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单片机嵌入式系统的结构与应用

2016-04-28 10:57:02

[导读] 随着物联网与工业4.0的高速发展,单片机以其小体积、低成本、易操控的特性,在工业应用与智能控制领域越来越彰显出其优势,可以预见未来几年单片机系统必将得到越来越广泛的应用。

随着物联网工业4.0的高速发展,单片机以其小体积、低成本、易操控的特性,在工业应用与智能控制领域越来越彰显出其优势,可以预见未来几年单片机系统必将得到越来越广泛的应用。

单片机,全名单片机控制器,单片微型计算机(Single-Chip Microcomputre),也有人称之为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。由单片机作为主要的控制核心所构成的嵌入式系统称为单片机嵌入式系统,国内一般简称为单片机系统。

一、单片嵌入式系统的结构

单片嵌入式系统一般包含硬件与软件两个部分,而硬件部分又分为单片为控制芯片(即单片机)和外围电路,外围电路又分为基本系统电路与接口电路,接口电路又分为前向通道接口电路、后向通道接口电路、交互通道接口电路与数据通信接口电路。

1、基本系统电路

基本系统电路是指满足单片机系统运行所需的基本电路。比如时钟电路、复位电路、系统供电电路、驱动电路、扩展的存储器等。

2、前向通道接口电路主要是输入接口

前向通道接口电路主要是输入接口,通常是指各种物理量的测量传感器、变换器输入通道。常见的有传感器、信号调理器、模/数转换器ADC、开关输入、频率测量接口等。

3、后向通道接口电路主要是输出接口

后向通道接口电路主要是输出接口,通常有数/模转换器DAC、开关量输出、功率驱动接口、PWM输出控制等。

4、人机交互接口

顾名思义,人机交互接口电路主要用于人机交互的电路。如键盘、拨动开关、LED发光二极管、数码管、LCD液晶显示器、打印机等多种输入输出接口。

5、数据通信接口电路

数据通信接口电路是满足远程数据通信或构成多机网络应用系统的接口。如RS232、PSI、I2C、CAN总线、USB总线等通信接口电路。

6、单片嵌入式系统的软件

单片嵌入系统的软件则表示所有写入单片机内的程序。如果说硬件电路是单片嵌入式系统的身体,那么单片机就是大脑,外围电路则是身体与四肢,而软件则是灵魂或者说思维。在整个单片嵌入式系统中,程序决定了系统的功能,所有的硬件电路都是通过程序的支配来完成相对应的功能。

相较于应用层的程序,单片嵌入式程序的最大不同在于其更加面向底层。单片嵌入式系统的程序更多的在于直接驱动硬件电路而非面向用户。所以单片嵌入系统的软程序发与应用程序开发还是有很大的不同,单片嵌入系统的程序开发要求开发者对系统的硬件电路有很清晰的了解,一个不了解硬件电路的程序员是无法做好嵌入式系统的程序开发的。实际上在大多数时候单片嵌入式系统的硬件开发与软件开发是不区分的,一个嵌入式系统开发人员通常对软件与硬件都有很深的了解。

二、单片嵌入式系统的应用领域

单片嵌入式系统在现代工业领域被广泛的应用,甚至可以说无处不在,在导弹导航、飞机飞控、计算机网络、工业自动化等各个领域都可以看到它的身影。它被广泛应用的主要原因在于单片机的芯片的体积极小、成本相对极低以及面向对象的控制方式极易操控,使得单片嵌入式系统在工业应用中有极大的成本、设计、与可操作优势。

具体来说,单片机主要在以下几个方向应用比较广泛:

1、智能家居。随着物联网的快速发展,家电越来越向智能化方向发展,而在冰箱空调洗衣机这些家用电器中导入单片嵌入式系统,能够很好的实现温度自动控制、智能调节等智能化运行。

2、智能制造。从工业4.0提出以来,智能制造越来越成为制造也的发张方向,国家也在大力推进中国制造的自动化进程。而传统的机械设备导入单片嵌入式系统可以很方便的实现产品结构的简化与智能化控制,可以预测,单片嵌入式系统将在工业4.0中发挥重要作用。

3、智能仪器仪表。单片嵌入式系统在仪器仪表方面的应用主要体现在仪器仪表的智能化与数字化当中。单片嵌入式系统的应用可以实现仪器仪表测量、处理、控制功能的一体化,赋予传统仪器仪表以全新的面貌。

[整理编辑:中国测控网]
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