基于單片機(jī)的多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電氣工程自動(dòng)化

彭棣

摘 要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息化和自動(dòng)化開始在我國(guó)各種行業(yè)中廣泛應(yīng)用。文章是基于單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算器和電氣工程自動(dòng)化的基礎(chǔ)技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和我國(guó)各行業(yè)的繁榮穩(wěn)定做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；計(jì)算器；電氣工程；自動(dòng)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.168

0 引言

電子產(chǎn)品的更新的同時(shí)影響了單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)程，在日常生活中，單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，工業(yè)控制系統(tǒng)、家用電器、通信領(lǐng)域、ABS系統(tǒng)等等。計(jì)算器也人們?nèi)粘Ｉ钪谐３Ｊ褂玫墓ぞ咧唬瑫r(shí)也是電氣工程必備的部件，因此相關(guān)部門需要為單片機(jī)在計(jì)算器上的應(yīng)用開發(fā)新型設(shè)計(jì)方案，并為電氣工程自動(dòng)化的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 單片機(jī)的多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)

單片機(jī)計(jì)算器的設(shè)計(jì)過(guò)程一般分為三個(gè)部分，鍵盤模塊的電路設(shè)計(jì)、顯示模塊的設(shè)計(jì)、控制核心的設(shè)計(jì)。編程軟件的程序也是有三部分構(gòu)成，主程序、按鍵程序、顯示程序，在計(jì)算器的基本運(yùn)算系統(tǒng)完成后在進(jìn)行外圍電路的擴(kuò)展，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的單片機(jī)多功能計(jì)算器不僅能實(shí)現(xiàn)加減乘除的運(yùn)算過(guò)程，還能實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量和時(shí)鐘的顯示。

1.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是計(jì)算器的核心控制器，一般由單片機(jī)的集成電路作為主體，協(xié)同擴(kuò)展外圍端口電路共同構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)編程系統(tǒng)對(duì)計(jì)算器的控制和設(shè)計(jì)。單片機(jī)在進(jìn)行控制系統(tǒng)的功能上具備著耗能小、體積小、價(jià)格低、質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì)、并且還比較容易擴(kuò)容和并聯(lián)外接系統(tǒng)，在計(jì)算器的運(yùn)算過(guò)程和其他功能的反應(yīng)速率上都有比PLC系統(tǒng)具備一定優(yōu)勢(shì)，也被各大工程廣泛應(yīng)用。因此在計(jì)算器的控制系統(tǒng)上可以選擇單片機(jī)作為主要控制芯片，在經(jīng)過(guò)外圍電路的擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)要求。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多功能的設(shè)計(jì)理念是依據(jù)大循環(huán)和小循環(huán)的嵌套程序模塊，將大循環(huán)功能鍵下達(dá)的命令通過(guò)小循環(huán)的外接電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)具體的端口接入完成計(jì)算器多功能的操作模式。

1.2 功能模塊的設(shè)計(jì)

計(jì)算部分的電路由矩陣鍵盤電路和顯示電路兩部分組成，矩陣按鍵包括數(shù)字鍵、符號(hào)鍵、復(fù)位鍵、清零件總計(jì)十六個(gè)按鍵組成。首先在電路通電之后進(jìn)行屏幕清零，再通過(guò)LCD程序輸入規(guī)定按鍵對(duì)應(yīng)的指令，包括數(shù)字和符號(hào)，在進(jìn)行運(yùn)算鍵的輸入時(shí)，計(jì)算器內(nèi)部需要進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換和記憶，因此再一次進(jìn)行數(shù)字符號(hào)鍵入的時(shí)候就能檢驗(yàn)計(jì)算功能的鍵盤是否正確了。利用矩陣鍵盤的原因也是因?yàn)榘存I經(jīng)常使用的緣故，獨(dú)立式鍵盤會(huì)形成電路的交叉易發(fā)生操作失誤，因此使用矩陣鍵盤可以提高單片機(jī)的接口利用率，保障運(yùn)算時(shí)的穩(wěn)定。計(jì)算器的顯示系統(tǒng)一般采用液晶顯示屏，單片機(jī)的計(jì)算器也不例外，顯示模塊的設(shè)計(jì)通常要注意電路電壓的可調(diào)性以及對(duì)于各種命令的靈敏識(shí)別，包括顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、字符發(fā)生器等等，通常使用輸出引腳經(jīng)過(guò)指令字讓LCD屏幕進(jìn)行數(shù)值和功能的體現(xiàn)。

2 單片機(jī)在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用

單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)的控制還可以從計(jì)算器領(lǐng)域發(fā)展到電氣工程的自動(dòng)化改革，對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，能夠有效對(duì)各部分功能電路進(jìn)行控制，保障每個(gè)部分的命令下達(dá)和識(shí)別，就能完成自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.1 單片機(jī)電氣工程自動(dòng)化設(shè)備改造

工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程中，由于設(shè)備的生產(chǎn)線都沒(méi)有發(fā)生太大的變化，因此在進(jìn)行設(shè)備的改造時(shí)通常都是在進(jìn)行控制系統(tǒng)的升級(jí)。在進(jìn)行自動(dòng)化改造之后的設(shè)備可以提高電氣工程的效率和質(zhì)量，同時(shí)還能為人力和成本的消耗進(jìn)行優(yōu)化，有效提高產(chǎn)品的合格率和經(jīng)濟(jì)利益。用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心模塊，讓控制系統(tǒng)的信號(hào)變成自動(dòng)化，還在輸出擴(kuò)展、輸入擴(kuò)展、合成電路、信號(hào)處理等方面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和修整，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)電路的自動(dòng)化改進(jìn)作用，促進(jìn)保護(hù)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的功能完善，讓電氣工程在運(yùn)行時(shí)更加靈活和便捷。

2.2 單片機(jī)電氣工程自動(dòng)化軟件改造

在進(jìn)行電氣工程設(shè)備的自動(dòng)化過(guò)程時(shí)，軟件的自動(dòng)化優(yōu)化也是在整個(gè)過(guò)程中不可缺少的一環(huán)。電氣工程設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)軟件是建立在整個(gè)器械的操作基礎(chǔ)上的，即軟件自動(dòng)化的部分也是設(shè)備在運(yùn)行中需要自動(dòng)化的部分，因此需要設(shè)計(jì)者在進(jìn)行自動(dòng)化改進(jìn)之初，對(duì)企業(yè)和設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)收集，在進(jìn)行邏輯理順和運(yùn)算完成后編程軟件輸入對(duì)應(yīng)程序，完成軟件對(duì)元件乃至設(shè)備生產(chǎn)動(dòng)作的指令。單片機(jī)軟件自動(dòng)化改造還包括控制系統(tǒng)、命令系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等等不同的設(shè)備結(jié)構(gòu)單元，以及局部軟件編程理論的修改調(diào)試，在不影響其正常功能的條件下，對(duì)設(shè)備的改造接口留以余地，以便日后的升級(jí)和優(yōu)化。

2.3 單片機(jī)電氣工程自動(dòng)化電路改造

單片機(jī)在體積上完勝所有的中心控制系統(tǒng)，同時(shí)還具備豐富的功能和指令系統(tǒng)，可以完成多重的循環(huán)命令模塊構(gòu)建，因此可以采用多種資源重組的形式對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和疊加，以完成需要的自動(dòng)化空間。單片機(jī)信號(hào)的輸出過(guò)程采用的是總線管理的模式，輸出的電路需要將總線提供的數(shù)據(jù)、信號(hào)、地址通過(guò)對(duì)應(yīng)的外部接口連接，讓單片機(jī)的信號(hào)有ALE轉(zhuǎn)變?yōu)镻o端可以接收信號(hào)形式，同時(shí)根據(jù)輸入電路的變化將信號(hào)總體狀態(tài)進(jìn)行鎖定和儲(chǔ)存，直到下一次指令的激發(fā)產(chǎn)生形成新的高電平信號(hào)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，單片機(jī)從功能上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化技術(shù)在計(jì)算器基礎(chǔ)上的微型控制，同時(shí)集合了中央處理器、定時(shí)器、端口技術(shù)等多種功能，為電氣設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行提供技術(shù)支持。單片機(jī)在包括工業(yè)企業(yè)在內(nèi)的電氣工程正常運(yùn)營(yíng)提供了技術(shù)保障，因此科研人員需要根據(jù)單片機(jī)的控制能力研制出完善工業(yè)發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)化控制模式，為新科技的科研成果提供了理論依據(jù)。

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