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單片機應(yīng)用科技論文

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單片機應(yīng)用科技論文

  當(dāng)前,單片機在現(xiàn)代科技應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛,并在家用電器、工業(yè)控制領(lǐng)域、醫(yī)療器械、儀器儀表等方面取得了良好的應(yīng)用效果。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的單片機應(yīng)用科技論文,僅供參考!

  單片機應(yīng)用科技論文篇一

  單片機原理及其應(yīng)用

  【摘 要】本文介紹了CIRRUS LOGIC公司生產(chǎn)的16位A/D轉(zhuǎn)換芯片CS5523的主要特性以及和STC89C52RC單片機的接口電路,并設(shè)計了A/D轉(zhuǎn)換程序,供大家參考。

  【關(guān)鍵詞】高精度串行A/D;CS5523;單片機

  1.引言

  在工業(yè)控制過程、醫(yī)療器械及儀器儀表等許多應(yīng)用中,對系統(tǒng)的速度、功耗及成本等性能的要求越來越高。為了滿足這些要求,迫使設(shè)計工程師進一步求助數(shù)字電路、尤其是模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。這些集成化的ADC包括了完整的前端系統(tǒng),保證了低電壓、低功耗方式工作,在更大程度上降低系統(tǒng)成本。下面介紹一種高精度、硬件電路簡單、計量精確、抗干擾性好、性能穩(wěn)定可靠、性價比高的A/D轉(zhuǎn)換芯片CS5523。

  2.CS5523簡介

  CS5523是CIRRUS LOGIC公司生產(chǎn)的16位高精度串行A/D芯片。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

  CS5523芯片內(nèi)集成了一個儀表放大器、一個可編程增益放大器、多路開關(guān)、數(shù)字濾波器、自校正和系統(tǒng)校正電路。通過簡單的串行連接,CS5523可方便地由MCU控制,以實現(xiàn)多通道高精度的A/D轉(zhuǎn)換。主要特性如下:

  底輸入電流(100pA)和用斬波器穩(wěn)定的一儀器放大器;

  可升級的輸入跨距(雙極/單級);

  寬VREF輸入范圍(+1伏至+5伏);

  4階Delta-Sigma模/數(shù)轉(zhuǎn)換器;

  3線制串行接口;

  系統(tǒng)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單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用

  3.1 硬件接口

  CS5523以串行接口方式與單片機接口。CS5523的SDI、SDO、SCLK、CS引腳分別和STC89C52RC單片機的P10~P13口相連。圖2是CS5523與STC89C52RC單片機接口的硬件原理圖。

  單片機通過P10~P13口來控制CS5523,并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖2中采用32.768KHz外部時鐘。CS5523的模擬信號有單端輸入和差分輸入兩種,這里采用單端輸入方式。AIN1-、AIN2-、AIN3-、AIN4-分別接地。外部模擬信號的調(diào)理和放大電路,以及基準電壓電路這里不作為重點,并未給出。

  3.2 軟件設(shè)計

  如圖2所示,單片機STC89C52RC和CS5523的通信采用采用串行通信方式。STC89C52RC的P10~P13口對CS5523進行控制及數(shù)據(jù)傳輸。圖3為STC89C52RC操作CS5523的總的時序圖,對CS5523的操作軟件都是以時序圖為基礎(chǔ)編寫的。這里,只給出了幾個基本的讀寫數(shù)據(jù)和命令的子程序,僅供參考。CS5523總的控制程序是在這幾個子程序基礎(chǔ)上實現(xiàn)的,這里不做介紹。

  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(jié)

  該芯片以成功應(yīng)用于油田采油現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。運行一年來,系統(tǒng)穩(wěn)定。

  參考文獻:

  [1]CIRRUS LOGIC公司CS5523芯片數(shù)據(jù)手冊.

  [2]馬忠梅等,編著.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

  [3]戴佳,編著.51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計實力精講[M].電子工業(yè)出版社,2006.

  作者簡介:申佳,男,現(xiàn)就讀于西安外事學(xué)院工學(xué)院電子信息工程專業(yè)。

  單片機應(yīng)用科技論文篇二

  單片機應(yīng)用技術(shù)探究

  摘要:近幾年單片機得到了飛速的發(fā)展,單片機最明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。目前大量的嵌入式系統(tǒng)均采用單片機,本文分析了單片機的形成及發(fā)展過程以及當(dāng)前的技術(shù)進展,同時分析了影響單片機系統(tǒng)可靠性的原因,并論述提高單片機可靠性的措施。

  關(guān)鍵詞:單片機;可靠性技術(shù);發(fā)展趨勢

  中圖分類號: C35 文獻標(biāo)識碼: A

  引言

  單片機,亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出端口(I/0)等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機?,F(xiàn)在可以說單片機是百花齊放的時期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機,從8位、16位到32位,數(shù)不勝數(shù),應(yīng)有盡有,它們各具特色,互成互補,為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地??v觀單片機的發(fā)展過程,可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢 。

  一 、單片機的應(yīng)用場合

  1.1智能儀器儀表。單片機用于各種儀器儀表,一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度,使儀器儀表智能化,同時還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu),從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。

  1.2機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品是集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計算機技術(shù)于一體,具有智能化特征的各種機電產(chǎn)品。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機器人、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設(shè)備、打印機、傳真機、復(fù)印機等。

  1.3實時工業(yè)控制。單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機方便地實現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中,利用單片機作為系統(tǒng)控制器,可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法,實現(xiàn)期望的控制指標(biāo),從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等。

  1.4家用電器。家用電器是單片機的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域,前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。另外,在交通領(lǐng)域中,汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應(yīng)用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子還有分布式系統(tǒng)的前端模塊等等。

  二、分析單片機可靠性限制原因及應(yīng)對措施

  目前,大量的嵌入式系統(tǒng)均采用了單片機,并且這樣的應(yīng)用正在更進一步擴展;但是多年以來人們一直為單片機系統(tǒng)的可靠性問題所困惑。在一些要求高可靠性的控制系統(tǒng)中,這往往成為限制其應(yīng)用的主要原因。

  1.單片機系統(tǒng)的失效分析

  一個單片機系統(tǒng)的可靠性是其自身軟硬件與其所處工作環(huán)境綜合作用的結(jié)果,因此系統(tǒng)的可靠性也應(yīng)從這兩個方面去分析與設(shè)計。對于系統(tǒng)自身而言,能不能在保證系統(tǒng)各項功能實現(xiàn)的同時,對系統(tǒng)自身運行過程中出現(xiàn)的各種干擾信號及直接來自于系統(tǒng)外部的干擾信號進行有效的抑制,是決定系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。有缺陷的系統(tǒng)往往只從邏輯上去保證系統(tǒng)功能的實現(xiàn),而對于系統(tǒng)運行過程中可能出現(xiàn)的潛在的問題考慮欠缺,采取的措施不足,在干擾信號真正襲來的時候,系統(tǒng)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(tǒng)不可靠或影響系統(tǒng)可靠的外界因素:

  1) EFT (Electrical Fast Transient)技術(shù)。EFT技術(shù)是一種抗干擾技術(shù),它是指在振蕩電路的正弦信號受到外界干擾時,其波形上會迭加各種毛刺信號,如果使用施密特電路對其整形,則毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時鐘,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(tǒng)的時鐘信號正常工作。

  2) 低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動技術(shù)。在傳統(tǒng)的單片機中,電源及地線是在集成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芯片,對單片機的內(nèi)部電路造成干擾?,F(xiàn)在,很多單片機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芯片的電流,而且在印制電路板上容易布置去耦電容,從而降低系統(tǒng)的噪聲?,F(xiàn)在為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要,很多單片機采用"跳變沿軟化技術(shù)",從而消除大電流瞬變時產(chǎn)生的噪聲。

  3) 采用低頻時鐘。高頻外時鐘是噪聲源之一,不僅能對單片機應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,而且還會對外界電路產(chǎn)生干擾,令電磁兼容性不能滿足要求。對于要求可靠性較高的系統(tǒng),低頻外時鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲。在一些單片機中采用內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù),則在外部時鐘較低時,也能產(chǎn)生較高的內(nèi)部總線速度,從而保證了速度又降低了噪聲。

  三、單片機的發(fā)展趨勢

  1單片機技術(shù)的發(fā)展前景及趨勢

  由于通用型IC的仿冒現(xiàn)象比較嚴重,因此定制化IC將是未來單片機發(fā)展的主要方向。此外,盡管16位、32位單片機市場有所增加,但8位在未來三五年內(nèi)仍將占主流,只是成長幅度會趨緩。從應(yīng)用角度講,盛揚看好消費類電子和家電產(chǎn)品,尤其是中小型家電產(chǎn)品,它屬于比較成熟的單片機應(yīng)用領(lǐng)域;其次是高端領(lǐng)域的車用產(chǎn)品。目前,盛揚已針對汽車周邊領(lǐng)域推出系列產(chǎn)品,主要用于汽車防盜、車載電子、信息娛樂、胎壓監(jiān)測、里程表的面板等。

  單片機擁有良好的應(yīng)用前景,但廠商之間的競爭愈演愈烈。因此,對本土企業(yè)而言,要想脫穎而出,質(zhì)量一定要好,同時還要注重產(chǎn)品的環(huán)保和可靠性,因為家電和汽車等產(chǎn)品對安全性的要求越來越高;其次,充分發(fā)揮本土廠商在特定應(yīng)用領(lǐng)域的性價比優(yōu)勢。不過,這種性價比必須建立在性能過關(guān)、可靠度過關(guān)的基礎(chǔ)上。

  制作工藝CMO化。更小的光刻工藝提高了集成度,從而使芯片更小、成本更低、工作電壓更低、功耗更低。CPU的改進。同時,采用雙CPU結(jié)構(gòu),增加數(shù)據(jù)總線的寬度,提高數(shù)據(jù)處理的速度和能力;采用流水線結(jié)構(gòu),提高處理和運算速度,以適應(yīng)實時控制和處理的需要。增大存儲容量,片內(nèi)EPROM的E2PROM化,程序的保密化,提高并行口驅(qū)動能力,以減少外圍驅(qū)動芯片,增加外圍?I/O?口的邏輯功能和控制的靈活性。最后,以串行方式為主的外圍擴展;外圍電路的內(nèi)裝化;和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向,可靠性及應(yīng)用水平越來越高。

  2微型單片化

  現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口,中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上,增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上,這樣單片機包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做,制造出具有自己特色的單片機芯片。 此外,現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕,這就要求單片機除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小?,F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式,其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎,使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。

  3串行擴展技術(shù)

  在很長一段時間里,通用型單片機通過三總線結(jié)構(gòu)擴展外圍器件成為單片機應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價位OTP(One-Time Password)及各種特殊類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展,加之處圍接口不斷進入片內(nèi),推動了單片機“單片”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是I2C、SPI 等串行總線的引入,可以使單片機的引腳設(shè)計得更少,單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。

  4、結(jié)語

  單片機改變了我們生活,縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域,從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置,到飛機上各種儀表的控制,從計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸,到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理,以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等,這些都離不開單片機, 單片機有著廣闊的應(yīng)用前景。

  參考文獻

  [1] 張志良; 單片機原理與控制技術(shù); 北京,機械工業(yè)出版社,2008

  [2] 李廣第,朱月秀,王秀山.單片機基礎(chǔ).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.

  [3] 胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社,2002.

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