摘要：單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。文章發表在《電氣應用》上，是中級電子職稱論文發表范文，供同行參考。

　　關鍵詞：單片機,串行通信,總線,計算機,接口

　　由于單片機在工業控制領域的廣泛應用，單片機由僅有CPU的專用處理器芯片發展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。

　　隨著自動化技術、計算機技術和網絡通信技術的飛速發展和廣泛應用，論文 工業過程的智能化、自動化監測與控制系統的應用日益廣泛.單片機系統由于其抗干擾性能較好被大量應用到工業過程控制的各個領域。因為工業現場環境較惡劣，單片機系統在使用過程中通常會出現一些設計時想不到的新情況、新問題，這就需要進一步修改和完善。

　　1 系統組成及工作原理

　　綜合實驗系統主要由以下幾部分組成：89C51單片機及其仿真系統，溫度、壓力等模擬量傳感器及其接口電路，A/D轉換模塊，數據存儲模塊，按鍵控制模塊，日歷時鐘模塊，看門狗電路模塊，FP—GA模塊，液晶顯示模塊，通信模塊及上位計算機，其組成框圖如圖1所示.系統采用89C51單片機作為主控芯片，A/D轉換模塊將多路模擬信號轉換為數字信號;外部數據存儲模塊為該系統采集的數據提供存儲空間。

　　2 系統硬件設計

　　2.1 單片機仿真系統

　　單片機仿真系統可以模擬CPU在仿真機上運行用戶程序(程序和數據存儲器借用仿真機的)，也可以連接外部電路來實現動態監測與控制功能.仿真機一般都具有單片機的基本功能部件，如CPU、RAM、用戶程序存儲區、鍵盤等;具有單步、設置斷點(以便隨時觀察內部各RAM、特殊功能寄存器的數據變化)、連續運行用戶程序的功能[2].

　　2.2 傳感器的選擇及信號變送電路的設計

　　傳感器作為系統的感知器件，直接影響著系統的精度和穩定性.本實驗系統中，溫度傳感器選用精度高，線性度好，使用方便的LM335傳感器;壓力傳感器選用標準應變式壓力傳感器，它具有精度高、響應速度快、分辨率高等特點.傳感器接El電路的設計采用了模塊化設計方法，設計了溫度、壓力等專門接口電路，直接與上述各種傳感器相連。

　　2.3 通信模塊的設計

　　計算機(PC)串行通信端口是RS232負邏輯電平，該實驗系統上既有RS232接El，又有RS485接口，可以通過RS232總線進行點對點通信，也可以通過RS485總線進行多機通信_3]，RS485總線上最多可掛接32個綜合實驗系統，總體布局如圖2所示.所以實現計算機和該實驗系統之間的近距離通信，通過RS232接口即可;若要實現計算機和該實驗系統之間的遠距離通信，則必須將RS232電平轉換為RS485電平后。

　　2.4 串行總線I*2C

　　I*2C總線是PHILIPS公司開發的一種簡單、雙向二線制串行總線[4].它只需兩根線(串行時鐘線SCL和串行數據線SDA)就能完成掛接在總線上的若干個I C器件與微處理器之問的數據交換.該實驗系統采用具有I C總線接口的看門狗芯片CATll61和可編程實時時鐘芯片PCF8563，由于單片機89C51自身沒有I C總線接口，所以采用軟件合成I C總線與它們相接.

　　2.5 抗干擾設計

　　工業監控現場工作環境一般較差，干擾較嚴重，為了保證系統可靠工作，必須解決抗干擾問題.針對工業監控現場可能產生的干擾、干擾來源、傳播途徑等，采用了軟硬件方法對系統進行抗干擾設計.硬件抗干擾設計主要包括：對電源噪聲進行濾波、大功率驅動電路接口進行光電隔離、集成電路芯片的VCC與地之間并連電容、優化電路板的布線、看門狗監控等;軟件抗干擾設計主要包括：軟件陷阱、軟件自恢復、數字濾波、求平均值等.

　　3 系統軟件設計

　　系統軟件包括單片機軟件和PC機軟件.單片機軟件采用模塊化結構，利用MCS一51匯編語言編寫.根據要實現的功能，該軟件由主程序以及數據采集、A/D轉換、數據通信、日歷時鐘編程、鍵盤中斷調控、液晶顯示、D/A轉換、數碼管顯示等程序模塊組成.下面以加熱爐的爐溫控制為例，給出系統程序流程圖如圖4所示.

　　4 實驗結果與分析

　　為了測試該系統的實時性，將5臺綜合實驗系統與工業計算機組成分布式多機通信系統，單片機串口工作方式1(傳送一幀信息10位)，波特率2 400 bps，一幀數據采用5個字節(其中數據占2個字節是因為A/D轉換結果是10位)的格式，如表1所示.5臺實驗系統各采集一次數據給PC機傳送時，理論上連續發送速率為2 400/(10*5*5)= = =9.6次/s.經過測試發現，計算機在120 ms后收到了5臺綜合實驗系統發送的共250位數據，實際發送速率約為8次/s，這是因為有狀態轉換和等待時間。

　　5 結論

　　該綜合實驗系統不僅能為以單片機為核心的系統前期探索研究提供一種方便的實驗裝置，而且能在遠離工業現場的實驗室解決工業應用中的實際問題.實驗結果表明該系統可以將許多分散的實驗項目整合在一起進行研究和分析，節約資源，降低成本;實驗數據正確率高，通信實時性強，系統工作可靠;單片機串行網絡構成的分布式通訊系統靈活性強，易于擴充，其基本原理適用于工業現場的分布式數據采集、檢測及控制系統，具有很大的實用價值。

　　電子職稱論文快速發表：《電氣應用》為月刊，中文核心期刊、中國科技核心期刊。曾用刊名：電工技術雜志。《電氣應用》是機械工業信息研究院主辦，為電氣行業綜合性技術期刊，中文核心期刊。主要刊登電氣技術理論、科技、設計、制造、測試、應用等方面的文章及產品、技術信息，電氣行業市場分析、預測等。

　　參考文獻：

　　[1]李朝青.PC機及單片機數據通信技術[M].北京：北京航空航天大學出版，2001.

　　[2]楊文龍.單片機原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，1993.