微控制器學術論文

　　學術看似坐而論道，其實它蘊藏著巨大的智慧潛力。這是小編為大家整理的，僅供參考!

　　篇一

　　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

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　　[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.

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　　篇二

　　微控制器監控系統探究

　　摘 要：微控制器因為其強大的控制系統目前被廣泛應用到了野外作業、企業生產和軍事指揮監控之中。文章介紹了微控制器的監控系統方案，並對微控制器監控系統的發展趨勢進行了預測。

　　關鍵詞：微控制器;監控;資料;通訊技術

　　中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937***2013***02-0098-02

　　隨著半導體技術的飛速發展，當前將超大規模積體電路整合到一個很小矽片上的技術已經得到了實現，由此帶來了微控制器技術的飛速發展。目前的微控制器，已經由最初的4位、8位微控制器，發展到現在的32位300 M高速微控制器。32位微控制器由於內部採用了RISC***精減指令系統計算機***機構，因而優化了指令系統，同時也帶來了快捷的運算速度和超強的資料處理能力，同時由於其使用方便，具有強大的中斷控制系統、定時/事件控制系統，同步/非同步通訊控制系統，因而可以利用微控制器實現對分散測控物件的監控。目前，這項技術已經被越來越廣泛地應用到野外作業、企業生產和軍事指揮控制之中了。

　　1 微控制器監控系統方案介紹

　　監控系統需要有一個主站、若干個機動從站構成。主站的作用在於收集來自感測器的資料資訊，釋出控制命令及實現自動化轉檯。從站位於固定機房、無人值守間及野外作業站等地方，其主要功能是對感測器的指示資料進行檢測驗收、對Karlman濾波後的生產工藝方程進行解算和相關顯控處理等。主站與從站之間的通訊方式採用點與點之間的分碼多重進接通訊。

　　從站電路功能如圖1所示。

　　①主站和從站自定義了60芯的專用系統訊號，結構採用雙CPU***80C196、8031***擴充套件STD匯流排結構。為了和資料通訊板的8031之間資料交換的便利，將0C000H-0C3FFH分配給雙口RAM***IDT7130***。為了方便除錯非全地址譯碼I/O空間，晶片型別選擇了線上可程式設計晶片ISP2031。

　　②付站顯控電路。顯控主晶片採用MC6847，將80C196地址空間的0A000-0C000H分出供視訊記憶體佔用，監視器選擇工業級CRT，螢幕解析度800×600.自建專用12×12非標準漢字型檔。選擇8279型號主晶片進行鍵盤控制。

　　③使用I/O板，進行資料接收。採用數字濾波技術消除模擬輸入訊號的噪聲，為了使執行混亂的程式重新步入正規，採用在雙位元組指令和三位元組指令後插入兩個位元組以上的NOP，造成指令冗餘的方式，避免後面的指令被當作運算元執行，從而使程式自動納入正軌。

　　④智慧介面板晶片採用3片MC6821控制晶片，通過對訊號實現定位，達到和模擬器資料通訊的目的。

　　⑤轉檯方位轉換電路。同步傳輸機的模擬方位訊號經由分立元器件電路獲取後，予以一定的訊號分離處置，轉變成直流電平，經CPU切換後由AD變換電路分析出方位資料。其他感測器轉換電路，採用高效能計數器記錄下同步脈衝訊號，最後由CPU進行處理。

　　2 有線/無線資料通訊設計

　　實現微控制器監控的重要環節在於中遠距離通訊方案的選擇，對於微控制器序列口來說，目前尚無法有效適應中遠距離通訊的需要，如果從站間距離較遠，則點與點之間的距離就將超過1 km，這時候，需要採用調製解調技術。

　　2.1 有線資料通訊

　　有線資料通訊主要以電話線為主，經過數字調變解調器處理***Modem***，形成FSK調製訊號。我們可以選用TI公司生產的單片CMOS工藝的Modem，這種調變解調器符合CCITTV.23建議和BELL202標準，可以實現對通訊訊號的調製解調、載波檢測，以及群延時均衡等功能。微控制器的序列口RXD、TXD可以實現和RD及TD腳的直接相接。RXB腳的作用在於對接受訊號偏壓調整，門限電平則進行片內調整。為保證良好的收發效能，需要精確調整CDL腳作載波檢測電平的W1、W2引數。RC、TC經過兩級調製解調運放及1∶1變壓線圈隔離後外接電纜外掛。

　　2.2 無線數、話一體通訊

　　當前，隨著無線資料傳輸技術的日益成熟，在遇到複雜地形或者無法架設有線傳輸裝置的時候，我們常常選擇無線設施進行通訊資料的傳輸。無線資料模組的選擇在過去經常以MSM6927為主，該模組是日本OKI公司生產的一種單片整合、採用FSK調製的Modem。目前，隨著我國無線通訊模組技術的快速發展，國內一些廠商的裝置也達到了國際先進工藝水平。如東莞博銀KY-903，採用採用溫補頻率基準源，頻率合成技術，可以實現點對點、點對多點，靈活組網。另外，提供了模擬通道，在實現無線資料傳輸的時候，也可以實現話音的傳送，從而為系統監控提供了更大的便利。

　　2.3 通訊軟體設計

　　具體通訊方法，採取先對主機寫入資料，然後向各從機發布通訊資訊，以檢驗各從機是否及時相應，如未及時響應的從機，就將之從通訊序列中清除出去，在實現這一過程之前，應設定主機與從機之間的響應規則，以避免多點同時響應導致的通訊擁堵現象發生。

　　3 微控制器監控系統保護措施

　　微控制器監控系統常作為外部嵌入式系統而發揮監控作用，因而，為保證其正常工作，務必需要採取一定的保護措施，以時期可靠地進行工作。

　　①適時優化系統，進行冗餘設計，不斷提高軟硬體的抗干擾能力。

　　②外接電源、通訊電纜等裝置都要加裝防雷擊、防風雨、防腐蝕裝置，如加裝防雷保護器，選用防腐蝕套管等。此外，應經常對外露設施進行定期檢驗，做到發現問題及早解決。

　　③不斷優化演算法設計。演算法優化能夠有效提高系統的可使用性。如Karlman濾波、AD取樣後的“野值”剔除處理等。通過不斷優化演算法，達到提高運算速率，增強處理能力的作用。

　　④做好非正常復位工作。由於野外環境複雜，系統在使用過程中，難免會出現電壓異常或者斷電事故的發生，一旦出現意外，系統就將出現非正常復位現象。當系統非正常復位的時候，先要恢復一些必要的系統資料，如顯示模組的初始化、片外擴充套件的初始化等。然後再對測控系統的系統狀態、執行引數等予以恢復。之後再把復位前的任務、引數、執行時間等恢復，再進入系統執行狀態。

　　4 結 語

　　目前，微控制器以其強大的資料處理和通訊、控制能力，已經被廣泛應用到了眾多的監控系統之中了。隨著微控制器系統模組整合度越來越高，利用微控制器監控系統功能，必將會更加的便捷、可靠。

　　參考文獻：

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