研究方向，直奔電子產(chǎn)品的大腦

郭曉華

我是西北工業(yè)大學(xué)研三的學(xué)生。本科讀計算機(jī)時，我就有想法將來創(chuàng)業(yè)，于是考研就選了當(dāng)時大熱的電子信息工程，希望以后可以從事自己感興趣的監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)。當(dāng)時自己信心滿滿的，想著好歹計算機(jī)和電子技術(shù)是本家，但是接觸了才發(fā)現(xiàn)，電子信息技術(shù)更加注重創(chuàng)造性和應(yīng)用性，本科的那些理論學(xué)習(xí)似乎并不能給我?guī)硖蟮膬?yōu)勢。

沒入門，先設(shè)計

研一入學(xué)沒多久，導(dǎo)師就要求所有研究生新生參加學(xué)校的電子設(shè)計競賽，每人有一個半月的準(zhǔn)備時間?！斑€沒入門呢，馬上就要我們做設(shè)計？”不少同學(xué)都傻了眼，我也是完全摸不著方向，但導(dǎo)師說比賽必須要參加！

在百般無奈又不愿服輸?shù)摹按竽凶又髁x”脅迫下，我找了許多電子類的行業(yè)雜志，發(fā)現(xiàn)了個電話控制方面的小作品，它能通過電話遠(yuǎn)程控制其他家電的開關(guān)。這一下提起了我的興趣，如果有了這個控制器，就能遠(yuǎn)程控制電飯煲，回到家就能吃上熱乎乎的晚飯了。

我仔細(xì)研究了原理圖中的元件型號，理解了它們的特性與功能后，就準(zhǔn)備去電子市場上買元件自己動手做一個。花了六七十塊錢買了一堆的電容、三極管等其他零配件后，我借鑒著書上的原理圖把所有的元件一一焊接了起來。當(dāng)我進(jìn)行調(diào)試時，又看到網(wǎng)上有不少人反映說，如果在家人不知情的情況下使用遠(yuǎn)程控制功能，有時可能會造成一定的恐慌。于是，我又在設(shè)計中增加了一個程序，在有電話指示進(jìn)入時，電話遠(yuǎn)程控制器頂端就會有一盞小燈在來電期間保持閃爍，這樣一來，家人看到了信號燈就知道是電話控制電器運轉(zhuǎn)了。

看著傾注了不少心血的第一個作品，當(dāng)時的我還頗有成就感。然而遞交了參賽申請不過3天，興奮的心情就全沒了，申請書被駁了回來。導(dǎo)師說，這個設(shè)計老早就有了，你得有創(chuàng)新！可是怎么才能創(chuàng)新？時間緊迫我又能做什么呢？無奈之下，我只好去找導(dǎo)師。沒想到導(dǎo)師對我說：“你可以到我的實驗室里來，剛好你的師兄師姐在準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計，你先跟著他們學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧！”

實驗室里有個師姐做的課題是兩種設(shè)備間的激光通信，我在旁邊看著她一會兒焊電路，一會兒寫程序，雖不知道她具體在設(shè)計些什么。但我始終記得那次看到師姐在編完幾句程序，按下回車后的情景，只見一道激光穿過眼前，另一臺電腦上就出現(xiàn)了整屏滾動的數(shù)據(jù)，這是電影里才有的吧！實在是太神奇了。

前前后后在實驗室跟了一個月，我對于激光通信的硬件部分總算是有了基本的了解。依托師姐的課題，我幸運地趕上了比賽的末班車。不知是不是因為我是新生，作品又是一個比較完整的系統(tǒng)，基本沒什么漏洞，我最終還得了個優(yōu)秀參與獎。

單片機(jī)是“大腦”

其實這個獎項沒有讓我有多興奮，倒是師姐的研究讓我對電子信息技術(shù)有了很大的興趣。我決定深入研究下去，首要的任務(wù)就是要選擇一個研究方向。

一次聽學(xué)長們說，學(xué)電子的如果學(xué)會了單片機(jī)、C語言、DSP，那么前途必定是一片光明。單片機(jī)相當(dāng)于電子產(chǎn)品的大腦，如果這個核心控制器件失靈的話，那么家里的電冰箱、微波爐、電視、空調(diào)等電子產(chǎn)品恐怕都要變成廢品了。于是我果斷地將研究方向定在了單片機(jī)上。

單片機(jī)重視動手實踐，但是必須先對單片機(jī)的各個功能寄存器有個大致的了解。單片機(jī)的原理就是用軟件去控制各個功能寄存器，通過控制各種管腳的電平功率來控制系統(tǒng)板，實現(xiàn)我們需要的各個功能。于是，我買來《新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計》每天看?？磿浑y，但是當(dāng)要應(yīng)用到硬件系統(tǒng)中時，我卻發(fā)現(xiàn)沒有實踐機(jī)會就只能原地打轉(zhuǎn)，于是，我省下一個月的錢從網(wǎng)上買了單片機(jī)學(xué)習(xí)板，開始邊查書邊上手操作。

知道了調(diào)試軟件的操作方法后，我的第一個實驗是流水燈實驗。MCS-51系列單片機(jī)有四組8位并行I/O口，每組I/O口內(nèi)部都有8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器、8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器及數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動等電路。先畫好電路圖，在Proteus軟件中放入所需的器件，設(shè)置參數(shù)，再利用Keil2軟件編寫相應(yīng)的程序，最后回到Proteus仿真軟件中進(jìn)行仿真。當(dāng)我看到8個流水燈按照我的意圖開始“流動”的時候，那種成就感可比剛開始時仿制人家的作品大多了。接著，我一鼓作氣又進(jìn)行了更多的嘗試：第1、3、5、7號燈半亮，其余燈全亮；第1個亮1/8，第2個亮2/8，第3個亮3/8，以此類推，到第8個全亮；所有燈逐漸從暗到亮，再從亮到暗；最難的是讓8個燈從第一個開始依次漸亮，直到最后一個，再從最后一個起漸暗，直到第一個。如此循環(huán)往復(fù)。當(dāng)最后的實驗效果出來的時候，我宿舍的兄弟也驚呆了：“還有這么漂亮的流水燈??！”

就這樣，流水燈、數(shù)碼管、獨立鍵盤、矩陣鍵盤、AD或DA、液晶、蜂鳴器……我每天早上八點不到就到實驗室了。除了上課之外，其他時間都泡在里面，各種實驗讓我忙得不亦樂乎，一直到晚上十點多看樓的大爺敲門催了，我才依依不舍地離開。

高強(qiáng)度的學(xué)習(xí)讓我在研一暑假時就做出了第一個獨立的單片機(jī)作品——自動報時電子鐘。一般電子鐘的原理是主電路系統(tǒng)每60秒發(fā)出一個信號進(jìn)行分計數(shù)，每60分鐘發(fā)出一個信號作為時計數(shù)。而我在這個基礎(chǔ)上又加入了報時和其他一系列優(yōu)化程序，這樣一來，電子鐘不僅能夠整點報時，還能自動校時了。導(dǎo)師對我的這個作品很滿意：“你能把它做出來，說明你對單片機(jī)的掌握已經(jīng)有80%了?！钡玫搅藢?dǎo)師的肯定，接下來的研究我也更有動力了。

總結(jié)這幾年玩單片機(jī)的感受，我發(fā)現(xiàn)單片機(jī)對編程的綜合性要求很高，編程工作在單片機(jī)應(yīng)用中占的比重也很大，因此不少人在學(xué)單片機(jī)之前會下很大的功夫在學(xué)匯編語言上。但是以我的經(jīng)驗，如果你是學(xué)過C語言的，不妨直接用C語言為單片機(jī)編程，這樣既省時間學(xué)起來又容易上手。

越學(xué)越覺得深不可測

初嘗實驗的甜頭后，我開始關(guān)注各種電子設(shè)計的實踐機(jī)會。研二時，我參加了一個空中機(jī)器人大賽?？罩袡C(jī)器人是指能夠在空中自由飛行的飛行器，包括固定翼無人飛行器、旋翼無人飛行器、無人飛艇等。我參與的是旋翼無人飛行器小組的比賽，由于我是新手，被導(dǎo)師分到已參加過兩屆比賽的師兄團(tuán)隊，主要負(fù)責(zé)伺服控制。

空中機(jī)器人主要是由飛行器載體、飛行控制計算機(jī)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）、伺服信號處理系統(tǒng)（SERVO BOARD）和地面站5個主要部分組成，空中機(jī)器人伺服電機(jī)運動控制的好壞決定了空中機(jī)器人飛行狀況的好壞，因此伺服電機(jī)的控制是此次設(shè)計應(yīng)用過程中最重要的一環(huán)。

PWM信號的采集與發(fā)送都是通過單片機(jī)控制Intel8254來實現(xiàn)的，我單片機(jī)玩得順手，覺得信號系統(tǒng)設(shè)計也應(yīng)該不在話下，便自告奮勇接下了這個任務(wù)。由于每片8254只有3路計數(shù)通道，而伺服信號處理系統(tǒng)的PWM采集需要6路計數(shù)通道，我想當(dāng)然就認(rèn)為兩片8254就可以實現(xiàn)PWM的采集。

不料師兄一看我的報告就笑了：“你這個新手還是沒經(jīng)驗，你雖然考慮了PWM的信號采集，但是，信號系統(tǒng)的信號采集通道和信號發(fā)送通道不能共用一條技術(shù)通道。PWM的產(chǎn)生和發(fā)送需要5路技術(shù)通道，你必須要保證實現(xiàn)5路PWM控制信號的同步輸出，以及6路PWM控制信號的精確讀取才行。”在師兄的指點下，我最終利用Atmega162L高速單片機(jī)和Intel8254計數(shù)器芯片，通過232串口與上位飛行控制計算機(jī)（人可以直接發(fā)出操控命令的計算機(jī)）通信，實現(xiàn)了上位機(jī)產(chǎn)生的控制信號對伺服電機(jī)的自動控制。最終，這項設(shè)計在空中機(jī)器人的整體制作中得到了充分的應(yīng)用，我們的作品也拿到了第二名的好成績。

這次比賽涉及到的知識領(lǐng)域很廣，無論是遙控器、遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程微波圖像傳輸、還是慣性導(dǎo)航、飛行器制造技術(shù)，都讓我覺得電子領(lǐng)域真的是“深不可測”。在整個參賽過程中，不管是成功還是失敗，每一次學(xué)到新知識都讓我十分興奮。我越來越發(fā)現(xiàn)電子設(shè)計是很件迷人的事情，當(dāng)我編寫的程序能按我的意愿實現(xiàn)時，比做什么事都開心，這也是電子信息工程獨特的魅力吧。