单片机技术及其应用

浅谈单片机技术及其应用
单片机是组成微型计算机的各功能部件：中央处理器(cpu)、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、i／o接口电路、定时器／计数器及串行通讯接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的计算机。

由于它的结构与指令功能都是按工业控制要求设计的，所以又叫单片微控制器。

目前，国外已开始把它称为单片计算机。

随着单片机功能的增强，由单片机构成的计算机应用系统的功能也日益增强。

片上带有丰富外设功能的单片机可提高系统集成度和可靠度，大大减轻了工程技术人员进行系统开发的工作量，使产品性能价格比提高。

同时单片机具有适应温度范围广、抗干扰能力强、小巧灵活等特点，在工业领域得到了极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉、音响等都可见到单片机的踪影。

1 单片机的特点
单片机通常按其微处理器字长的位数来进行分类，单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。

微处理器向着高速运算、数据分析与处理能力，大规模容量存储等方向发展，以提高通用计算机的性能。

其接口界面也是为了满足外设和网络接口而设计的，单片机则是从工业测控对象，环境、接口特点出发，向着增强控制功能，提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。

其特点是：
1.1 品种多样，型号繁多。

品种型号逐年扩充以适应各种需要，
使系统开发者有很大的选择自由。

1.2 提高性能，扩大容量。

1.3 增加控制功能，向外部接口延伸。

把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。

1.4 低功耗。

1.5 应用软件配套。

提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。

使用户开发单片机应用系统时更快速、方便。

1.6 系统扩展与配置。

2 单片机的开发工具及软件
一般情况下单片机本身不具备开发功能，因此在开发单片机时必须借助开发工具。

2.1 在线仿真器。

简称仿真器。

它能以与用户处理器相同的时序执行用户程序，并按用户需要产生各种断点响应，同时也可接收主机系统的命令，对用户系统进行全面测试和数据传送。

仿真器通常由控制电路、存储器、仿真电缆、接口电路等组成。

仿真器是开发系统的关键设备，通过接口m或并行口n与主机相连又用电缆线把仿真器与目标系统相接，用仿真器中“仿真单片机”取代目标系统的同类型的“目标单片机”，然后在主机上进行各种操作，从而获得对仿真单片机也即对目标单片机的仿真和控制功能。

2.2 逻辑分析仪。

在调试用户系统时通常需要观察系统总线的一些硬件断点的实时波形，以便根据它们的时序关系来综合判断系统软件、硬件是否正常，逻辑分析仪就是具有这种功能的设备。

2.3 烧写器。

它是将机器码烧录进单片机的一种设备，一般由烧写器主板和各种烧写适配器组成，通常具有以下特点：以串行接口和／.相连；读，写，校验等功能齐全；界面友好。

3 单机应用
3.1 测控系统。

用单片机可构成各种工业控制系统、自适应系统、数据采集系统等。

例如：温度人工气候控制、在热处理炉温自控系统等。

利用8031控制点阵式液晶显示器研制而成的定时红外报警机，成功实现了液晶显示器和8031之间的接口。

3.2 智能仪表。

目前国内外均把单片机在仪表的应用看作是仪器仪表产品更新换代的标志。

用单片机改造原有的测量控制仪表，能促进仪表向数字化、智能化、多功能化、柔性化发展。

如温度、压力、流量、浓度显示、控制仪表等，通过采用单片机软件编程技术，使长期以来测量仪表中的误差修正、线形化处理等难题迎刃而解，同时医学用的仪器也广泛采用单片机技术，大大提高了诊断水平。

如医用x线遥控诊断微机点片系统、眼晶状体浊度分析仪等。

3.3 机电一体化产品。

单片机与传统机械产品结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化，构成新一代机电一体化产品。

多用于数控机械、缝纫机械、医疗设备、汽车等。

如在电传打字机的设计中由于采用单片机，取代了近千个部件；在数控机床的简易控制机中，采用单片机可提高
可靠性及增强功能、降低控制机成本。

3.4 智能接口。

在计算机系统，特别是较大型的工业测控系统中，若用单片机进行接口的控制和管理，单片机和主机并行工作，可以大大提高系统的运行速度。

例如在大型数据采集系统中，用单片机对模，数转换接口进行控制，不仅可提高采集速度，还可以对数据进行预处理，如数字滤波、线形化处理、误差修正等。

4 多机应用
有些场合，单机甚至双机都不能满足实际需要，而需要多台单片机配合才能完成某个过程或任务。

如：一个工厂的多个车间与厂部的信息联系，一个车间与多个生产现场信息的联系，这种联系相互之间的距离有的短有的长，中途经过的环境也不同，因此多机之间必须进行通讯才能相互配合，为此必须将它们按实际需要组织起来。

单片机的多机应用系统可分为工能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。

4.1 功能集散系统
多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能要求而设置的多机系统。

在许多实时的工业控制和数据采集系统中，常采用ibm-pc微机系统作为上位机与下面各工位的设备控制机构成通信网络。

如：在汽车检测线的设计中，对于测速、滑速、制动等工位的检测，均采用mcs-51单片机控制，这些下位机或前沿机不定时的将各种数据结构通过r5232-c通讯口传送到上位机，以例制表并
将结果存入数据文件中。

4.2 并行多机处理
主要解决工程应用系统的快速问题，以便构成大型实时工程应用系统，典型的有快速并行数据采集处理系统，实时图象处理系统等。

4.3 局部网络系统
单片机网络系统的出现，使单片机应用进入一个新的水平。

目前单片机构成的网络系统主要是分布式测控系统。

单片机主要用于系统中的通讯控制以及控制各种测控用子系统。

典型的分布式测控系统有两种类型：树状网络系统与位总线网络系统。

此外，单片机在小型背负式通信机、自动拨号无线电话网、串行自动呼叫应答设备、程控电话、无线电遥控等方面都有广泛应用。

随着单片机性能的进一步提高，它的应用将更趋广泛，它对我国许多产品的升级换代、工厂企业的设备更新都将起着十分巨大的作用，单片机还将在各个领域发挥它无比的效力。