关于单片机技术应用的研究

姚越 吴宝庆

摘 要：随着科学技术不断发展，后工业革命时期的到来，单片机技术已经被应用到各个方面，本文基于这种环境背景，阐述了单片机技术的技术走向与应用前景以及未来单片机产品的发展趋势，浅析了在电气传动系统中，单片机技术的应用范围越来越广，成为当今工业企业中较为重要的一部分。并对单片机如何应用于物联网以及智能楼宇和智能家居进行了讨论。

关键词：单片机技术 物联网 电气传动控制

中图分类号：TP36 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（c）-0112-02

1971年至今，单片机在各方面都得到了发展，功能更强大、集成度更高、价格更便宜。单片机因为它的高稳定性广泛用于工业机器人、工业流水线。在日常生活中我们使用的洗衣机能按照我们的要求自动进行定时清洗、甩干等，这也是因为系统嵌入了一个单片机，单片机去执行已经编辑好的程序。单片机由于自身的优势：体积小、能耗低、扩展灵活、可移植性好等使得控制、测控、导航都依赖于它。在智能物联网时代，嵌入式开发应用更是硬实力的体现。

1 单片机技术的发展特点

（1）单片机长寿命。

8位、16位、32位、64位单片机都有各自的用武之地，发展态势属于齐头并进。从1971年以来，单片机技术的发展是以8位机为主的，最典型的是INTEL的8051，在8051基础上又研发出MCS51系列MCU系统。这一系统的单片机被广泛应用直到现在。之后出现了16位单片机，16位单片机的推出并不成功。 由于产业体系变革，使得32位单片机的价位越来越便宜，而且技术上可以覆盖8位MCU的传统领域，所以得到广泛应用，高端的32位SOC单片机主频已经超过300MHZ，性能与专业处理器媲美，但由于不同的细分领域并不具有可比性，8位单片机并没有被取代。至于64位处理器，它是未来发展的一个趋势。

（2）单片机速度越来越快。

单片机与MPU（微处理器单元）有所不同，它并不是时钟频率越高就速度越快的。单片机技术发展追求的是提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率。在不提高时钟频率的条件下，通过改善了单片机的内部时序，，使运算速度提高了很多。Motorola单片机就是使用了琐相环技术和内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。M68K系列32位单片机使用32K的外部振荡器频率内部时钟可达16MHz以上，而68HC08单片机使用4.9M外部振荡器而内部时钟达32M。

（3）高可靠性與低噪声技术。

在恶劣的工作环境下，如何提高单片机系统的抗电磁干扰能力，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如模拟信号采样抗干扰技术，数字信号传输通道的抗干扰技术，硬件监控电路，以及“软件看门狗”技术。

2 单片机技术的发展前景及趋势

单片机技术是将微处理器微处理器（cpu）、存储器（含有程序存储器ROM和数据存储器RAM）、输入、输出接口电路（I/O接口）集成在一块芯片上的集成电路芯片。在物理层面上单片机是体积小巧而且功能完善的计算机硬件系统，在软件层面上它在程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务.它可以独立完成现代工业控制所要求的智能化控制功能。随着科技的进步，各种型号的单片机产品应运而生，基于单片机体积小、功耗低、灵活性强等特点尤其符合工业领域的生产需求，为单片机技术的快速发展提供了广阔的领域。我们的生活也因为单片机的使用而变得更加的便捷，经济和安全。单片机在我国的各个行业当中都得到了广泛的应用。单片机的应用在精密仪器、家用电器、报警系统、汽车电子等各个领域中随处可见。

（1）单片机用于智能家电。

现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从空调、电磁炉、门铃、电饭褒、洗衣机、彩电、空调机、电冰箱、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，极大改变了人们的生活方式，使得人们可以追求更加高级的生活品质[1]。

（2）在工业控制中的应用。

单片机被用于在工业自动化过程的实时控制和数据处理。通过将设定好的程序烧入单片机，再由单片机执行程序，对机械设备进行控制。这个过程无需人工操作，即可高效准确的完成工作任务，避免了工人操作的人工失误，期间无需休息，减少了人工成本。另外，现代工业对加工精度要求已经达到纳米级别，人工操作的精度已经无法满足现在工业生产的要求，单片机的应用则使加工精度有了质的飞跃，仅仅需要根据加工的要求编写控制程序，就能够实现自动化生产。例如各种报警系统、楼宇智能化控制、工厂流水线的智能化管理，与计算机联网构成二级控制系统等。

（3）在物联网中的应用。

习总书记在第二届世界互联网大会上，谈到了“互联网+”的资源优化的经济发展趋势，网络深度融入经济社会发展、融入人民生活，“物联网”发展的必然趋势。在物联网具体应用案例中，例如智能窗帘系统，整个系统的结构包括上位机、服务器和下位机三大部分。其中上位机即运行在移动终端的APK，主要功能为通过互联网遥控下位机和显示从互联网获取的下位机的数据；服务器即数据库服务器，主要处理来自Internet的HTTP请求，并为客户机提供数据库操作相关的业务；下位机是需要进行实际安装的窗帘控制器，主要任务是为人们提供直接的窗帘操作功能。在下位机中单片机通过脉冲序列信号对步进电机进行驱动控，制，实现电机正反运转的功能。在物联网应用中强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

3 单片机技术原理

单片机技术的实现是通过高度集成电路把处理器、RAM、ROM、输入输出电路等计算机结构件集成在一个芯片上。这使得单片机虽然只有一个芯片，但是却具备计算机的完整功能，可以满足很多领域的应用。单片机的结构形式分为冯诺依曼结构和Harvard结构两种，一种是数据存储和程序存储共用存储空间，一种是数据和程序存储分开。单片机自问世以来就凭借巨大的优势为各个领域所接受。无论是通讯、交通、办公自动化等领域都得到了广泛应用，单片机的抗干扰能力强，对环境适应性强，很多巨型机不能工作的环境单片机都能够胜任，使得单片机在工业控制领域发挥巨大的优势，在电气传动系统中的应用更是作用明显。

电气传动控制技术。是指通过对电动机传动装置的控制，实现生产自动化的技术。是工业生产自动化技术中的重要基础性技术。电气控制的原理是以为处理器为中心的网络化系统，把自动化控制、微电子技术、网络技术和智能检测等技术结合起来的一种控制技术。

4 单片机在电气传动控制中的应用

电气设备中使用单片机会大幅度的提高了工作效率、工作精准度和劳动条件，对于产品的质量提高和能耗的降低都有着很明显的作用。事情都具有两个方面，对于出现故障之后，需要得到高效且迅速的判断，但由于加入单片机的电气传动系统更为复杂精密，日常维护和故障排除需要建立科学合理的数学模型，而故障本身又会对系统结构带来一些变化影响模型的准确性，使得对电气设备故障的检查和检测带来了更大的困难，一旦判断失误便会造成经济损失以及社会危害等情况出现。以MCS80C196系列单片机为例，作为一种直流伺服控制系统，主要有以下几个方面组成：（1）主电路；（2）控制电路；（3）接口电路。主要由单片机核心电路、键盘、显示器组成，电路结构包括整流器、滤波器、模块组成H桥。接口电路控制电路信号，主要负责将控制电路的信号进行处理。子系统采用16位系统总线增强系统数据传输宽度，两个存储器可以共用一个地址[2]。

软件系统的应用。，目前，单片机的开发越来越复杂精密，对算法的要求越来越高。虽然汇编语言占用资源少、运行效率高，但它对开发人员要求较高、不容易掌握，并且没有良好的可移植性，所以用单片机C语言程序设计是单片机开发与应用的必然趋势[3]。C语言是一种结构化的高级语言，它的语法简单、可移植性好，并且又具有低级语言的特点，可以对位进行操作。C语言编写简单，但是编译后较大。汇编可以很小，但是做复杂任务时，编程任务较困难。最好视任务的特性选择语言。

5 结语

随着科技的不断发展，我国单片机技术必将向着本土化，IC定制化发展，单片机技术也必将在强抗干扰能力以及安全性上得到技术上的突破，在未来技术的發展中，单片机会朝着更加精密复杂、低功耗、低电压、低价格同时具备更加强大的功能的方向发展，满足电气传动的发展对控制电路的要求，而这，需要我们每一位工作研究人员的努力。

参考文献

[1] 刘时雷.浅析单片机技术在智能家具中的应用与发展[J].技术与市场，2016（4）：77

[2] 马建挺.单片机技术在电气传动控制系统中的应用与研究[J].质量探索，2016（3）.

[3] 刘斌儒.电气传动控制系统中单片机技术的应用[J].电子技术与软件工程，2017（3）：261.