1.前言

單片機即微控制器，于1971年由Intel公司首次推出，由于其簡便輕巧、功能強大、穩(wěn)定可靠及其價格實惠等優(yōu)勢而被廣泛應用于各個領域[1]。無論是交通、通訊還是電子領域、辦公自動化或電氣設備等都可以看到單片機的存在。電氣設備即是變壓器、發(fā)電機等設備的統(tǒng)稱，其在電氣傳動系統(tǒng)中發(fā)揮著十分關鍵的作用，然而傳統(tǒng)電氣設備的控制線路中觸點較多，使得控制線路在使用過程中可靠性變差，且使用壽命也會因此而明顯降低。自單片機推出后，即被廣泛應用于電氣傳動系統(tǒng)的線路控制中，更進一步提高了電氣傳動系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，且操作更為簡便，由此可知單片機對于電氣傳動及控制系統(tǒng)的重要性，為此，我們應尋求一套行之有效電氣轉動及控制系統(tǒng)設計方法，使單片機在電氣傳動和控制系統(tǒng)的到充分發(fā)揮。

2.單片機化電氣傳動及控制系統(tǒng)的概念

2.1 單片機的概念以及結構

單片機是一種集成電路芯片，單片機技術是指將把中央處理器（CPU）、只讀內存（ROM）、隨機存儲器（RAM）等計算機系統(tǒng)的重要部件在一個芯片上集成[2]。單片機不僅僅只是一個芯片，它具備了微型計算機系統(tǒng)的重要組成結構以及主要功能。因此，它可同時滿足兩個及兩個以上控制領域的應用需求。

單片機從他的組成和功能角度可以分為兩個基本的結構形式。一是Princeton結構，又稱馮.諾依曼結構，在此結構中，程序和數據的存儲都是共用一個存儲空間的。二是Harvard結構，在此結構中程序和數據的存儲空間與前面結構不同，它們是分開的。由于單機片主要以控制功能為主，并具有簡便的主要特點，因此當前單機片通常采用最多的程序和數據存儲空間分開的結構形式，也就是Harvard結構形式。

2.2 電氣傳動控制的概念

電氣傳動控制技術是工業(yè)自動化生產十分重要的技術之一，它主要是以電動機為動力的轉動裝置或系統(tǒng)為對象，實現生產控制技術的自動化。電氣傳動控制系統(tǒng)一般由電動機、信息裝置以及控制裝置所組成，電氣傳動控制系統(tǒng)關系到科學合理使用電動機以節(jié)約電能以及控制工業(yè)機械的運轉狀態(tài)（速度、位置等），實現電能轉換成機械能，達到高產、優(yōu)質、低耗目的。隨著社會經濟以及技術發(fā)展帶動了計算機的應用，逐漸增多的新型控制策略使得電氣傳動控制技術得到了不斷的革新。在控制方法上，自動化的控制代替了傳動手動控制；在操作以及功能上，實現了信息化和智能化控制處理。

2.3 單片機電氣傳動及控制系統(tǒng)

單片機的電氣傳動和控制系統(tǒng)指的是把單片機嵌入系統(tǒng)中，使之成為系統(tǒng)中的一個零部件，且單片機嵌入的同時系統(tǒng)本身不需要額外增加能耗或者體積等[3]。在對單片機電氣傳動與控制系統(tǒng)進行設計時，應了解到單片機并非傳統(tǒng)意義上的計算機，而是一種新型的嵌入式控制器，如此一來才能充分發(fā)揮它的優(yōu)勢，開發(fā)出性價比高、性能好的系統(tǒng)。

3.系統(tǒng)硬件設計

電氣系統(tǒng)方案的確定是硬件設計進行的基礎，即想要進行系統(tǒng)硬件設計，就要先確定電氣系統(tǒng)的方案，硬件設計主要包括以下幾項內容：

（1）單機片的選擇。日前單片機的品種比較多，大致可分專用型與通用型兩大類。專用型比較容易開發(fā)，開發(fā)的系統(tǒng)較為簡單，且專業(yè)型芯片具備一些特殊功能，所以，在選擇芯片時應盡可能的選擇合適的專用型芯片。通用型芯片具有供貨市場范圍大、全國各地都可買到的優(yōu)勢，且掌握通用型芯片的人員相對較多，有利于開發(fā)工作全體的組成。在電氣傳動與控制系統(tǒng)中，8位機通常便可滿足需要。必須使用16位機的有少數，也有些用4位機便可很好的工作。具體選擇哪種單片，還應根據實際情況來決定。

（2）其他芯片的選擇。當程序以及數據所需的存儲單元超出了芯片內的只讀內存（ROM）或者沒有只讀內存時，就得對程序存儲器進行擴充。一般使用EPROM，比如2764和2716等。假如需要處理的數據量偏大時，則需對數據存儲器進行擴充，可采用6116、2441等靜態(tài)隨機存儲器（RAM）。如果數據量非常大時，也可選擇6264、2464或62256等芯片。擴展的數據存儲器或者程序存儲器還可選擇E2PROM如2864和2816等，也可使用具有掉電保護功能的靜態(tài)RAM，如9964等。除此外，有時還需要使用到各種數字集成電路芯片以及可編程序借口芯片、信號調理模塊等。其他芯片選用的原則是，最大程度的簡化線路，特別是采用各種專用型單片機時，應對其特殊功能進行充分的利用。

（3）地址空間的分配。地址空間分配方式主要是根據各個芯片里的地址單元數量以及可尋址芯片數量來確定的。假如所選用的單元數比較多，則選用全譯碼方式，地址空間要依照順序來依次進行分配。假如所選用的單元數比較少，則選用線選法，其地址空間不必連續(xù)分配，采用P2口的某些線選通芯片。選通如果確定，那么地址就確定了。然而地址在此時是浮動的，編程時對于這點應引起注意。

（4）系統(tǒng)硬件（線路）圖的畫出。在對由專用型單片機組成的系統(tǒng)進行設計時，依照輸入輸出的信息、所需功能和希望達到指標選擇使用合適的芯片是其最關鍵的環(huán)節(jié)。芯片在選定完畢之后，以單片機為主要核心，根據其所需的外圍電路以及前、后通達便可設計出硬件（線路）圖。

系統(tǒng)如果使用了通用型芯片，可通過三種總線把各組成部分分別聯系起來形成系統(tǒng)線路。系統(tǒng)地址總線由P0口和P0口或者P2口組成。P0口的地址信號要通過鎖存器連接到片外存儲器或者端口的地址線上，鎖存器采用ALE作為鎖存信號。數據總線采用P0口，將他與存儲器和端口的數據連接起來[4]。其他的I/O口可與外界直接聯系，且其地址在芯片內的胡數據儲存空間里，使用較簡便。控制線的選用根據實際需要決定。

4.程序的編制設計

程序的編制過程主要分為兩大步驟（程序編制過程如圖1所示）：首先，按照系統(tǒng)所設計的硬件線路及其要求把程序分為用于接口、系統(tǒng)管理以及系統(tǒng)工作等部分，研究分析每一部分又可分為哪些模塊，模塊與模塊之間有什么關聯，根據分析結果建立數學模式。在有些數學關系較簡單的程序可將這一步忽略不計，但對于電氣傳動和控制系統(tǒng)，這一步通常是很必須的。在對數學模式進行建立時，應充分考慮到功能的完成，并要滿足抗干擾以及容錯的要求；其次，按照數學模型擬定程序的思路，并用圖形的形式將它表現出來，一般采用流程圖。流程圖要由始至終的的依次細化，直至能夠具體反映程序的時候便可編制程序。有些專用型單片機采用梯形圖，其可直接直接反映程序的過程，或采用狀態(tài)流程圖，無需經過多次細化便可編程。在進行編制程序時按照系統(tǒng)的應用對象以及開發(fā)環(huán)境選擇語言，一般選擇匯編語言，如果程序量比較大也可選用C語言或者PLM語言。

編制完畢的程序也有可能存在缺陷，要經過多次調試發(fā)現問題的所在，并修改程序和流程圖將缺陷予以糾正。經過調試后的程序可嘗試進行運行。假如運行結果不滿意，應修改數學模式，并對程序進行重新編制。

5.其他方面的設計

（1）抗干擾的措施。電氣傳動及控制系統(tǒng)運行的場所往往會存在較大的電磁干擾，它可能會對系統(tǒng)正常工作造成影響，甚至引起事故的發(fā)生。為確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作，應嚴格按照相關原則進行接地。另外，為使得抗干擾的性能得到提高效果，還應采取低通濾波器、數字濾波以及隔離變壓器、光電鍋合等措施，也可使用抗干擾的編程方法和Watehdog技術等。

圖1 程序編制過程

圖2 數控鎖相環(huán)

（2）脈沖產生方法。電氣系統(tǒng)所需要的脈沖有時要求其頻率可調，可以通過在硬件上安置震蕩器來實現，也可由單片機的計數器或者定時來實現。如果感覺單片機產生的脈沖會隨著分辨率的提升而變差，可以借助單片機中的計數器、定時形成一個數控鎖相環(huán)（如圖2所示），假如要求可以對脈沖寬度進行調節(jié)，如PWM，也可由單片機的部分來實現。如果采用8XC562或8XC552等芯片，為使得PWM信號產生而進行的硬件和軟件設計均可大為簡化。

6.結束語

將單片機技術應用于電氣傳動及控制系統(tǒng)中，可使系統(tǒng)控制線路更加準確可靠，且通過對單片機運行程序的改革，可實現不一樣的電路控制要求。單片機化電氣傳動及控制系統(tǒng)在設計過程中，硬件設計和軟件設計以及其他方面的設計是緊密相連的，不應單獨將他們分割開來。設計時應充分考慮到實際需要，并需大量參考單片機等相關資料，將最好的電氣傳動及控制系統(tǒng)設計出來，最大程度的將其功能進行充分利用。

[1]吳巖.單片機在電子技術中的應用和開發(fā)技術研究[J].黑龍江科技信息,2011,20(09):724-729.

[2]李柱濤.單片機的發(fā)展趨勢及其在設備自動化系統(tǒng)改造中的應用[J].黑龍江科技信息,2011,19(24):672-675.

[3]梁凱淋.單片機技術的發(fā)展及應用[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2009,15(04):541-546.

[4]肖金鳳,扶文靜,徐祖華,伍云政.步進電機控制系統(tǒng)的設計與實現[J].南華大學學報(自然科學版),2010,13(04):355-358.