淺談單片機(jī)的應(yīng)用與拓展

王澤軒

(西安科技大學(xué)高新學(xué)院，陜西西安 710000）

淺談單片機(jī)的應(yīng)用與拓展

王澤軒

(西安科技大學(xué)高新學(xué)院，陜西西安 710000）

詳細(xì)介紹了單片機(jī)在各行業(yè)的應(yīng)用情況，并對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用拓展和系統(tǒng)拓展給出了相關(guān)預(yù)測(cè)，最后提出了單片機(jī)發(fā)展可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

單片機(jī)；應(yīng)用；拓展；注意問(wèn)題

0 引言

單片機(jī)(SCM，Single-Chip Microcomputer）簡(jiǎn)單地說(shuō)就是微型計(jì)算機(jī)，也是嵌入式控制器。單片機(jī)內(nèi)包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備等，它的特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、攜帶方便、集成度高、可靠性高、速度快、低電壓、低電耗、使用方便。迄今為止，單片機(jī)經(jīng)歷了3個(gè)階段:初級(jí)階段、微控階段、完善階段。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。

1 單片機(jī)的應(yīng)用

1.1 工業(yè)應(yīng)用

1.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如今已成為一門(mén)專(zhuān)業(yè)，它可以將獲取的溫度、壓力、位移、流量、速度等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而可進(jìn)行存儲(chǔ)、刪除、修改、查詢(xún)等操作，整個(gè)過(guò)程精度高、可靠性強(qiáng)、速度快。

1.1.2 煤礦電氣自動(dòng)化

礦井自動(dòng)抄表系統(tǒng)是通過(guò)智能集中器實(shí)現(xiàn)的，它可以在供電和斷電情況下進(jìn)行遠(yuǎn)程智能抄表，提升了抄表效率。單片機(jī)在煤礦電氣自動(dòng)化中還有一種典型的應(yīng)用就是漏電保護(hù)裝置。井下作業(yè)最重要的就是安全性，低壓漏電保護(hù)措施的實(shí)現(xiàn)使安全問(wèn)題很大程度上得到了妥善解決。比如:基于單片機(jī)的鋼絲繩監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、處理、控制顯示等功能。

1.1.3 機(jī)車(chē)檢測(cè)

單片機(jī)在機(jī)車(chē)檢測(cè)中的具體應(yīng)用有測(cè)溫線(xiàn)路檢測(cè)儀、機(jī)車(chē)速度信號(hào)模擬裝置、機(jī)車(chē)功率油耗檢測(cè)儀、機(jī)車(chē)負(fù)載實(shí)驗(yàn)微機(jī)監(jiān)測(cè)裝置、輔助交流電源漏電流檢測(cè)保護(hù)裝置等。這些儀器的應(yīng)用可以輕松排除故障、隨機(jī)記錄油耗，節(jié)省人力、物力和時(shí)間。

1.1.4 汽車(chē)應(yīng)用

單片機(jī)在汽車(chē)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，汽車(chē)內(nèi)部甚至就是多種單片機(jī)的組合。從點(diǎn)火系統(tǒng)、行車(chē)電腦、車(chē)內(nèi)空調(diào)到倒車(chē)?yán)走_(dá)、汽車(chē)導(dǎo)航再到安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)等，都離不開(kāi)單片機(jī)。未來(lái)汽車(chē)隨著單片機(jī)的發(fā)展也將會(huì)越來(lái)越智能、越來(lái)越安全。

1.2 家庭應(yīng)用

1.2.1 家用電器

家用電器是單片機(jī)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，它就像家用電器的智能大腦和心臟一樣，電磁爐、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、電動(dòng)窗簾等里面都有鑲嵌的單片機(jī)。拿全自動(dòng)洗衣機(jī)來(lái)說(shuō)，在微處理器的實(shí)時(shí)控制下，它們可以輕松實(shí)現(xiàn)洗滌、烘干、除菌等功能的切換。

1.2.2 智能家具

智能家具是可以接收人們相關(guān)命令，經(jīng)過(guò)判斷后進(jìn)行酌情處理的家庭用具，如德國(guó)等國(guó)家開(kāi)發(fā)的智能書(shū)架、智能藥品柜、智能沙發(fā)、智能桌子、智能嬰兒床等等。本文以智能嬰兒床為例來(lái)憧憬一下未來(lái)單片機(jī)的完美應(yīng)用:床內(nèi)燈光亮度適中，寶寶呼吸著經(jīng)過(guò)智能床調(diào)節(jié)的綠色無(wú)污染空氣，醒后嬰兒床可以根據(jù)其哭聲喚來(lái)家長(zhǎng)或監(jiān)護(hù)人，吃飽喝足后智能嬰兒床可以跟寶寶進(jìn)行簡(jiǎn)單的溝通，還可以根據(jù)寶寶的心情為寶寶播放調(diào)節(jié)心情的音樂(lè)，也可根據(jù)寶寶的身體成長(zhǎng)速度調(diào)節(jié)床的長(zhǎng)度和寬度。智能嬰兒床更像是寶寶的朋友一樣，陪伴寶寶的成長(zhǎng)。

1.3 基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的應(yīng)用

TCP/IP協(xié)議應(yīng)用比較廣泛。在TCP/IP協(xié)議下，使用單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，它們?yōu)橛脩?hù)提供了上層接口和下層接口。上層接口包括初始化協(xié)議棧和釋放協(xié)議棧函數(shù)接口、提供API函數(shù)、接受連接、接收數(shù)據(jù)、被動(dòng)關(guān)閉處理等功能。下層接口主要是TCP/IP和硬件的對(duì)接。另外，無(wú)線(xiàn)通信是通過(guò)電磁波來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具有容易越過(guò)障礙、質(zhì)量高、信號(hào)好的優(yōu)勢(shì)。無(wú)線(xiàn)通信的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)集成度高、功率小的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊應(yīng)用。

1.4 防盜應(yīng)用

防盜系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在工廠(chǎng)、路上、家庭、商場(chǎng)等很多地點(diǎn)都裝有防盜系統(tǒng)，這些系統(tǒng)就是建立在單片機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上的，俗稱(chēng)“天眼”。通過(guò)它們的布置實(shí)施可以防護(hù)安全、管理治安、防賊防盜、抓捕案犯等。

2 單片機(jī)應(yīng)用拓展

單片機(jī)會(huì)朝著越來(lái)越精細(xì)、多功能、高速度、小體積、支持多媒體信息處理、支持人機(jī)交互的方向發(fā)展。應(yīng)用范圍會(huì)從現(xiàn)有范圍上延伸到農(nóng)業(yè)、教育、電子商務(wù)等應(yīng)用相對(duì)較少的行業(yè)，這些領(lǐng)域的很多問(wèn)題都將會(huì)通過(guò)一個(gè)小小的嵌入式芯片予以解決。

2.1 家庭應(yīng)用拓展

單片機(jī)在家庭中的應(yīng)用可能是這樣的:家庭門(mén)鎖不需要鑰匙，只需要單片機(jī)控制的密碼鍵盤(pán)，可以進(jìn)行臉型、指紋識(shí)別。連小小的手電筒都裝有單片機(jī)，可以根據(jù)需要進(jìn)行光控制。全自動(dòng)洗衣機(jī)也將會(huì)添加去污測(cè)試、加熱、稱(chēng)重、抹電等新功能。

2.2 企業(yè)應(yīng)用拓展

未來(lái)單片機(jī)在企業(yè)中的應(yīng)用將會(huì)沿著智能化、概念化、數(shù)字化的方向發(fā)展，且不只是在生產(chǎn)領(lǐng)域得到應(yīng)用，更多的是在管理方面得到進(jìn)一步應(yīng)用。因?yàn)槠髽I(yè)的發(fā)展不僅需要技術(shù)的革新，更重要的是對(duì)現(xiàn)有資源的管理。如果能利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能管理是再好不過(guò)的，可為企業(yè)節(jié)約成本、提高產(chǎn)品性?xún)r(jià)比。

2.3 農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高新技術(shù)的普及，單片機(jī)在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村中的使用也將越來(lái)越廣泛。在家中按一下遙控器，田地里的澆灌系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)指示進(jìn)行澆灌。收割過(guò)程也會(huì)在單片機(jī)的控制下更加智能、更加合理、更加方便快捷。家用電器可以跟手機(jī)進(jìn)行信息交互，方便主人的控制和使用。

2.4 服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用

服務(wù)領(lǐng)域一直對(duì)服務(wù)態(tài)度、服務(wù)質(zhì)量有較高的要求，如果單片機(jī)的應(yīng)用能在服務(wù)領(lǐng)域得到大范圍拓展，那么對(duì)服務(wù)人員來(lái)說(shuō)是一種解放，且服務(wù)質(zhì)量也會(huì)更高。單片機(jī)的應(yīng)用不像服務(wù)人員有疲勞期，有自我態(tài)度和情緒，它們只會(huì)按照程序提供優(yōu)良的服務(wù)。大家可以想象一下在商場(chǎng)的結(jié)賬出口處一張卡、一塊芯片解決繁瑣的結(jié)賬問(wèn)題，提高結(jié)賬效率且時(shí)刻接受“微笑服務(wù)”。

3 單片機(jī)系統(tǒng)拓展

單片機(jī)系統(tǒng)拓展就是當(dāng)單片機(jī)的內(nèi)部功能部件不能滿(mǎn)足需求時(shí)，在單片機(jī)模塊外連接相應(yīng)的可拓展功能的芯片。單片機(jī)系統(tǒng)拓展主要包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器拓展、I/O接口拓展、終端系統(tǒng)拓展、程序存儲(chǔ)器拓展等。拓展方法常用的有并行擴(kuò)展法、串行擴(kuò)展法和并串結(jié)合法3種。單片機(jī)系統(tǒng)的拓展并不能建立在擴(kuò)大結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，而是在保持小體積或者縮小體積的基礎(chǔ)上。當(dāng)然，這要依靠構(gòu)成單片機(jī)的硬件元件和軟件技術(shù)的發(fā)展，比如存儲(chǔ)器元件、I/O接口技術(shù)、程序存儲(chǔ)器等軟硬件設(shè)施的進(jìn)步。

隨著單片機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，未來(lái)單片機(jī)硬件基礎(chǔ)會(huì)更加高端，產(chǎn)品也會(huì)更加創(chuàng)新，抗干擾能力會(huì)加強(qiáng)，安全性也會(huì)更高?，F(xiàn)階段也有一些降低單片機(jī)功耗、提升單片機(jī)性能和綜合性?xún)r(jià)比的研究方法，不過(guò)還需要繼續(xù)改進(jìn)和革新。

4 注意問(wèn)題

正是因?yàn)閱纹瑱C(jī)“無(wú)處不在”且更新?lián)Q代較快，在管理和生產(chǎn)中可能出現(xiàn)難以管理、資源浪費(fèi)、技術(shù)進(jìn)步、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不一、成本控制等問(wèn)題。如果這些潛在問(wèn)題得不到妥善解決，不僅會(huì)阻礙單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用，更重要的是減慢了科技的進(jìn)步和人們生活質(zhì)量的提高。比如單片機(jī)系統(tǒng)語(yǔ)言的擴(kuò)展與更新?lián)Q代，前后兼容問(wèn)題就值得關(guān)注。這不但跟單片機(jī)的發(fā)展有關(guān)聯(lián)，還直接影響單片機(jī)應(yīng)用問(wèn)題和企業(yè)的效率。所以，各行業(yè)要從單片機(jī)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用、回收等多方面考慮，預(yù)防各類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行有效管理和研發(fā)。除此之外，相關(guān)部門(mén)要重視單片機(jī)人才的培養(yǎng)，學(xué)習(xí)國(guó)外單片機(jī)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)單片機(jī)的發(fā)展做長(zhǎng)遠(yuǎn)打算。

5 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)的合理應(yīng)用和發(fā)展有助于為企業(yè)帶來(lái)良好的效益，保證職工的安全，有利于人們生活質(zhì)量的提高和改善，且在管理得當(dāng)?shù)那闆r下應(yīng)用范圍會(huì)得到進(jìn)一步擴(kuò)大。在實(shí)際應(yīng)用中，本文認(rèn)為各行業(yè)應(yīng)勇于創(chuàng)新、大膽建設(shè)，提出更多更好的意見(jiàn)，為單片機(jī)的應(yīng)用發(fā)展擴(kuò)展更新、更廣闊、更好的天地。同時(shí)也可促進(jìn)單片機(jī)更好地服務(wù)社會(huì)，提高人們的生活質(zhì)量，促進(jìn)科技信息的發(fā)展，推動(dòng)社會(huì)文明的進(jìn)步。

[1]王玉喜.淺析單片機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2013(17）

[2]郭文慧.單片機(jī)在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景[J].科技傳播，2013(8）

[3]濮素.現(xiàn)代電器單片機(jī)的應(yīng)用[J].機(jī)械與電子，2013(9）

2014-10-23

王澤軒(1993—），男，陜西西安人，研究方向:自動(dòng)化。