单片机嵌入式技术的应用研究

赵伟

摘要：本文首先阐述了单片机嵌入式技术在图像采集方面的应用，接着对单片机嵌入式技术在电气自动化中的应用进行了探讨。

关键词：机电系统;压力传感器;测量;方法

引言：

单片机嵌入式技术作为计算机发展技术的一项分支，其在系统智能化控制方面具有广泛的应用与发展前景。该技术的应用有效提升了工业自动化生产系统的工作效率与智能化水平，还有效降低了人工成本，避免了人工操作失误对整个生产过程产生的影响。但该技术在具体应用过程中仍存在一定问题，需要针对单片机嵌入式技术进行相应研究分析，以提升单片机嵌入式技术的实用性与应用效用。

1单片机嵌入式技术在图像采集方面的应用

基于单片机嵌入式系统的嵌入特性，自然决定了其在应用方面呈现多学科交叉的特点，并且在各个领域中都能够得到广泛的应用。在进行图像采集时，多使用 CCD 摄像机，但摄像机在完成图像采集到上传到计算机进行相应数字化处理过程中，会对图像质量造成一定损失。并且在特殊情况下需要摄像机进行截图，对计算机图像数字化处理过程也会造成影响。一般情况下，想要解决上述问题就需要为系统配置大量的硬件设施，但针对这些硬件控制较为复杂，再加上系统同时还要对主机的各种控制信号加以处理，对系统的逻辑控制要求自然会更高，从而会最终导致系统整体的硬件规模变大，整体耗能也更高。因此可以在图像采集处理系统中应用单片机嵌入式技术，使得整体图像采集处理系统功能更加完善。在其系统中采用 32 位 ARM嵌入式单片机作为核心的处理单元，为确保图像信息传递的实时性，用复杂的可编程逻辑器件 GPLD 作为时序控制单元，为了确保整体系统具有足够的开发潜力，可以增加 DSP 处理器、显示模块等，因此可以对其硬件进行可扩展处理，使得该系统功能更加全面。

为有效实现数据的缓冲，以免由于数据传输与读写频率不同导致数据的丢失，需要在 A/D 数据传输器与 SDRAM存储器之间设置 FIFO缓存器作为外围接口。具体工作流程如下：ARM嵌入式单片机向 CPLD 发出相应的信号采集指令，CPLD 在接受到指令之后迅速做出反应性 CCD驱动电路发出相应的控制信号（如驱动编码等），随后相应控制信号被 CCD 传感器接收，该传感器将采集到模拟图像信号经过 A/D 转换芯片进行相应处理之后写入 FIFO 缓存之中，当 FIFO 处于半满状态时就会发出相应的半满信号，该信号由 CPLD接收并对FIFO 中信息进行读取处理，随后将读取完成的信号写入到 SDRAM存储器中，当写入的数据信息达到一帧图像之后，在 CPLD的内部会进行相应的通道切换操作，以确保 ARM嵌入式单片机能够实现SDRAM的图像数据读取，最后经过 ARM嵌入式单片机进一步完成对图像数据处理过程之后将结果进行输出。

2单片机嵌入式技术在电气自动化中的应用

2.1 电气自动化中嵌入式单片机概念

电气自动化中嵌入式单片机作为一种编程控制器，在工业生产中应用十分广泛。嵌入式单片机在工业中主要应用形式为数字计算操作系统，其核心就是编程存储器，主要的功能是用来执行相应的逻辑运算，顺序控制以及执行一些操作指令，与此同时，还可以通过相应的数字量与模拟量进行输入输出处理，以达到控制各种工业机械的目的，使得工业机械控制更加智能化、精准化。总的来说，电气自动化中嵌入式单片机技术就是继电接触控制技术与计算机技术结合的产物，主要的应用优点有功耗低、接触点的接线简单、稳定可靠性强、灵活性好等，其能够充分的结合电气自动化特点将为处理器的优势充分发挥出来，有效推进工业生产效率与水平发展。

2.2电气自动化嵌入式单片机应用原理

嵌入式单片机在电气自动化的应用过程需要三个阶段一是输入采样阶段，该阶段需要将相应数据以单片机扫描的方式并按照一定的顺序进行读入处理，随后将数据输入至 I/O 映像区域内，完成相应输入采样之后，转入到用户程序中去，并将数据完成执行与输出。在这一阶段，即使输入的数据与相应状态发生改变，对 I/O 映像区域内数据及输入状态也不会造成影响，因此在进行脉冲信号的输入时，需要做好脉冲信号宽度与扫描周期的协调工作，将其宽度控制在一个扫描周期以上为宜，这样相应输入状态及数据的读入才能得到有效的保证;二是用户执行阶段，在這一阶段，用户在扫描过程中可以以单片机作为依据，对梯形图进行自上而下的扫描，与此同时，还可以更好的控制扫描程序左边由各触点构成的线路，并随后对这些线路进行相应的逻辑运算，运算顺序为从左至右，从上至下。随后根据相应的运算结果刷新存储区内对应逻辑线圈状态，此外，还可以实现逻辑线圈 I/O映像状态的刷新来进行用户程序的执行;三是输出刷新阶段，在完成用户程序扫描之后，刷新相应程序，此时 CPU 会以相应数据及 I/O 映像区内的对应状态为依据，进行所有存储电路的刷新，最后通过输出电路实现外设的驱动，使得真正的输出得以实现。

2.3单片机嵌入式技术在电气自动化中的应用

对于传统的电能质量监测装置来说，一般是由单片机进行开发，但受资源、技术限制，致使装置运算速度渐渐难以满足当下实际需求。基于此，需要在电能质量监测装置的研发时，摒弃传统的单片机技术和系统，通过利用嵌入式单片机技术，构建一种基于 DSP （Digital Signal Processing）与ARM（Acorn RISC Machine）双 CPU 模式的嵌入式结构，使得自动化仪器仪表满足智能化、数字化、精度华要求。

硬件系统设计。系统整体主要由四个模块组成，一是参数采集模块，负责转换电网侧强电信号，并传输给 AD 采样模块进行采样;二是 AD 采样模块，AD 采样模块在接收到来自参数采集模块传输的六路信号后，由AD7656 芯片进行信号采样，DSP 处理模块对转换好的数据进行处理。

软件设计。系统软件设计主要由 DSP 与 ARM两部分组成，二者不仅要完成自身的功能，还要做好互相协调的工作。其中对于 DSP 软件设计来说，主要负责利用双口 RAM，实现与 ARM通信功能，并在完成相应数据处理后，需要将相应数据发送给 ARM，同时对 ARM的控制命令进行实时响应。系统在软件开发调试环境方面选择的是 CCS3.3，并利用汇编和 C 语言进行混合编程，最终实现了相应软件的开发。在 ARM软件设计方面，通过在Linux操作系统基础之上，构建了嵌入式 Linux操作系统的移植，在人机交互方面，通过利用 C 语言、C++ 语言 Qt/Embedded 等进行了人机交互应用程序开发。

2.4单片机嵌入式技术应用趋势

在初次进行单片机应用时由于受生产环境及其他各种因素的影响，例如安装出现问题或受到电磁干扰较为严重，从而使得整个单片机嵌入式系统出现各种运算失误或其他故障问题，进而出现输入或输出错误导致真个程序系统处于失控状态。后进过在对生产过程及相应环节重新进行设计，提升了其抗干扰能力，缓解了这一问题，但从这一点上来看，未来单片机嵌入式技术未来应用趋势仍需要向提升抗干扰能力方向更进一步。此外随着数字化网络化技术不断发展，单片机嵌入式系统集相关技术的普及应用将会成为必然趋势，在在加上单片机编程语言的丰富性不断提升，其系统智能化控制也将会越来越好。

结束语：

综上所述，在单片机嵌入式技术实际应用过程中，需要结合当下计算机技术发展实际，做好各方面的管理与应用，有效提升其技术应用的环境适应能力，使嵌入式单片机功能更为强大，相应技术也更加纯熟，有效推进各行各业的发展。

参考文献：

[1] 梁小廷.  单片机技术的发展及应用研究[J]. 民营科技. 2018（06）

[2] 严格非.  现代单片机技术的进展[J]. 中国新通信. 2018（08）

[3] 左光宇.  单片机的应用及发展[J]. 科技风. 2018（22）