靠。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王麗娟，陳海濤.單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及其應(yīng)用研究[J].華北水利水電學(xué)報(bào)，2005，(4).
[2] 薛萬(wàn)鈞.基于單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].科技風(fēng)，2009，(6).
[3] 淡海英.一種單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的分析與研究[J].成功，2009，(10).
[4]李少銀.一種新穎的單片機(jī)監(jiān)控電路[J].電子與自動(dòng)化，2006，(6).
單片機(jī)技術(shù)論文參考范文篇二：《淺談單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用》
[摘 要]隨著工業(yè)市場(chǎng)的不斷完善，從上世紀(jì)80年代至今，單片機(jī)因?yàn)樾《晟频南到y(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用;本著自身的優(yōu)點(diǎn)在時(shí)代不斷進(jìn)步的同時(shí)不被時(shí)代淘汰，體現(xiàn)在我們生活的方方面面;為人們作出卓越的貢獻(xiàn);本文就將結(jié)合單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，以及技術(shù)的發(fā)展，作出如下的分析以及見(jiàn)解，可以對(duì)單機(jī)片日后的發(fā)展有一定的推動(dòng)的意義。
[關(guān)鍵詞]單片機(jī) 技術(shù) 發(fā)展 應(yīng)用
單片機(jī)是一種體積小，系統(tǒng)完善，又被人們稱(chēng)為微型的計(jì)算機(jī);顧名思義。它是采用超大規(guī)模的電路集成的技術(shù)，將各種處理器和存儲(chǔ)器等集合在一起的控制器;本著節(jié)約成本、功能全、體積小的優(yōu)勢(shì);單片機(jī)的發(fā)展非常迅速;隨著人們生活水平的提高，對(duì)于有關(guān)生活的一切事物的質(zhì)量有了一定的追求，單片機(jī)的技術(shù)隨之也有了一定的提高。
一、單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展
單片機(jī)是一種芯片，主要用于集成電路;由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成的;最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、體積更小，對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。之前的技術(shù)使得單片機(jī)不能滿足人們的要求，加上單片機(jī)存儲(chǔ)量小，接口簡(jiǎn)單，功能不全等方面;隨著市場(chǎng)的需求不斷的發(fā)展，也做出了相應(yīng)調(diào)整和改進(jìn)。
1.單片機(jī)用電量的改變;隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟度，全靜態(tài)的設(shè)計(jì)使時(shí)鐘的頻率從直流到數(shù)十兆，都使得功耗不斷地下降。幾乎所有的單片機(jī)都擁有省電的模式，一般的單片機(jī)都能做到在3到6伏的范圍內(nèi)工作，對(duì)電池供電的單片機(jī)不再需要對(duì)電源采取穩(wěn)壓的措施。
2.噪聲及可靠性的改變;為了提升單片機(jī)更好抗干擾的能力，適應(yīng)各樣的工作環(huán)境，相關(guān)的工作人員，對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部進(jìn)行電路的整合，完善了相對(duì)于不穩(wěn)定因素的干擾。
3.速度的改變;微程序控制器發(fā)展中表現(xiàn)出來(lái)的速度越來(lái)越快，是以時(shí)鐘頻率越來(lái)越高為標(biāo)志的。而單片機(jī)則有所不同，為提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪聲，降低時(shí)鐘頻率，而不犧牲運(yùn)算速度，是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展之追求。
4.壽命的改變;壽命長(zhǎng)指得是單片機(jī)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長(zhǎng)壽命。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，微程序控制器更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快，傳統(tǒng)的單片機(jī)已被取代，使人們有了更多的選擇。
二、單片機(jī)的技術(shù)的應(yīng)用
單片機(jī)憑借自身的技術(shù)的飛速的發(fā)展，以及自身的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)進(jìn)入到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域;隨處可見(jiàn)他們的蹤影。
1.用于教育;單機(jī)片的不僅體積小巧、擴(kuò)展靈活、功率消耗低等特點(diǎn)，被人們應(yīng)用于多媒體教學(xué)、投影儀、飯卡等設(shè)備。
2.用于生活用品;單機(jī)片因?yàn)榈碗妷?、低消耗、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于各種家電中;像洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電視等。根據(jù)其可便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品、與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信等優(yōu)勢(shì)，如手機(jī)、電話機(jī)各種IC卡等隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，無(wú)限電領(lǐng)域等。
3.用于醫(yī)療設(shè)施;單片機(jī)利用其可靠性高、控制功能強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛用于分析儀、監(jiān)護(hù)儀、醫(yī)用呼吸機(jī)、超聲診斷儀器等等。
4.用于科研探究;單片機(jī)相當(dāng)于小型的計(jì)算機(jī)，所以可應(yīng)用在機(jī)器人識(shí)別系統(tǒng)、智能儀表、警報(bào)體統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等;單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。
5.用于智能儀器;根據(jù)其擴(kuò)展靈活，微型化的優(yōu)點(diǎn)，可用于不同類(lèi)型的傳感器方面，也可用于對(duì)于電壓、電流、濕度、溫度、等物理量的測(cè)量，結(jié)合單片機(jī)的控制使得設(shè)備更加先進(jìn)，安全。還涉及到很多的方面。
三、怎樣促進(jìn)單機(jī)片技術(shù)的發(fā)展
1.想要完善單片機(jī)技術(shù)，就要不斷的加強(qiáng)相關(guān)工作人員的自身知識(shí)量;閱讀相關(guān)的文章，瀏覽有關(guān)的單片機(jī)報(bào)道，了解每一個(gè)單片機(jī)的不同型號(hào)、類(lèi)別、性質(zhì);進(jìn)行相關(guān)的知識(shí)論證;不斷地豐富自身的知識(shí)儲(chǔ)備量，豐富自己的閱歷經(jīng)驗(yàn)。借鑒其他國(guó)家單片機(jī)在高端設(shè)備上的成功使用，結(jié)合過(guò)去的失敗，得出結(jié)論，取長(zhǎng)補(bǔ)短。
2.相關(guān)的研發(fā)人員，對(duì)于單片機(jī)的研發(fā)，要求技術(shù)熟練;有責(zé)任心、耐心;也可以請(qǐng)其他國(guó)家技術(shù)發(fā)達(dá)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員，介入知道培訓(xùn)。針對(duì)單片機(jī)技術(shù)提出不同的見(jiàn)解，進(jìn)行反復(fù)的創(chuàng)新研究，測(cè)試、做好每次實(shí)踐的對(duì)比記錄;并對(duì)其性能進(jìn)行實(shí)地勘察。
3.整合國(guó)內(nèi)相關(guān)單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的市場(chǎng)，達(dá)成共同提升國(guó)內(nèi)單片機(jī)的意識(shí);下大力度進(jìn)行探究，可以以國(guó)外高端單片機(jī)合成的高端產(chǎn)品，進(jìn)行剖析其優(yōu)點(diǎn)，對(duì)國(guó)內(nèi)的單片機(jī)的性能、壽命、存儲(chǔ)量等方面進(jìn)一步加強(qiáng)，不斷地探索其發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域和純?cè)诘膬r(jià)值;加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)技術(shù)的保護(hù)性;提升自身的責(zé)任意識(shí)，積極投入到國(guó)家發(fā)展的事業(yè)上來(lái)。
四、單片機(jī)技術(shù)在飛速發(fā)展的同時(shí)應(yīng)注意的
在使用單片機(jī)進(jìn)行作業(yè)的同時(shí)要注意單片機(jī)技術(shù)協(xié)調(diào)性;掌握單片機(jī)的使用技巧，根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行合理實(shí)施，避免出現(xiàn)一些不必要的損失。
1.建立完善的操作系統(tǒng)，例如在工業(yè)上進(jìn)行冶金采礦的時(shí)候要注意單機(jī)片的靈活性及其性能，工作的同時(shí)注意工作的穩(wěn)定環(huán)境，是否出現(xiàn)嚴(yán)重的濕度、溫度、酸度等不平衡的現(xiàn)象;在危險(xiǎn)地情況下，保證單片機(jī)的工作狀態(tài)。
2.建立完善的備份系統(tǒng)，單片機(jī)雖然是一個(gè)微型的計(jì)算器，工作效率時(shí)間長(zhǎng)，也要考慮其工作之外的意外環(huán)境和單片機(jī)的壽命的問(wèn)題。做好完善備份的準(zhǔn)備，對(duì)于日后作出合理的打算。
3.建立完善的檢查系統(tǒng)，考慮其工作效率的問(wèn)題，以及對(duì)工作人員安全的考慮，在用單片機(jī)合成的高管設(shè)備時(shí)，一定要有超前的檢查工作，設(shè)備工作一段時(shí)間后就要及時(shí)的進(jìn)行單機(jī)片更換或者維修的工作，保證其在安全的環(huán)境下不耽誤工作質(zhì)量。
總結(jié)：
隨著經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的不斷推動(dòng)，單片機(jī)的質(zhì)量性能也在不斷地提高;同時(shí)，在促進(jìn)單機(jī)片發(fā)展的初期，要做好合理的預(yù)算;中期，要不斷的進(jìn)行知識(shí)的補(bǔ)充、不斷地實(shí)踐，反復(fù)的修改;最后，新的單機(jī)片要充分利用其優(yōu)點(diǎn)，利用到生活的方方面面中，與現(xiàn)在的生活相結(jié)合，不會(huì)被人遺忘的同時(shí)，又不斷地給人類(lèi)方便。才是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展以及應(yīng)用做好的解釋。
參考文獻(xiàn)
[1] 古志堅(jiān)，基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)研究，華南理工大學(xué)2013.
[2] 陳黃飛，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用探析，廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院2011.
單片機(jī)技術(shù)論文參考范文篇三：《淺談單片機(jī)抗干擾技術(shù)》
摘要：近年來(lái)，單片機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化、生產(chǎn)過(guò)程控制、智能化儀表等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越深入和廣泛，有效地提高了生產(chǎn)效率，改善了工作條件，大大提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。但是，測(cè)控系統(tǒng)的工作環(huán)境往往是比較惡劣和復(fù)雜的，因此微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)必須長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，否則將導(dǎo)致控制誤差加大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)失靈，甚至造成巨大的損失。因此提高微機(jī)系統(tǒng)的可靠性、安全性，成為人們?nèi)找骊P(guān)心的問(wèn)題。單片機(jī)抗干擾技術(shù)的研究，就是在這種需求下產(chǎn)生的。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 抗干擾技術(shù) 硬件抗干擾 軟件抗干擾 自恢復(fù)程序
引言：隨著集成電路集成度的提高，微處理器的發(fā)展除了不斷增強(qiáng)芯片的處理能力，提高產(chǎn)品的性能價(jià)格比，發(fā)展高性能的通用微型計(jì)算機(jī)之外，還在一塊芯片上不斷集成更多的功能部件，從而使微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)更加簡(jiǎn)化，使得微型計(jì)算機(jī)以單片機(jī)控制系統(tǒng)的形式不斷深入儀器、家用電器、設(shè)備控制等控制領(lǐng)域。
在日常生活中，影響測(cè)控系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行的主要因素是來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾。這些因素對(duì)測(cè)控系統(tǒng)造成的干擾后果主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：
?、贁?shù)據(jù)采集誤差加大;
?、诳刂茽顟B(tài)失靈：
③數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化;
?、艹绦蜻\(yùn)行失常。
一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的可靠性技術(shù)主要包括兩方面：硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。
1 干擾的分類(lèi)。干擾的類(lèi)型通常按噪聲產(chǎn)生的原因、噪聲傳導(dǎo)模式和噪聲波形性質(zhì)的不同進(jìn)行劃分。
2 硬件抗干擾技術(shù)。它能有效抑制干擾源，阻斷干擾傳輸通道，只要合理地布置與選擇有關(guān)參數(shù)，硬件抗干擾措施能很好地抑制系統(tǒng)的干擾。
硬件抗干擾技術(shù)措施是經(jīng)常采用的一種有效方法。通過(guò)合理的硬件電路設(shè)計(jì)，可以消減或抑制大部分干擾。
2.1 選用頻率低的微控制器：
2.2 減小信號(hào)傳輸中的畸變;
2.3 減小信號(hào)線間的交叉干擾;
2.4 減小來(lái)自電源的噪聲;
2.5 注意印刷線板與元器件的高頻特性;
2.6 元件布置要合理分區(qū);
2.7 處理好接地線;
2.8 用好去耦電容。
硬件措施如果得當(dāng)，可將絕大部分干擾拒之門(mén)外，但仍然會(huì)有少數(shù)干擾進(jìn)入微機(jī)系統(tǒng)，故軟件措施作為第二道防線必不可少。因此，一個(gè)成功的抗干擾系統(tǒng)是由硬件和軟件相結(jié)合構(gòu)成的。
3 軟件抗干擾技術(shù)。軟件抗干擾方法具有簡(jiǎn)單、靈活方便、耗費(fèi)配件資源少的特點(diǎn)，在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。
在工程實(shí)踐中，軟件抗干擾研究的內(nèi)容主要是：一、消除模擬輸入信號(hào)的噪聲(如數(shù)字濾波技術(shù))：二、程序運(yùn)行混亂時(shí)使程序重入正軌的方法。下面針對(duì)后者提出了幾種有效的軟件抗干擾方法。
3.1 指令冗余。CPU取指令過(guò)程是先取操作碼，再取操作數(shù)。在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫(xiě)稱(chēng)為指令冗余。
3.2 攔截技術(shù)。所謂攔截，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。通常用軟件陷阱來(lái)攔截亂飛的程序。因此先要合理設(shè)計(jì)陷阱，其次要將陷阱安排在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>
3.2.1 軟件陷阱的設(shè)計(jì)。當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無(wú)法起作用。通過(guò)軟件陷阱，攔截亂飛的程序，將其引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。軟件陷阱是指用來(lái)將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱：
NOP
NOP
LIMP 0000H
其機(jī)器碼為0000020000。
3.2.2 陷阱的安排。通常在程序中未使用的EPROM空間填0000020000。最后一條應(yīng)填入020000，當(dāng)亂飛的程序落到此區(qū)，即可自動(dòng)入軌。在用戶程序區(qū)各模塊之間的空余單元也可填入陷阱指令。當(dāng)使用的中斷因干擾而開(kāi)放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時(shí)捕獲錯(cuò)誤的中斷。如某應(yīng)用系統(tǒng)雖未用到外部中斷1，外部中斷1的中斷服務(wù)程序可為如下形式：
NOP
NOP
RETI
考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般1K空間有2～3個(gè)就可以進(jìn)行有效攔截。
3.3 軟件“看門(mén)狗”技術(shù)。若失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”，通常采用“看門(mén)狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。通過(guò)不斷檢測(cè)程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)問(wèn)，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過(guò)最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”，需進(jìn)行出錯(cuò)處理。
“看門(mén)狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)。在工業(yè)應(yīng)用中，嚴(yán)重的干擾有時(shí)會(huì)破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷。則系統(tǒng)無(wú)法定時(shí)“喂狗”，硬件看門(mén)狗電路失效。而軟件看門(mén)狗可以有效地解決這類(lèi)問(wèn)題。
除上述外，有部分的干擾也來(lái)自系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的失誤，這些錯(cuò)誤完全能在系統(tǒng)開(kāi)始被發(fā)現(xiàn)與改正。
3.3.1 注意IO復(fù)用引起的噪音。盡管現(xiàn)在單片機(jī)的資源有所提升，但普遍單片機(jī)的資源十分有限，其中一個(gè)就是IO。利用10擴(kuò)展，還有就是10復(fù)用。例如：對(duì)移位寄存的外設(shè)的設(shè)置，時(shí)鐘與數(shù)據(jù)線復(fù)用，鎖存線獨(dú)立。這看似沒(méi)有什么問(wèn)題，但對(duì)于某些10最好能獨(dú)立。
3.3.2 注意在程序和外設(shè)IO操作的頻率過(guò)高引起的噪音。在很小的空間進(jìn)行布線更要注意?，F(xiàn)在的處理器的工作頻率越來(lái)越高，IO的速度也越來(lái)越高。新型的ARM內(nèi)核的處理器STM32的IO能有幾十兆的工作頻率。單片機(jī)中高檔的如：AVR、增強(qiáng)型5l、飛思卡爾等都能工作在納秒級(jí)別的指令和10操作。
舉例說(shuō)：一般人機(jī)交流用LCD或數(shù)碼管。有些多個(gè)數(shù)字的數(shù)碼管有的是數(shù)據(jù)線共用的，這就需要進(jìn)行掃描。而一些程序員在LCD顯示設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)定時(shí)更新，在麥克風(fēng)這樣緊湊的空間里，很容易引起噪音。解決方法是數(shù)碼管盡量能靜態(tài)顯示，LCD不必要就減少更新。
3.3.3 不必要的設(shè)備或功能關(guān)閉。部分設(shè)備不關(guān)閉可能會(huì)引起噪音。如：HTl621有音頻輸出，如果不關(guān)閉加上步線不好，很容易引起噪音。
4 系統(tǒng)故障處理、自動(dòng)恢復(fù)程序的設(shè)計(jì)。單片機(jī)系統(tǒng)因干擾復(fù)位或掉電后復(fù)位均屬非正常復(fù)位，應(yīng)進(jìn)行故障診斷并能自動(dòng)恢復(fù)非正常復(fù)位前的狀態(tài)。
程序的執(zhí)行總是從0000H開(kāi)始，導(dǎo)致程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行有四種可能：系統(tǒng)開(kāi)機(jī)上電復(fù)位;軟件故障復(fù)位;看門(mén)狗超時(shí)未喂狗硬件復(fù)位;任務(wù)正在執(zhí)行中掉電后來(lái)電復(fù)位。四種情況中除第一種情況外均屬非正常復(fù)位，需加以識(shí)別。
4.1 硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的識(shí)別。此處硬件復(fù)位是指開(kāi)機(jī)復(fù)位與看門(mén)狗復(fù)位，硬件復(fù)位對(duì)寄存器有影響，如復(fù)位后PC=0000H，SP=07H，PSW=00H等。而軟件復(fù)位則對(duì)sP、SPW無(wú)影響。故對(duì)于微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，將sP設(shè)置地址大于07H，或者將PSW的第5位用戶標(biāo)志位在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)設(shè)為1。那么系統(tǒng)復(fù)位時(shí)只需檢測(cè)PSW.5標(biāo)志位或sP值便可判定是否硬件復(fù)位。
4.2 開(kāi)機(jī)復(fù)位與看門(mén)狗故障復(fù)位的識(shí)別。開(kāi)機(jī)復(fù)位與看門(mén)狗故障復(fù)位因同屬硬件復(fù)位，所以要想予以正確識(shí)別，一般要借助非易失性RAM或者EEROM。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，設(shè)置一個(gè)可掉電保護(hù)的觀測(cè)單元。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，在定時(shí)喂狗的中斷服務(wù)程序中使該觀測(cè)單元保持正常值(設(shè)為AAH)，而在主程中將該單元清零。因觀測(cè)單元掉電可保護(hù)，則開(kāi)機(jī)時(shí)通過(guò)檢測(cè)該單元是否為正常值可判斷看門(mén)狗是否復(fù)位。
4.3 正常開(kāi)機(jī)復(fù)位與非正常開(kāi)機(jī)復(fù)位的識(shí)別。識(shí)別測(cè)控系統(tǒng)中因意外情況如系統(tǒng)掉電等情況引起的開(kāi)機(jī)復(fù)位與正常開(kāi)機(jī)復(fù)位，對(duì)于過(guò)程控制系統(tǒng)尤為重要。因此可通過(guò)監(jiān)測(cè)單元對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)時(shí)間予以監(jiān)控，將控制過(guò)程分解為若干步或若干時(shí)間段，每執(zhí)行完一步或每運(yùn)行一個(gè)時(shí)間段則對(duì)監(jiān)測(cè)單元置為關(guān)機(jī)允許值，不同的任務(wù)或任務(wù)的不同階段有不同的值，若系統(tǒng)正在進(jìn)行測(cè)控任務(wù)或正在執(zhí)行某時(shí)間段，則將監(jiān)測(cè)單元置為非正常關(guān)機(jī)值。系統(tǒng)復(fù)位后可據(jù)此單元判斷系統(tǒng)原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，并跳到出錯(cuò)處理程序中恢復(fù)系統(tǒng)原始狀態(tài)。
結(jié)語(yǔ)：在工程實(shí)踐中通常都是幾種抗干擾方法并用，互相補(bǔ)充完善，才能取得較好的抗干擾效果?，F(xiàn)在，單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而且多在各種惡劣環(huán)境中應(yīng)用，對(duì)其可靠性要求也越來(lái)越高，因此必須采取抗干擾措施，否則難以穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。合理地使用軟件和硬件抗干擾技術(shù)，可使系統(tǒng)最大限度的避免干擾的產(chǎn)生和受干擾后能使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地工作，避免在設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。
參考文獻(xiàn)
1 劉守義、楊宏麗、王靜霞，《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.8
2 耿德根，《單片機(jī)抗干擾措施》，2004.12
3 田?？担秵纹瑱C(jī)抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)》，2005.2