姚越 吳寶慶

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，后工業(yè)革命時(shí)期的到來，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到各個(gè)方面，本文基于這種環(huán)境背景，闡述了單片機(jī)技術(shù)的技術(shù)走向與應(yīng)用前景以及未來單片機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，淺析了在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，成為當(dāng)今工業(yè)企業(yè)中較為重要的一部分。并對(duì)單片機(jī)如何應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)以及智能樓宇和智能家居進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng) 電氣傳動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TP36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）03（c）-0112-02

1971年至今，單片機(jī)在各方面都得到了發(fā)展，功能更強(qiáng)大、集成度更高、價(jià)格更便宜。單片機(jī)因?yàn)樗母叻€(wěn)定性廣泛用于工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)流水線。在日常生活中我們使用的洗衣機(jī)能按照我們的要求自動(dòng)進(jìn)行定時(shí)清洗、甩干等，這也是因?yàn)橄到y(tǒng)嵌入了一個(gè)單片機(jī)，單片機(jī)去執(zhí)行已經(jīng)編輯好的程序。單片機(jī)由于自身的優(yōu)勢(shì)：體積小、能耗低、擴(kuò)展靈活、可移植性好等使得控制、測(cè)控、導(dǎo)航都依賴于它。在智能物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，嵌入式開發(fā)應(yīng)用更是硬實(shí)力的體現(xiàn)。

1 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)

（1）單片機(jī)長(zhǎng)壽命。

8位、16位、32位、64位單片機(jī)都有各自的用武之地，發(fā)展態(tài)勢(shì)屬于齊頭并進(jìn)。從1971年以來，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以8位機(jī)為主的，最典型的是INTEL的8051，在8051基礎(chǔ)上又研發(fā)出MCS51系列MCU系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的單片機(jī)被廣泛應(yīng)用直到現(xiàn)在。之后出現(xiàn)了16位單片機(jī)，16位單片機(jī)的推出并不成功。 由于產(chǎn)業(yè)體系變革，使得32位單片機(jī)的價(jià)位越來越便宜，而且技術(shù)上可以覆蓋8位MCU的傳統(tǒng)領(lǐng)域，所以得到廣泛應(yīng)用，高端的32位SOC單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHZ，性能與專業(yè)處理器媲美，但由于不同的細(xì)分領(lǐng)域并不具有可比性，8位單片機(jī)并沒有被取代。至于64位處理器，它是未來發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

（2）單片機(jī)速度越來越快。

單片機(jī)與MPU（微處理器單元）有所不同，它并不是時(shí)鐘頻率越高就速度越快的。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展追求的是提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪聲，降低時(shí)鐘頻率。在不提高時(shí)鐘頻率的條件下，通過改善了單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)序，，使運(yùn)算速度提高了很多。Motorola單片機(jī)就是使用了瑣相環(huán)技術(shù)和內(nèi)部倍頻技術(shù)使內(nèi)部總線速度大大高于時(shí)鐘產(chǎn)生器的頻率。M68K系列32位單片機(jī)使用32K的外部振蕩器頻率內(nèi)部時(shí)鐘可達(dá)16MHz以上，而68HC08單片機(jī)使用4.9M外部振蕩器而內(nèi)部時(shí)鐘達(dá)32M。

（3）高可靠性與低噪聲技術(shù)。

在惡劣的工作環(huán)境下，如何提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片機(jī)商家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采取了一些新的技術(shù)措施。如模擬信號(hào)采樣抗干擾技術(shù)，數(shù)字信號(hào)傳輸通道的抗干擾技術(shù)，硬件監(jiān)控電路，以及“軟件看門狗”技術(shù)。

2 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展前景及趨勢(shì)

單片機(jī)技術(shù)是將微處理器微處理器（cpu）、存儲(chǔ)器（含有程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM）、輸入、輸出接口電路（I/O接口）集成在一塊芯片上的集成電路芯片。在物理層面上單片機(jī)是體積小巧而且功能完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，在軟件層面上它在程序的控制下能準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù).它可以獨(dú)立完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能。隨著科技的進(jìn)步，各種型號(hào)的單片機(jī)產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，基于單片機(jī)體積小、功耗低、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)尤其符合工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)需求，為單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展提供了廣闊的領(lǐng)域。我們的生活也因?yàn)閱纹瑱C(jī)的使用而變得更加的便捷，經(jīng)濟(jì)和安全。單片機(jī)在我國(guó)的各個(gè)行業(yè)當(dāng)中都得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)的應(yīng)用在精密儀器、家用電器、報(bào)警系統(tǒng)、汽車電子等各個(gè)領(lǐng)域中隨處可見。

（1）單片機(jī)用于智能家電。

現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從空調(diào)、電磁爐、門鈴、電飯褒、洗衣機(jī)、彩電、空調(diào)機(jī)、電冰箱、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，極大改變了人們的生活方式，使得人們可以追求更加高級(jí)的生活品質(zhì)[1]。

（2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用。

單片機(jī)被用于在工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理。通過將設(shè)定好的程序燒入單片機(jī)，再由單片機(jī)執(zhí)行程序，對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制。這個(gè)過程無需人工操作，即可高效準(zhǔn)確的完成工作任務(wù)，避免了工人操作的人工失誤，期間無需休息，減少了人工成本。另外，現(xiàn)代工業(yè)對(duì)加工精度要求已經(jīng)達(dá)到納米級(jí)別，人工操作的精度已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的要求，單片機(jī)的應(yīng)用則使加工精度有了質(zhì)的飛躍，僅僅需要根據(jù)加工的要求編寫控制程序，就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。例如各種報(bào)警系統(tǒng)、樓宇智能化控制、工廠流水線的智能化管理，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。

（3）在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。

習(xí)總書記在第二屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，談到了“互聯(lián)網(wǎng)+”的資源優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)深度融入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、融入人民生活，“物聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展的必然趨勢(shì)。在物聯(lián)網(wǎng)具體應(yīng)用案例中，例如智能窗簾系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括上位機(jī)、服務(wù)器和下位機(jī)三大部分。其中上位機(jī)即運(yùn)行在移動(dòng)終端的APK，主要功能為通過互聯(lián)網(wǎng)遙控下位機(jī)和顯示從互聯(lián)網(wǎng)獲取的下位機(jī)的數(shù)據(jù)；服務(wù)器即數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，主要處理來自Internet的HTTP請(qǐng)求，并為客戶機(jī)提供數(shù)據(jù)庫(kù)操作相關(guān)的業(yè)務(wù)；下位機(jī)是需要進(jìn)行實(shí)際安裝的窗簾控制器，主要任務(wù)是為人們提供直接的窗簾操作功能。在下位機(jī)中單片機(jī)通過脈沖序列信號(hào)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控，制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反運(yùn)轉(zhuǎn)的功能。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。

3 單片機(jī)技術(shù)原理

單片機(jī)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是通過高度集成電路把處理器、RAM、ROM、輸入輸出電路等計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)件集成在一個(gè)芯片上。這使得單片機(jī)雖然只有一個(gè)芯片，但是卻具備計(jì)算機(jī)的完整功能，可以滿足很多領(lǐng)域的應(yīng)用。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)形式分為馮諾依曼結(jié)構(gòu)和Harvard結(jié)構(gòu)兩種，一種是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)共用存儲(chǔ)空間，一種是數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)分開。單片機(jī)自問世以來就憑借巨大的優(yōu)勢(shì)為各個(gè)領(lǐng)域所接受。無論是通訊、交通、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，單片機(jī)的抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，很多巨型機(jī)不能工作的環(huán)境單片機(jī)都能夠勝任，使得單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮巨大的優(yōu)勢(shì)，在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用更是作用明顯。

電氣傳動(dòng)控制技術(shù)。是指通過對(duì)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置的控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的技術(shù)。是工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)中的重要基礎(chǔ)性技術(shù)。電氣控制的原理是以為處理器為中心的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，把自動(dòng)化控制、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能檢測(cè)等技術(shù)結(jié)合起來的一種控制技術(shù)。

4 單片機(jī)在電氣傳動(dòng)控制中的應(yīng)用

電氣設(shè)備中使用單片機(jī)會(huì)大幅度的提高了工作效率、工作精準(zhǔn)度和勞動(dòng)條件，對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量提高和能耗的降低都有著很明顯的作用。事情都具有兩個(gè)方面，對(duì)于出現(xiàn)故障之后，需要得到高效且迅速的判斷，但由于加入單片機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)更為復(fù)雜精密，日常維護(hù)和故障排除需要建立科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型，而故障本身又會(huì)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來一些變化影響模型的準(zhǔn)確性，使得對(duì)電氣設(shè)備故障的檢查和檢測(cè)帶來了更大的困難，一旦判斷失誤便會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)危害等情況出現(xiàn)。以MCS80C196系列單片機(jī)為例，作為一種直流伺服控制系統(tǒng)，主要有以下幾個(gè)方面組成：（1）主電路；（2）控制電路；（3）接口電路。主要由單片機(jī)核心電路、鍵盤、顯示器組成，電路結(jié)構(gòu)包括整流器、濾波器、模塊組成H橋。接口電路控制電路信號(hào)，主要負(fù)責(zé)將控制電路的信號(hào)進(jìn)行處理。子系統(tǒng)采用16位系統(tǒng)總線增強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸寬度，兩個(gè)存儲(chǔ)器可以共用一個(gè)地址[2]。

軟件系統(tǒng)的應(yīng)用。，目前，單片機(jī)的開發(fā)越來越復(fù)雜精密，對(duì)算法的要求越來越高。雖然匯編語(yǔ)言占用資源少、運(yùn)行效率高，但它對(duì)開發(fā)人員要求較高、不容易掌握，并且沒有良好的可移植性，所以用單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)[3]。C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語(yǔ)言，它的語(yǔ)法簡(jiǎn)單、可移植性好，并且又具有低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，可以對(duì)位進(jìn)行操作。C語(yǔ)言編寫簡(jiǎn)單，但是編譯后較大。匯編可以很小，但是做復(fù)雜任務(wù)時(shí)，編程任務(wù)較困難。最好視任務(wù)的特性選擇語(yǔ)言。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷發(fā)展，我國(guó)單片機(jī)技術(shù)必將向著本土化，IC定制化發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)也必將在強(qiáng)抗干擾能力以及安全性上得到技術(shù)上的突破，在未來技術(shù)的發(fā)展中，單片機(jī)會(huì)朝著更加精密復(fù)雜、低功耗、低電壓、低價(jià)格同時(shí)具備更加強(qiáng)大的功能的方向發(fā)展，滿足電氣傳動(dòng)的發(fā)展對(duì)控制電路的要求，而這，需要我們每一位工作研究人員的努力。

參考文獻(xiàn)

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[2] 馬建挺.單片機(jī)技術(shù)在電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究[J].質(zhì)量探索，2016（3）.

[3] 劉斌儒.電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（3）：261.