單片機(jī)在設(shè)備自動(dòng)化改造中的應(yīng)用

王 晅

（揚(yáng)州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 單片機(jī)概述

（1）單片機(jī)的發(fā)展。單機(jī)片即單片微型計(jì)算機(jī)，是一種采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)處理的集成電路芯片，主要由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。擁有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是工業(yè)上比較典型的微控制器。單片機(jī)自從問世以來，以快速的速度發(fā)展，引起了世界半導(dǎo)體廠家的關(guān)注，出現(xiàn)了各式各樣的單片機(jī)，從大體上講，電子計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了從電子管到晶體管、到中小大體集成電路，最終到大規(guī)模集成電路這四個(gè)階段。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)也日漸成熟，滲透到各行各業(yè)。

（2）單片機(jī)的特點(diǎn)。單片機(jī)的重量輕，體積小，易于使用，價(jià)格較適宜。有很好的抗干擾性，在工業(yè)的應(yīng)用中，芯片能夠適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，CPU的性能更優(yōu)，提高了可靠性和安全性。在存儲(chǔ)方面，雖然受集成度限制，內(nèi)存儲(chǔ)較小，但是外部擴(kuò)展容量較大?？刂菩阅芎茫\(yùn)行的速度快速，整個(gè)的構(gòu)造能夠滿足工業(yè)控制的要求。更重要的是單片機(jī)的開發(fā)比較容易，研發(fā)的周期很短，易于產(chǎn)品化。

（3）單片機(jī)的應(yīng)用。單片微型計(jì)算機(jī)由于其自身的特點(diǎn)，受到了眾多行業(yè)的青睞，本文主要介紹了幾個(gè)常見的應(yīng)用方面：在智能儀表上的應(yīng)用，在各行各業(yè)中常采用不同的智能儀表記錄和控制整個(gè)生產(chǎn)過程，而引進(jìn)單片機(jī)在這些智能儀器中，可以讓儀表的記錄和控制更加準(zhǔn)確，單片機(jī)還能根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)或是突發(fā)狀況做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，更加實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化，采用單片機(jī)的智能儀表眾多，例如有智能電度表、精密數(shù)字溫度計(jì)等；在工業(yè)測(cè)控中的應(yīng)用，單片機(jī)參與到工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中可以讓測(cè)控的結(jié)果更加準(zhǔn)確；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)語通信技術(shù)中的應(yīng)用，單片機(jī)可以運(yùn)用到列車的無信通信和自動(dòng)應(yīng)答系統(tǒng)等；Internet的應(yīng)用，Internet的發(fā)展是以PC技術(shù)為發(fā)展平臺(tái)，由于單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)還沒有比較成熟的定義，所以在Internet與單片機(jī)的結(jié)合的領(lǐng)域中，既能夠充分應(yīng)用Internet資源，又能夠獲得電子設(shè)備的信息，將會(huì)促進(jìn)儀器、儀表、控制產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化和發(fā)展。

2 設(shè)備自動(dòng)化改造

本文主要以工業(yè)為分析主體，在生產(chǎn)過程中，有些設(shè)備的操作難度和強(qiáng)度比較大，不需要時(shí)刻改變，此時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改造是十分可行的，可以節(jié)約不少的人力，進(jìn)行設(shè)備改造后，可以大大減少操作誤差，提高生產(chǎn)過程的安全性。在設(shè)備的自動(dòng)化改造中，主要是將單片機(jī)應(yīng)用到設(shè)備中，形成自動(dòng)化的生產(chǎn)系統(tǒng)?？梢詫⑾到y(tǒng)該劃分為以下幾部分：信號(hào)輸入、光隔、輸入擴(kuò)展、MCS-51單片機(jī)信號(hào)處理、輸出擴(kuò)展、光隔、放大電路、驅(qū)動(dòng)電路。主要采用的單片機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)，本文主要介紹了利用單片機(jī)技術(shù)解決的保護(hù)電路和控制電路問題，即利用軟件的方法更加數(shù)字化話地實(shí)現(xiàn)設(shè)備電路的控制和保護(hù)。

（1）軟件設(shè)計(jì)。在設(shè)備的自動(dòng)化改造中，軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心，整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)是在軟件的基礎(chǔ)平臺(tái)上運(yùn)行的。在軟件的設(shè)計(jì)中需要考慮設(shè)備系統(tǒng)的需求，將輸入的變量進(jìn)行處理和邏輯運(yùn)算后，經(jīng)由輸出口輸出。主要采用模塊化的設(shè)計(jì)，即每個(gè)模塊的程序任務(wù)明確簡(jiǎn)單，可以將程序進(jìn)行局部的分開的修改和調(diào)試，不影響其他的模塊，而且采用該種設(shè)計(jì)方法可以便于整個(gè)軟件的擴(kuò)充和升級(jí)，便于分工合作。

（2）控制總電路的設(shè)計(jì)。單機(jī)片的機(jī)構(gòu)緊湊，資源雖小但是比較齊全，指令系統(tǒng)功能比較強(qiáng)，覆蓋面很廣，所以，單機(jī)片可以不用借助外界的硬件資源構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的小型的應(yīng)用系統(tǒng)，而且可以根據(jù)不同的要求進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展，主要包括程序存儲(chǔ)器ROM/EPROM擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）擴(kuò)展、I/O口擴(kuò)展、定時(shí)/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展以及其他特殊功能的擴(kuò)展。

（3）光隔、放大、保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。單片機(jī)的輸入輸出信號(hào)主要有模擬信號(hào)、開關(guān)信號(hào)、數(shù)字信號(hào)。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過程控制中，主要控制的開關(guān)器件是繼電器和效應(yīng)晶體管。主要的單片機(jī)接口有：?jiǎn)纹瑱C(jī)與繼電器的接口；單片機(jī)與固態(tài)繼電器接口；單片機(jī)與大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管接口；光電耦合器驅(qū)動(dòng)接口，主要的工作原理是將單片機(jī)與控制器件相連，單片機(jī)的電壓幅值和負(fù)載能力都有限，一般在單片機(jī)的輸出端都加有相應(yīng)的放大驅(qū)動(dòng)電路，起到緩沖隔離和放大驅(qū)動(dòng)的作用。通常開關(guān)輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件有可控硅，繼電器等，開關(guān)輸出主要控制的是動(dòng)力電，單片機(jī)將輸出信號(hào)放大后，執(zhí)行元件根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的工作，起到光隔、放大、保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路的作用。

3 系統(tǒng)的干擾與抗干擾

隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越來越多的行業(yè)在生產(chǎn)過程中采用單片機(jī)技術(shù)。例如在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程控制、智能化儀表、軍事研究等方面。但是往往由于使用環(huán)境的惡劣和復(fù)雜，會(huì)干擾到設(shè)備系統(tǒng)的正常使用，影響其工作的可靠性和安全性，常常出現(xiàn)誤動(dòng)作和誤顯示的現(xiàn)象，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)影響的因素分類，主要的干擾耦合方式是有直接耦合方式、公共阻抗耦合方式、電容耦合方式、電磁感應(yīng)耦合方式和輻射耦合方式。在抗干擾方面，主要的是軟件抗干擾和硬件抗干擾。

（1）軟件抗干擾。軟件主要是在程序執(zhí)行的過程中抗干擾，在CPU開始運(yùn)作的的過程中，受到外界的干擾而引起的程序的混亂，因此在程序執(zhí)行的過程中，對(duì)軟件實(shí)行抗干擾是十分必要的。主要是采用“軟件陷阱”來實(shí)行抗干擾的目的即采用一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行的將捕獲的程序引向另一個(gè)指定的不影響程序正常工作的區(qū)域，在該指定區(qū)域有專門處理錯(cuò)誤的程序。主要是將軟件陷阱安排在未使用的中斷向量區(qū)、未使用的大片EPROM 空間、數(shù)據(jù)表格和散轉(zhuǎn)表格、程序區(qū)。

（2）硬件抗干擾。主要從干擾源上抑制達(dá)到抗干擾的效果，主要是在干擾源兩端并聯(lián)電容。只要的方法有：繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾；給電機(jī)加濾波電路；電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01～0.1μF高頻電容，以減小IC對(duì)電源的影響；布線時(shí)避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。

總而言之，單片機(jī)的出現(xiàn)，是計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域的一次大的變革，促進(jìn)了各行業(yè)智能化，數(shù)字化和自動(dòng)化的發(fā)展，例如在工業(yè)，軍事等方面都取得了很大的成就。單片機(jī)的應(yīng)用提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的效率和可靠性，在設(shè)備的自動(dòng)化的改造中，起了很大的作用，迎合了未來工業(yè)發(fā)展的高效率、低誤差的機(jī)器自動(dòng)化運(yùn)作的特點(diǎn)。隨著科技的不斷進(jìn)步，將會(huì)不斷有新的技術(shù)涌現(xiàn)，為社會(huì)發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。

[1] 吳巖.單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)研究[J].黑龍江科技信息，2011，（9）.

[2] 范仁周，劉多偉，張錫明，等.Intel公司單片機(jī)及微處理器在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電訊技術(shù)，1989，（4）.