单片机学术论文
单片机学术论文
学术看似坐而论道，其实它蕴藏着巨大的智慧潜力。这是学习啦小编为大家整理的单片机学术论文，仅供参考!
单片机学术论文篇一
单片机应用技术探究
摘要：近几年单片机得到了飞速的发展，单片机最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中。目前大量的嵌入式系统均采用单片机，本文分析了单片机的形成及发展过程以及当前的技术进展，同时分析了影响单片机系统可靠性的原因，并论述提高单片机可靠性的措施。
关键词：单片机;可靠性技术;发展趋势
中图分类号： C35 文献标识码： A
引言
单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在可以说单片机是百花齐放的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势 。
一 、单片机的应用场合
1.1智能仪器仪表。单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。
1.2机电一体化产品。机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。
1.3实时工业控制。单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等。
1.4家用电器。家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子还有分布式系统的前端模块等等。
二、分析单片机可靠性限制原因及应对措施
目前，大量的嵌入式系统均采用了单片机，并且这样的应用正在更进一步扩展;但是多年以来人们一直为单片机系统的可靠性问题所困惑。在一些要求高可靠性的控制系统中，这往往成为限制其应用的主要原因。
1.单片机系统的失效分析
一个单片机系统的可靠性是其自身软硬件与其所处工作环境综合作用的结果，因此系统的可靠性也应从这两个方面去分析与设计。对于系统自身而言，能不能在保证系统各项功能实现的同时，对系统自身运行过程中出现的各种干扰信号及直接来自于系统外部的干扰信号进行有效的抑制，是决定系统可靠性的关键。有缺陷的系统往往只从逻辑上去保证系统功能的实现，而对于系统运行过程中可能出现的潜在的问题考虑欠缺，采取的措施不足，在干扰信号真正袭来的时候，系统就可能会陷入困境。
2. 提高可靠性的措施
2.1减少引起系统不可靠或影响系统可靠的外界因素：
1) EFT (Electrical Fast Transient)技术。EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时， 就可以消除这些毛否则令其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。
2) 低噪声布线技术及驱动技术。在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。现在，很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，而且在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。现在为了适应各种应用的需要，很多单片机采用"跳变沿软化技术"，从而消除大电流瞬变时产生的噪声。
3) 采用低频时钟。高频外时钟是噪声源之一，不仅能对单片机应用系统产生干扰，而且还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些单片机中采用内部锁相环技术，则在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，从而保证了速度又降低了噪声。
三、单片机的发展趋势
1单片机技术的发展前景及趋势
由于通用型IC的仿冒现象比较严重，因此定制化IC将是未来单片机发展的主要方向。此外，尽管16位、32位单片机市场有所增加，但8位在未来三五年内仍将占主流，只是成长幅度会趋缓。从应用角度讲，盛扬看好消费类电子和家电产品，尤其是中小型家电产品，它属于比较成熟的单片机应用领域;其次是高端领域的车用产品。目前，盛扬已针对汽车周边领域推出系列产品，主要用于汽车防盗、车载电子、信息娱乐、胎压监测、里程表的面板等。
单片机拥有良好的应用前景，但厂商之间的竞争愈演愈烈。因此，对本土企业而言，要想脱颖而出，质量一定要好，同时还要注重产品的环保和可靠性，因为家电和汽车等产品对安全性的要求越来越高;其次，充分发挥本土厂商在特定应用领域的性价比优势。不过，这种性价比必须建立在性能过关、可靠度过关的基础上。
制作工艺CMO化。更小的光刻工艺提高了集成度，从而使芯片更小、成本更低、工作电压更低、功耗更低。CPU的改进。同时，采用双CPU结构，增加数据总线的宽度，提高数据处理的速度和能力;采用流水线结构，提高处理和运算速度，以适应实时控制和处理的需要。增大存储容量，片内EPROM的E2PROM化，程序的保密化，提高并行口驱动能力，以减少外围驱动芯片，增加外围?I/O?口的逻辑功能和控制的灵活性。最后，以串行方式为主的外围扩展;外围电路的内装化;和互联网连接已是一种明显的走向，可靠性及应用水平越来越高。
2微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。 此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3串行扩展技术
在很长一段时间里,通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位OTP(One-Time Password)及各种特殊类型片内程序存储器的发展,加之处围接口不断进入片内,推动了单片机“单片”应用结构的发展。特别是I2C、SPI 等串行总线的引入,可以使单片机的引脚设计得更少,单片机系统结构更加简化及规范化。
4、结语
单片机改变了我们生活,纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机, 单片机有着广阔的应用前景。
参考文献
[1] 张志良; 单片机原理与控制技术; 北京,机械工业出版社,2008
[2] 李广第，朱月秀，王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2002.
[3] 胡汉才.单片机原理及系统设计.北京：清华大学出版社，2002.
单片机学术论文篇二
单片机监控系统探究
摘 要：单片机因为其强大的控制系统目前被广泛应用到了野外作业、企业生产和军事指挥监控之中。文章介绍了单片机的监控系统方案，并对单片机监控系统的发展趋势进行了预测。
关键词：单片机;监控;数据;通信技术
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2013)02-0098-02
随着半导体技术的飞速发展，当前将超大规模集成电路集成到一个很小硅片上的技术已经得到了实现，由此带来了单片机技术的飞速发展。目前的单片机，已经由最初的4位、8位单片机，发展到现在的32位300 M高速单片机。32位单片机由于内部采用了RISC(精减指令系统计算机)机构，因而优化了指令系统，同时也带来了快捷的运算速度和超强的数据处理能力，同时由于其使用方便，具有强大的中断控制系统、定时/事件控制系统，同步/异步通信控制系统，因而可以利用单片机实现对分散测控对象的监控。目前，这项技术已经被越来越广泛地应用到野外作业、企业生产和军事指挥控制之中了。
1 单片机监控系统方案介绍
监控系统需要有一个主站、若干个机动从站构成。主站的作用在于收集来自传感器的数据信息，发布控制命令及实现自动化转台。从站位于固定机房、无人值守间及野外作业站等地方，其主要功能是对传感器的指示数据进行检测验收、对Karlman滤波后的生产工艺方程进行解算和相关显控处理等。主站与从站之间的通信方式采用点与点之间的码分多址通信。
从站电路功能如图1所示。
①主站和从站自定义了60芯的专用系统信号，结构采用双CPU(80C196、8031)扩展STD总线结构。为了和数据通信板的8031之间数据交换的便利，将0C000H-0C3FFH分配给双口RAM(IDT7130)。为了方便调试非全地址译码I/O空间，芯片类型选择了在线可编程芯片ISP2031。
②付站显控电路。显控主芯片采用MC6847，将80C196地址空间的0A000-0C000H分出供显存占用，监视器选择工业级CRT，屏幕分辨率800×600.自建专用12×12非标准汉字库。选择8279型号主芯片进行键盘控制。
③使用I/O板，进行数据接收。采用数字滤波技术消除模拟输入信号的噪声，为了使运行混乱的程序重新步入正规，采用在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP，造成指令冗余的方式，避免后面的指令被当作操作数执行，从而使程序自动纳入正轨。
④智能接口板芯片采用3片MC6821控制芯片，通过对信号实现定位，达到和模拟器数据通信的目的。
⑤转台方位转换电路。同步传输机的模拟方位信号经由分立元器件电路获取后，予以一定的信号分离处置，转变成直流电平，经CPU切换后由AD变换电路分析出方位数据。其他传感器转换电路，采用高性能计数器记录下同步脉冲信号，最后由CPU进行处理。
2 有线/无线数据通信设计
实现单片机监控的重要环节在于中远距离通信方案的选择，对于单片机串行口来说，目前尚无法有效适应中远距离通信的需要，如果从站间距离较远，则点与点之间的距离就将超过1 km，这时候，需要采用调制解调技术。
2.1 有线数据通信
有线数据通信主要以电话线为主，经过数字调制解调器处理(Modem)，形成FSK调制信号。我们可以选用TI公司生产的单片CMOS工艺的Modem，这种调制解调器符合CCITTV.23建议和BELL202标准，可以实现对通信信号的调制解调、载波检测，以及群延时均衡等功能。单片机的串行口RXD、TXD可以实现和RD及TD脚的直接相接。RXB脚的作用在于对接受信号偏压调整，门限电平则进行片内调整。为保证良好的收发性能，需要精确调整CDL脚作载波检测电平的W1、W2参数。RC、TC经过两级调制解调运放及1∶1变压线圈隔离后外接电缆插件。
2.2 无线数、话一体通信
当前，随着无线数据传输技术的日益成熟，在遇到复杂地形或者无法架设有线传输设备的时候，我们常常选择无线设施进行通信数据的传输。无线数据模块的选择在过去经常以MSM6927为主，该模块是日本OKI公司生产的一种单片集成、采用FSK调制的Modem。目前，随着我国无线通信模块技术的快速发展，国内一些厂商的设备也达到了国际先进工艺水平。如东莞博银KY-903，采用采用温补频率基准源，频率合成技术，可以实现点对点、点对多点，灵活组网。另外，提供了模拟通道，在实现无线数据传输的时候，也可以实现话音的传送，从而为系统监控提供了更大的便利。
2.3 通信软件设计
具体通信方法，采取先对主机写入数据，然后向各从机发布通信信息，以检验各从机是否及时相应，如未及时响应的从机，就将之从通信序列中清除出去，在实现这一过程之前，应设定主机与从机之间的响应规则，以避免多点同时响应导致的通信拥堵现象发生。
3 单片机监控系统保护措施
单片机监控系统常作为外部嵌入式系统而发挥监控作用，因而，为保证其正常工作，务必需要采取一定的保护措施，以时期可靠地进行工作。
①适时优化系统，进行冗余设计，不断提高软硬件的抗干扰能力。
②外接电源、通信电缆等装置都要加装防雷击、防风雨、防腐蚀装置，如加装防雷保护器，选用防腐蚀套管等。此外，应经常对外露设施进行定期检验，做到发现问题及早解决。
③不断优化算法设计。算法优化能够有效提高系统的可使用性。如Karlman滤波、AD采样后的“野值”剔除处理等。通过不断优化算法，达到提高运算速率，增强处理能力的作用。
④做好非正常复位工作。由于野外环境复杂，系统在使用过程中，难免会出现电压异常或者断电事故的发生，一旦出现意外，系统就将出现非正常复位现象。当系统非正常复位的时候，先要恢复一些必要的系统数据，如显示模块的初始化、片外扩展的初始化等。然后再对测控系统的系统状态、运行参数等予以恢复。之后再把复位前的任务、参数、运行时间等恢复，再进入系统运行状态。
4 结 语
目前，单片机以其强大的数据处理和通信、控制能力，已经被广泛应用到了众多的监控系统之中了。随着单片机系统模块集成度越来越高，利用单片机监控系统功能，必将会更加的便捷、可靠。
参考文献：
[1] 王丽娟，陈海涛.单片机监控系统及其应用研究[J].华北水利水电学报，2005，(4).
[2] 薛万钧.基于单片机监控系统的研究[J].科技风，2009，(6).
[3] 淡海英.一种单片机监控系统的分析与研究[J].成功，2009，(10).
[4]李少银.一种新颖的单片机监控电路[J].电子与自动化，2006，(6).