微控制器應用科技論文

　　當前，微控制器在現代科技應用的領域越來越廣泛，並在家用電器、工業控制領域、醫療器械、儀器儀表等方面取得了良好的應用效果。這是小編為大家整理的，僅供參考!

　　篇一

　　微控制器原理及其應用

　　【摘要】本文介紹了CIRRUS LOGIC公司生產的16位A/D轉換晶片CS5523的主要特性以及和STC89C52RC微控制器的介面電路，並設計了A/D轉換程式，供大家參考。

　　【關鍵詞】高精度序列A/D;CS5523;微控制器

　　1.引言

　　在工業控制過程、醫療器械及儀器儀表等許多應用中，對系統的速度、功耗及成本等效能的要求越來越高。為了滿足這些要求，迫使設計工程師進一步求助數位電路、尤其是模數轉換器ADC。這些整合化的ADC包括了完整的前端系統，保證了低電壓、低功耗方式工作，在更大程度上降低系統成本。下面介紹一種高精度、硬體電路簡單、計量精確、抗干擾性好、效能穩定可靠、價效比高的A/D轉換晶片CS5523。

　　2.CS5523簡介

　　CS5523是CIRRUS LOGIC公司生產的16位高精度序列A/D晶片。其內部結構框圖如圖1所示。

　　CS5523晶片內集成了一個儀表放大器、一個可程式設計增益放大器、多路開關、數字濾波器、自校正和系統校正電路。通過簡單的序列連線，CS5523可方便地由MCU控制，以實現多通道高精度的A/D轉換。主要特性如下：

　　底輸入電流***100pA***和用斬波器穩定的一儀器放大器;

　　可升級的輸入跨距***雙極/單級***;

　　寬VREF輸入範圍***+1伏至+5伏***;

　　4階Delta-Sigma模/數轉換器;

　　3線制序列介面;

　　系統校準和自校準;

　　8個可選擇的輸出率;

　　單電源+5V供電;

　　低功耗;5.5mW;

　　24腳SSOP和PDIP兩種封裝。

　　3.CS5523在MCS-51微控制器系統中的應用

　　3.1 硬體介面

　　CS5523以序列介面方式與微控制器介面。CS5523的SDI、SDO、SCLK、CS引腳分別和STC89C52RC微控制器的P10～P13口相連。圖2是CS5523與STC89C52RC微控制器介面的硬體原理圖。

　　微控制器通過P10～P13口來控制CS5523，並讀取轉換結果。圖2中採用32.768KHz外部時鐘。CS5523的模擬訊號有單端輸入和差分輸入兩種，這裡採用單端輸入方式。AIN1-、AIN2-、AIN3-、AIN4-分別接地。外部模擬訊號的調理和放大電路，以及基準電壓電路這裡不作為重點，並未給出。

　　3.2 軟體設計

　　如圖2所示，微控制器STC89C52RC和CS5523的通訊採用採用序列通訊方式。STC89C52RC的P10～P13口對CS5523進行控制及資料傳輸。圖3為STC89C52RC操作CS5523的總的時序圖，對CS5523的操作軟體都是以時序圖為基礎編寫的。這裡，只給出了幾個基本的讀寫資料和命令的子程式，僅供參考。CS5523總的控制程式是在這幾個子程式基礎上實現的，這裡不做介紹。

　　uchar SPI_HostReadByte******

　　{

　　uchar idata i,rByte;

　　rByte = 0;

　　for***i=0;i<8;i++***

　　{

　　SPISCK = 0;

　　SPISCK = 1;

　　rByte <<= 1;

　　rByte |= SPISO;

　　}

　　return rByte;

　　}

　　void

　　SPI_HostWriteByte***uchar wByte***

　　{

　　uchar idata i;

　　for***i=0;i<8;i++***

　　{

　　if*********wByte << i *** & 0x80*** == 0x80***

　　{

　　SPISI = 1;

　　}

　　else

　　{

　　SPISI = 0;

　　}

　　SPISCK = 0;

　　SPISCK = 1;

　　}

　　void Cs5523ReadAdData******

　　{

　　uchar i;

　　SPISCK = 0;

　　NOP;

　　if ***PartSelect == 1***

　　{

　　CS1 = 0;

　　CS2 = 1;

　　}

　　else if ***PartSelect == 2***

　　{

　　CS1 = 1;

　　CS2 = 0;

　　}

　　else

　　{

　　CS1 = 1;

　　CS2 = 1;

　　}

　　PerformConver = 0x98;

　　SPI_HostWriteByte***PerformConver***;

　　SPISO = 1;

　　while***SPISO == 1***;

　　PerformConver = 0x00;

　　SPI_HostWriteByte***PerformConver***;

　　for ***i = 0;i < 12 ;i++***

　　{

　　ReadBuffer[i]=SPI_HostReadByte******;

　　}

　　void Cs5523WriteData***uchar GeShu***

　　{

　　uchar i;

　　for ***i = 0;i < GeShu ;i++***

　　{

　　SPI_HostWriteByte***ReadBuffer[i]***;

　　}}

　　void WriteCommand***uchar Commandcs***{

　　SPI_HostWriteByte***Commandcs***;}

　　4.總結

　　該晶片以成功應用於油田採油現場資料採集系統。執行一年來，系統穩定。

　　參考文獻：

　　[1]CIRRUS LOGIC公司CS5523晶片資料手冊.

　　[2]馬忠梅等,編著.微控制器的C語言應用程式設計[M].北京航空航天大學出版社,2005.

　　[3]戴佳,編著.51微控制器C語言應用程式設計實力精講[M].電子工業出版社,2006.

　　作者簡介：申佳，男，現就讀於西安外事學院工學院電子資訊工程專業。

　　篇二

　　微控制器應用技術探究

　　摘要：近幾年微控制器得到了飛速的發展，微控制器最明顯的優勢就是可以嵌入到各種儀器、裝置中。目前大量的嵌入式系統均採用微控制器，本文分析了微控制器的形成及發展過程以及當前的技術進展，同時分析了影響微控制器系統可靠性的原因，並論述提高微控制器可靠性的措施。

　　關鍵詞：微控制器;可靠性技術;發展趨勢

　　中圖分類號： C35 文獻標識碼： A

　　引言

　　微控制器,亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器***CPU***、隨機存取儲存器***RAM***、只讀儲存器***ROM***、輸入/輸出埠***I/0***等主要計算機功能部件都整合在一塊積體電路晶片上的微型計算機。現在可以說微控制器是百花齊放的時期,世界上各大晶片製造公司都推出了自己的微控制器,從8位、16位到32位,數不勝數,應有盡有,它們各具特色,互成互補,為微控制器的應用提供廣闊的天地。縱觀微控制器的發展過程,可以預示微控制器的發展趨勢。

　　一、微控制器的應用場合

　　1.1智慧儀器儀表。微控制器用於各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智慧化，同時還簡化了儀器儀表的硬體結構，從而可以方便地完成儀器儀表產品的升級換代。如各種智慧電氣測量儀表、智慧感測器等。

　　1.2機電一體化產品。機電一體化產品是集機械技術、微電子技術、自動化技術和計算機技術於一體，具有智慧化特徵的各種機電產品。微控制器在機電一體化產品的開發中可以發揮巨大的作用。典型產品如機器人、數控機床、自動包裝機、點鈔機、醫療裝置、印表機、傳真機、影印機等。

　　1.3實時工業控制。微控制器還可以用於各種物理量的採集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理引數的採集和控制均可以利用微控制器方便地實現。在這類系統中，利用微控制器作為系統控制器，可以根據被控物件的不同特徵採用不同的智慧演算法，實現期望的控制指標，從而提高生產效率和產品質量。典型應用如電機轉速控制、溫度控制、自動生產線等。

　　1.4家用電器。家用電器是微控制器的又一重要應用領域，前景十分廣闊。如空調器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴裝置、高檔玩具等。另外，在交通領域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有微控制器的廣泛應用。如汽車自動駕駛系統、航天測控系統、黑匣子還有分散式系統的前端模組等等。

　　二、分析微控制器可靠性限制原因及應對措施

　　目前，大量的嵌入式系統均採用了微控制器，並且這樣的應用正在更進一步擴充套件;但是多年以來人們一直為微控制器系統的可靠性問題所困惑。在一些要求高可靠性的控制系統中，這往往成為限制其應用的主要原因。

　　1.微控制器系統的失效分析

　　一個微控制器系統的可靠性是其自身軟硬體與其所處工作環境綜合作用的結果，因此係統的可靠性也應從這兩個方面去分析與設計。對於系統自身而言，能不能在保證系統各項功能實現的同時，對系統自身執行過程中出現的各種干擾訊號及直接來自於系統外部的干擾訊號進行有效的抑制，是決定系統可靠性的關鍵。有缺陷的系統往往只從邏輯上去保證系統功能的實現，而對於系統執行過程中可能出現的潛在的問題考慮欠缺，採取的措施不足，在干擾訊號真正襲來的時候，系統就可能會陷入困境。

　　2. 提高可靠性的措施

　　2.1減少引起系統不可靠或影響系統可靠的外界因素：

　　1*** EFT ***Electrical Fast Transient***技術。EFT技術是一種抗干擾技術，它是指在振盪電路的正弦訊號受到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺訊號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發訊號干擾正常的時鐘，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時，就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統的時鐘訊號正常工作。

　　2*** 低噪聲佈線技術及驅動技術。在傳統的微控制器中，電源及地線是在積體電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊晶片，對微控制器的內部電路造成干擾。現在，很多微控制器都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個晶片的電流，而且在印製電路板上容易佈置去耦電容，從而降低系統的噪聲。現在為了適應各種應用的需要，很多微控制器採用"跳變沿軟化技術"，從而消除大電流瞬變時產生的噪聲。

　　3*** 採用低頻時鐘。高頻外時鐘是噪聲源之一，不僅能對微控制器應用系統產生干擾，而且還會對外界電路產生干擾，令電磁相容性不能滿足要求。對於要求可靠性較高的系統，低頻外時鐘有利於降低系統的噪聲。在一些微控制器中採用內部鎖相環技術，則在外部時鐘較低時，也能產生較高的內部匯流排速度，從而保證了速度又降低了噪聲。

　　三、微控制器的發展趨勢

　　1微控制器技術的發展前景及趨勢

　　由於通用型IC的仿冒現象比較嚴重，因此定製化IC將是未來單片機發展的主要方向。此外，儘管16位、32位微控制器市場有所增加，但8位在未來三五年內仍將佔主流，只是成長幅度會趨緩。從應用角度講，盛揚看好消費類電子和家電產品，尤其是中小型家電產品，它屬於比較成熟的微控制器應用領域;其次是高階領域的車用產品。目前，盛揚已針對汽車周邊領域推出系列產品，主要用於汽車防盜、車載電子、資訊娛樂、胎壓監測、里程錶的面板等。

　　微控制器擁有良好的應用前景，但廠商之間的競爭愈演愈烈。因此，對本土企業而言，要想脫穎而出，質量一定要好，同時還要注重產品的環保和可靠性，因為家電和汽車等產品對安全性的要求越來越高;其次，充分發揮本土廠商在特定應用領域的價效比優勢。不過，這種價效比必須建立在效能過關、可靠度過關的基礎上。

　　製作工藝CMO化。更小的光刻工藝提高了整合度，從而使晶片更小、成本更低、工作電壓更低、功耗更低。CPU的改進。同時，採用雙CPU結構，增加資料匯流排的寬度，提高資料處理的速度和能力;採用流水線結構，提高處理和運算速度，以適應實時控制和處理的需要。增大儲存容量，片內EPROM的E2PROM化，程式的保密化，提高並行口驅動能力，以減少外圍驅動晶片，增加外圍?I/O?口的邏輯功能和控制的靈活性。最後，以序列方式為主的外圍擴充套件;外圍電路的內裝化;和網際網路連線已是一種明顯的走向，可靠性及應用水平越來越高。

　　2微型單片化

　　現在常規的微控制器普遍都是將中央處理器***CPU***、隨機存取資料儲存***RAM***、只讀程式儲存器***ROM***、並行和序列通訊介面,中斷系統、定時電路、時鐘電路整合在一塊單一的晶片上,增強型的微控制器集成了如A/D轉換器、PMW***脈寬調製電路***、WDT***看門狗***、有些微控制器將LCD***液晶***驅動電路都整合在單一的晶片上,這樣微控制器包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至微控制器廠商還可以根據使用者的要求量身定做,製造出具有自己特色的微控制器晶片。此外,現在的產品普遍要求體積小、重量輕,這就要求微控制器除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小。現在的許多微控制器都具有多種封裝形式,其中SMD***表面封裝***越來越受歡迎,使得由微控制器構成的系統正朝微型化方向發展。

　　3序列擴充套件技術

　　在很長一段時間裡,通用型微控制器通過三匯流排結構擴充套件外圍器件成為微控制器應用的主流結構。隨著低價位OTP***One-Time Password***及各種特殊型別片內程式儲存器的發展,加之處圍介面不斷進入片內,推動了微控制器“單片”應用結構的發展。特別是I2C、SPI 等序列匯流排的引入,可以使微控制器的引腳設計得更少,微控制器系統結構更加簡化及規範化。

　　4、結語

　　微控制器改變了我們生活,縱觀我們現在生活的各個領域,從導彈的導航裝置,到飛機上各種儀表的控制,從計算機的網路通訊與資料傳輸,到工業自動化過程的實時控制和資料處理,以及我們生活中廣泛使用的各種智慧IC卡、電子寵物等,這些都離不開微控制器, 微控制器有著廣闊的應用前景。

　　參考文獻

　　[1] 張志良; 微控制器原理與控制技術; 北京,機械工業出版社,2008

　　[2] 李廣第，朱月秀，王秀山.微控制器基礎.北京：北京航空航天大學出版社，2002.

　　[3] 胡漢才.微控制器原理及系統設計.北京：清華大學出版社，2002.