單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)論文
近幾年單片機(jī)得到了飛速的發(fā)展，單片機(jī)最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)論文，希望你們喜歡。
單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)論文篇一
單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)探究
摘要：近幾年單片機(jī)得到了飛速的發(fā)展，單片機(jī)最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。目前大量的嵌入式系統(tǒng)均采用單片機(jī)，本文分析了單片機(jī)的形成及發(fā)展過程以及當(dāng)前的技術(shù)進(jìn)展，同時(shí)分析了影響單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的原因，并論述提高單片機(jī)可靠性的措施。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);可靠性技術(shù);發(fā)展趨勢(shì)
中圖分類號(hào)： C35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
單片機(jī),亦稱單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)。它是把中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、輸入/輸出端口(I/0)等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在可以說單片機(jī)是百花齊放的時(shí)期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī),從8位、16位到32位,數(shù)不勝數(shù),應(yīng)有盡有,它們各具特色,互成互補(bǔ),為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過程,可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 。
一 、單片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合
1.1智能儀器儀表。單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡(jiǎn)化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。如各種智能電氣測(cè)量?jī)x表、智能傳感器等。
1.2機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等。
1.3實(shí)時(shí)工業(yè)控制。單片機(jī)還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對(duì)象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動(dòng)生產(chǎn)線等。
1.4家用電器。家用電器是單片機(jī)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、飛機(jī)、航天器等均有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。如汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、航天測(cè)控系統(tǒng)、黑匣子還有分布式系統(tǒng)的前端模塊等等。
二、分析單片機(jī)可靠性限制原因及應(yīng)對(duì)措施
目前，大量的嵌入式系統(tǒng)均采用了單片機(jī)，并且這樣的應(yīng)用正在更進(jìn)一步擴(kuò)展;但是多年以來人們一直為單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性問題所困惑。在一些要求高可靠性的控制系統(tǒng)中，這往往成為限制其應(yīng)用的主要原因。
1.單片機(jī)系統(tǒng)的失效分析
一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性是其自身軟硬件與其所處工作環(huán)境綜合作用的結(jié)果，因此系統(tǒng)的可靠性也應(yīng)從這兩個(gè)方面去分析與設(shè)計(jì)。對(duì)于系統(tǒng)自身而言，能不能在保證系統(tǒng)各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)自身運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種干擾信號(hào)及直接來自于系統(tǒng)外部的干擾信號(hào)進(jìn)行有效的抑制，是決定系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。有缺陷的系統(tǒng)往往只從邏輯上去保證系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的潛在的問題考慮欠缺，采取的措施不足，在干擾信號(hào)真正襲來的時(shí)候，系統(tǒng)就可能會(huì)陷入困境。
2. 提高可靠性的措施
2.1減少引起系統(tǒng)不可靠或影響系統(tǒng)可靠的外界因素：
1) EFT (Electrical Fast Transient)技術(shù)。EFT技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號(hào)受到外界干擾時(shí)，其波形上會(huì)迭加各種毛刺信號(hào)，如果使用施密特電路對(duì)其整形，則毛刺會(huì)成為觸發(fā)信號(hào)干擾正常的時(shí)鐘，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時(shí)， 就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)正常工作。
2) 低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)。在傳統(tǒng)的單片機(jī)中，電源及地線是在集成電路外殼的對(duì)稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對(duì)對(duì)稱點(diǎn)上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機(jī)都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個(gè)芯片的電流，而且在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲?，F(xiàn)在為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要，很多單片機(jī)采用"跳變沿軟化技術(shù)"，從而消除大電流瞬變時(shí)產(chǎn)生的噪聲。
3) 采用低頻時(shí)鐘。高頻外時(shí)鐘是噪聲源之一，不僅能對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，而且還會(huì)對(duì)外界電路產(chǎn)生干擾，令電磁兼容性不能滿足要求。對(duì)于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低頻外時(shí)鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲。在一些單片機(jī)中采用內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)，則在外部時(shí)鐘較低時(shí)，也能產(chǎn)生較高的內(nèi)部總線速度，從而保證了速度又降低了噪聲。
三、單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
1單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展前景及趨勢(shì)
由于通用型IC的仿冒現(xiàn)象比較嚴(yán)重，因此定制化IC將是未來單片機(jī)發(fā)展的主要方向。此外，盡管16位、32位單片機(jī)市場(chǎng)有所增加，但8位在未來三五年內(nèi)仍將占主流，只是成長(zhǎng)幅度會(huì)趨緩。從應(yīng)用角度講，盛揚(yáng)看好消費(fèi)類電子和家電產(chǎn)品，尤其是中小型家電產(chǎn)品，它屬于比較成熟的單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域;其次是高端領(lǐng)域的車用產(chǎn)品。目前，盛揚(yáng)已針對(duì)汽車周邊領(lǐng)域推出系列產(chǎn)品，主要用于汽車防盜、車載電子、信息娛樂、胎壓監(jiān)測(cè)、里程表的面板等。
單片機(jī)擁有良好的應(yīng)用前景，但廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈。因此，對(duì)本土企業(yè)而言，要想脫穎而出，質(zhì)量一定要好，同時(shí)還要注重產(chǎn)品的環(huán)保和可靠性，因?yàn)榧译姾推嚨犬a(chǎn)品對(duì)安全性的要求越來越高;其次，充分發(fā)揮本土廠商在特定應(yīng)用領(lǐng)域的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。不過，這種性價(jià)比必須建立在性能過關(guān)、可靠度過關(guān)的基礎(chǔ)上。
制作工藝CMO化。更小的光刻工藝提高了集成度，從而使芯片更小、成本更低、工作電壓更低、功耗更低。CPU的改進(jìn)。同時(shí)，采用雙CPU結(jié)構(gòu)，增加數(shù)據(jù)總線的寬度，提高數(shù)據(jù)處理的速度和能力;采用流水線結(jié)構(gòu)，提高處理和運(yùn)算速度，以適應(yīng)實(shí)時(shí)控制和處理的需要。增大存儲(chǔ)容量，片內(nèi)EPROM的E2PROM化，程序的保密化，提高并行口驅(qū)動(dòng)能力，以減少外圍驅(qū)動(dòng)芯片，增加外圍?I/O?口的邏輯功能和控制的靈活性。最后，以串行方式為主的外圍擴(kuò)展;外圍電路的內(nèi)裝化;和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向，可靠性及應(yīng)用水平越來越高。
2微型單片化
現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口,中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上,增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上,這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多,功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做,制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 此外,現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕,這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外,還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式,其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎,使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。
3串行擴(kuò)展技術(shù)
在很長(zhǎng)一段時(shí)間里,通用型單片機(jī)通過三總線結(jié)構(gòu)擴(kuò)展外圍器件成為單片機(jī)應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價(jià)位OTP(One-Time Password)及各種特殊類型片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的發(fā)展,加之處圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi),推動(dòng)了單片機(jī)“單片”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是I2C、SPI 等串行總線的引入,可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少,單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化及規(guī)范化。
4、結(jié)語
單片機(jī)改變了我們生活,縱觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域,從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置,到飛機(jī)上各種儀表的控制,從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸,到工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理,以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等,這些都離不開單片機(jī), 單片機(jī)有著廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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[3] 胡漢才.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2002.
單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)論文篇二
單片機(jī)原理及其應(yīng)用
【摘 要】本文介紹了CIRRUS LOGIC公司生產(chǎn)的16位A/D轉(zhuǎn)換芯片CS5523的主要特性以及和STC89C52RC單片機(jī)的接口電路，并設(shè)計(jì)了A/D轉(zhuǎn)換程序，供大家參考。
【關(guān)鍵詞】高精度串行A/D;CS5523;單片機(jī)
1.引言
在工業(yè)控制過程、醫(yī)療器械及儀器儀表等許多應(yīng)用中，對(duì)系統(tǒng)的速度、功耗及成本等性能的要求越來越高。為了滿足這些要求，迫使設(shè)計(jì)工程師進(jìn)一步求助數(shù)字電路、尤其是模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。這些集成化的ADC包括了完整的前端系統(tǒng)，保證了低電壓、低功耗方式工作，在更大程度上降低系統(tǒng)成本。下面介紹一種高精度、硬件電路簡(jiǎn)單、計(jì)量精確、抗干擾性好、性能穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高的A/D轉(zhuǎn)換芯片CS5523。
2.CS5523簡(jiǎn)介
CS5523是CIRRUS LOGIC公司生產(chǎn)的16位高精度串行A/D芯片。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
CS5523芯片內(nèi)集成了一個(gè)儀表放大器、一個(gè)可編程增益放大器、多路開關(guān)、數(shù)字濾波器、自校正和系統(tǒng)校正電路。通過簡(jiǎn)單的串行連接，CS5523可方便地由MCU控制，以實(shí)現(xiàn)多通道高精度的A/D轉(zhuǎn)換。主要特性如下：
底輸入電流(100pA)和用斬波器穩(wěn)定的一儀器放大器;
可升級(jí)的輸入跨距(雙極/單級(jí));
寬VREF輸入范圍(+1伏至+5伏);
4階Delta-Sigma模/數(shù)轉(zhuǎn)換器;
3線制串行接口;
系統(tǒng)校準(zhǔn)和自校準(zhǔn);
8個(gè)可選擇的輸出率;
單電源+5V供電;
低功耗;5.5mW;
24腳SSOP和PDIP兩種封裝。
3.CS5523在MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1 硬件接口
CS5523以串行接口方式與單片機(jī)接口。CS5523的SDI、SDO、SCLK、CS引腳分別和STC89C52RC單片機(jī)的P10～P13口相連。圖2是CS5523與STC89C52RC單片機(jī)接口的硬件原理圖。
單片機(jī)通過P10～P13口來控制CS5523，并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖2中采用32.768KHz外部時(shí)鐘。CS5523的模擬信號(hào)有單端輸入和差分輸入兩種，這里采用單端輸入方式。AIN1-、AIN2-、AIN3-、AIN4-分別接地。外部模擬信號(hào)的調(diào)理和放大電路，以及基準(zhǔn)電壓電路這里不作為重點(diǎn)，并未給出。
3.2 軟件設(shè)計(jì)
如圖2所示，單片機(jī)STC89C52RC和CS5523的通信采用采用串行通信方式。STC89C52RC的P10～P13口對(duì)CS5523進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)傳輸。圖3為STC89C52RC操作CS5523的總的時(shí)序圖，對(duì)CS5523的操作軟件都是以時(shí)序圖為基礎(chǔ)編寫的。這里，只給出了幾個(gè)基本的讀寫數(shù)據(jù)和命令的子程序，僅供參考。CS5523總的控制程序是在這幾個(gè)子程序基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，這里不做介紹。
uchar SPI_HostReadByte()
{
uchar idata i,rByte;
rByte = 0;
for(i=0;i<8;i++)
{
SPISCK = 0;
SPISCK = 1;
rByte <<= 1;
rByte |= SPISO;
}
return rByte;
}
void
SPI_HostWriteByte(uchar wByte)
{
uchar idata i;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(((wByte << i ) & 0x80) == 0x80)
{
SPISI = 1;
}
else
{
SPISI = 0;
}
SPISCK = 0;
SPISCK = 1;
}
}
void Cs5523ReadAdData()
{
uchar i;
SPISCK = 0;
NOP;
if (PartSelect == 1)
{
CS1 = 0;
CS2 = 1;
}
else if (PartSelect == 2)
{
CS1 = 1;
CS2 = 0;
}
else
{
CS1 = 1;
CS2 = 1;
}
PerformConver = 0x98;
SPI_HostWriteByte(PerformConver);
SPISO = 1;
while(SPISO == 1);
PerformConver = 0x00;
SPI_HostWriteByte(PerformConver);
for (i = 0;i < 12 ;i++)
{
ReadBuffer[i]=SPI_HostReadByte();
}
}
void Cs5523WriteData(uchar GeShu)
{
uchar i;
for (i = 0;i < GeShu ;i++)
{
SPI_HostWriteByte(ReadBuffer[i]);
}}
void WriteCommand(uchar Commandcs){
SPI_HostWriteByte(Commandcs);}
4.總結(jié)
該芯片以成功應(yīng)用于油田采油現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。運(yùn)行一年來，系統(tǒng)穩(wěn)定。
參考文獻(xiàn)：
[1]CIRRUS LOGIC公司CS5523芯片數(shù)據(jù)手冊(cè).
[2]馬忠梅等,編著.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2005.
[3]戴佳,編著.51單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)力精講[M].電子工業(yè)出版社,2006.
作者簡(jiǎn)介：申佳，男，現(xiàn)就讀于西安外事學(xué)院工學(xué)院電子信息工程專業(yè)。
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