單片機嵌入式技術的應用研究

趙偉

摘要：本文首先闡述了單片機嵌入式技術在圖像采集方面的應用，接著對單片機嵌入式技術在電氣自動化中的應用進行了探討。

關鍵詞：機電系統;壓力傳感器;測量;方法

引言：

單片機嵌入式技術作為計算機發展技術的一項分支，其在系統智能化控制方面具有廣泛的應用與發展前景。該技術的應用有效提升了工業自動化生產系統的工作效率與智能化水平，還有效降低了人工成本，避免了人工操作失誤對整個生產過程產生的影響。但該技術在具體應用過程中仍存在一定問題，需要針對單片機嵌入式技術進行相應研究分析，以提升單片機嵌入式技術的實用性與應用效用。

1單片機嵌入式技術在圖像采集方面的應用

基于單片機嵌入式系統的嵌入特性，自然決定了其在應用方面呈現多學科交叉的特點，并且在各個領域中都能夠得到廣泛的應用。在進行圖像采集時，多使用 CCD 攝像機，但攝像機在完成圖像采集到上傳到計算機進行相應數字化處理過程中，會對圖像質量造成一定損失。并且在特殊情況下需要攝像機進行截圖，對計算機圖像數字化處理過程也會造成影響。一般情況下，想要解決上述問題就需要為系統配置大量的硬件設施，但針對這些硬件控制較為復雜，再加上系統同時還要對主機的各種控制信號加以處理，對系統的邏輯控制要求自然會更高，從而會最終導致系統整體的硬件規模變大，整體耗能也更高。因此可以在圖像采集處理系統中應用單片機嵌入式技術，使得整體圖像采集處理系統功能更加完善。在其系統中采用 32 位 ARM嵌入式單片機作為核心的處理單元，為確保圖像信息傳遞的實時性，用復雜的可編程邏輯器件 GPLD 作為時序控制單元，為了確保整體系統具有足夠的開發潛力，可以增加 DSP 處理器、顯示模塊等，因此可以對其硬件進行可擴展處理，使得該系統功能更加全面。

為有效實現數據的緩沖，以免由于數據傳輸與讀寫頻率不同導致數據的丟失，需要在 A/D 數據傳輸器與 SDRAM存儲器之間設置 FIFO緩存器作為外圍接口。具體工作流程如下：ARM嵌入式單片機向 CPLD 發出相應的信號采集指令，CPLD 在接受到指令之后迅速做出反應性 CCD驅動電路發出相應的控制信號（如驅動編碼等），隨后相應控制信號被 CCD 傳感器接收，該傳感器將采集到模擬圖像信號經過 A/D 轉換芯片進行相應處理之后寫入 FIFO 緩存之中，當 FIFO 處于半滿狀態時就會發出相應的半滿信號，該信號由 CPLD接收并對FIFO 中信息進行讀取處理，隨后將讀取完成的信號寫入到 SDRAM存儲器中，當寫入的數據信息達到一幀圖像之后，在 CPLD的內部會進行相應的通道切換操作，以確保 ARM嵌入式單片機能夠實現SDRAM的圖像數據讀取，最后經過 ARM嵌入式單片機進一步完成對圖像數據處理過程之后將結果進行輸出。

2單片機嵌入式技術在電氣自動化中的應用

2.1 電氣自動化中嵌入式單片機概念

電氣自動化中嵌入式單片機作為一種編程控制器，在工業生產中應用十分廣泛。嵌入式單片機在工業中主要應用形式為數字計算操作系統，其核心就是編程存儲器，主要的功能是用來執行相應的邏輯運算，順序控制以及執行一些操作指令，與此同時，還可以通過相應的數字量與模擬量進行輸入輸出處理，以達到控制各種工業機械的目的，使得工業機械控制更加智能化、精準化。總的來說，電氣自動化中嵌入式單片機技術就是繼電接觸控制技術與計算機技術結合的產物，主要的應用優點有功耗低、接觸點的接線簡單、穩定可靠性強、靈活性好等，其能夠充分的結合電氣自動化特點將為處理器的優勢充分發揮出來，有效推進工業生產效率與水平發展。

2.2電氣自動化嵌入式單片機應用原理

嵌入式單片機在電氣自動化的應用過程需要三個階段一是輸入采樣階段，該階段需要將相應數據以單片機掃描的方式并按照一定的順序進行讀入處理，隨后將數據輸入至 I/O 映像區域內，完成相應輸入采樣之后，轉入到用戶程序中去，并將數據完成執行與輸出。在這一階段，即使輸入的數據與相應狀態發生改變，對 I/O 映像區域內數據及輸入狀態也不會造成影響，因此在進行脈沖信號的輸入時，需要做好脈沖信號寬度與掃描周期的協調工作，將其寬度控制在一個掃描周期以上為宜，這樣相應輸入狀態及數據的讀入才能得到有效的保證;二是用戶執行階段，在這一階段，用戶在掃描過程中可以以單片機作為依據，對梯形圖進行自上而下的掃描，與此同時，還可以更好的控制掃描程序左邊由各觸點構成的線路，并隨后對這些線路進行相應的邏輯運算，運算順序為從左至右，從上至下。隨后根據相應的運算結果刷新存儲區內對應邏輯線圈狀態，此外，還可以實現邏輯線圈 I/O映像狀態的刷新來進行用戶程序的執行;三是輸出刷新階段，在完成用戶程序掃描之后，刷新相應程序，此時 CPU 會以相應數據及 I/O 映像區內的對應狀態為依據，進行所有存儲電路的刷新，最后通過輸出電路實現外設的驅動，使得真正的輸出得以實現。

2.3單片機嵌入式技術在電氣自動化中的應用

對于傳統的電能質量監測裝置來說，一般是由單片機進行開發，但受資源、技術限制，致使裝置運算速度漸漸難以滿足當下實際需求。基于此，需要在電能質量監測裝置的研發時，摒棄傳統的單片機技術和系統，通過利用嵌入式單片機技術，構建一種基于 DSP （Digital Signal Processing）與ARM（Acorn RISC Machine）雙 CPU 模式的嵌入式結構，使得自動化儀器儀表滿足智能化、數字化、精度華要求。

硬件系統設計。系統整體主要由四個模塊組成，一是參數采集模塊，負責轉換電網側強電信號，并傳輸給 AD 采樣模塊進行采樣;二是 AD 采樣模塊，AD 采樣模塊在接收到來自參數采集模塊傳輸的六路信號后，由AD7656 芯片進行信號采樣，DSP 處理模塊對轉換好的數據進行處理。

軟件設計。系統軟件設計主要由 DSP 與 ARM兩部分組成，二者不僅要完成自身的功能，還要做好互相協調的工作。其中對于 DSP 軟件設計來說，主要負責利用雙口 RAM，實現與 ARM通信功能，并在完成相應數據處理后，需要將相應數據發送給 ARM，同時對 ARM的控制命令進行實時響應。系統在軟件開發調試環境方面選擇的是 CCS3.3，并利用匯編和 C 語言進行混合編程，最終實現了相應軟件的開發。在 ARM軟件設計方面，通過在Linux操作系統基礎之上，構建了嵌入式 Linux操作系統的移植，在人機交互方面，通過利用 C 語言、C++ 語言 Qt/Embedded 等進行了人機交互應用程序開發。

2.4單片機嵌入式技術應用趨勢

在初次進行單片機應用時由于受生產環境及其他各種因素的影響，例如安裝出現問題或受到電磁干擾較為嚴重，從而使得整個單片機嵌入式系統出現各種運算失誤或其他故障問題，進而出現輸入或輸出錯誤導致真個程序系統處于失控狀態。后進過在對生產過程及相應環節重新進行設計，提升了其抗干擾能力，緩解了這一問題，但從這一點上來看，未來單片機嵌入式技術未來應用趨勢仍需要向提升抗干擾能力方向更進一步。此外隨著數字化網絡化技術不斷發展，單片機嵌入式系統集相關技術的普及應用將會成為必然趨勢，在在加上單片機編程語言的豐富性不斷提升，其系統智能化控制也將會越來越好。

結束語：

綜上所述，在單片機嵌入式技術實際應用過程中，需要結合當下計算機技術發展實際，做好各方面的管理與應用，有效提升其技術應用的環境適應能力，使嵌入式單片機功能更為強大，相應技術也更加純熟，有效推進各行各業的發展。

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