摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，以及電子技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的運(yùn)用，大大加速了我國(guó)的工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。使用單片機(jī)作為工業(yè)自動(dòng)化控制的核心來(lái)進(jìn)行工業(yè)自動(dòng)化的控制能夠有效的提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的目的。單片機(jī)作為一種工業(yè)用控制設(shè)備，在很多的工業(yè)領(lǐng)域都得到了大范圍的使用。尤其是以MCS-51系列的單片機(jī)更是在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備中方面得到了極大的應(yīng)用。如何更好的將單片機(jī)與工業(yè)自動(dòng)化結(jié)合起來(lái)是現(xiàn)今乃至今后一段時(shí)間內(nèi)都需要研究的問題。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；工業(yè)自動(dòng)化；屏蔽保護(hù)

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，極大的推動(dòng)著工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。在這當(dāng)中，單片機(jī)作為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)發(fā)展方向有著巨大的應(yīng)用，通過將單片機(jī)應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，有效的提升了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，特別是現(xiàn)今的自動(dòng)化領(lǐng)域經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)今已經(jīng)演變成了通過與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合來(lái)達(dá)到自動(dòng)控制對(duì)硬件、軟件兩方面的需求，從而滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所需要的快速、精確和穩(wěn)定的要求。

1 單片機(jī)應(yīng)用簡(jiǎn)介

單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，其是一種簡(jiǎn)化的計(jì)算機(jī)，通過采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)所形成的集成電路芯片，其結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)完全類似，是一種面向工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的控制設(shè)備，自上世紀(jì)60-70年代單片機(jī)問世以來(lái)，其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域以蓬勃發(fā)展之勢(shì)得以應(yīng)用，同時(shí)世界各地的電子半導(dǎo)體廠家也紛紛推出了各式各樣的單片機(jī)以滿足各種不同的需求，從單片機(jī)的發(fā)展歷程上分析其經(jīng)歷了電子管、晶體管、中小型集成電路到現(xiàn)今的大規(guī)模集成電路這一發(fā)展歷程，尤其是隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種電子元件的體積也越來(lái)越小，使得單片機(jī)的結(jié)構(gòu)越越來(lái)越復(fù)雜，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能、動(dòng)作也越來(lái)越復(fù)雜、全面。單片機(jī)具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，且由于價(jià)格適中是自動(dòng)控制設(shè)備中的應(yīng)用較為廣泛的，且其能夠在各種復(fù)雜工況下進(jìn)行工作，具有良好的適應(yīng)性，同時(shí)隨著芯片制造工藝的上升，使得CPU的性能越來(lái)越優(yōu)異，從而使得單片機(jī)控制的速度與復(fù)雜程度極大的提高。盡管單片機(jī)的存儲(chǔ)容量不高但可以通過外部擴(kuò)展容量進(jìn)行擴(kuò)充，經(jīng)過多年的發(fā)展，單片機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域已經(jīng)形成了一整套的開發(fā)、應(yīng)用的體系，便于大規(guī)模的應(yīng)用。其中，在單片機(jī)的應(yīng)用可以在多個(gè)方面及行業(yè)中使用，比如電力調(diào)度、測(cè)控系統(tǒng)、智能儀表等，其在民生行業(yè)中也可以得到良好的應(yīng)用。

2 如何做好以單片機(jī)為基礎(chǔ)的設(shè)備自動(dòng)化改造

在工業(yè)發(fā)展的過程中，尤其是自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展尤為迅速，使得一些工業(yè)設(shè)備的控制變得落后但其機(jī)械部分仍然可以使用，通過對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造可以有效的增加設(shè)備的使用效率降低人力的使用，同時(shí)通過自動(dòng)化改造減少了中間環(huán)節(jié)由于人為所帶來(lái)的誤差，可以有效的提高產(chǎn)品的成品率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化改造的過程中，使用單片機(jī)作為其中的控制部分，并根據(jù)作用的不同將整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)劃分為信號(hào)輸入、光隔、輸入擴(kuò)展、MCS-51單片機(jī)信號(hào)處理、輸出擴(kuò)展、光隔、放大電路、驅(qū)動(dòng)電路等多個(gè)部分，使用單片機(jī)來(lái)對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)和控制能夠使得電路的控制與保護(hù)更為靈活、簡(jiǎn)便。

2.1 應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化改造中的軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化改造的過程中，軟件設(shè)計(jì)是設(shè)備改造過程中的重要一環(huán)，工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行在軟件的基礎(chǔ)平臺(tái)上的，在進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合工業(yè)設(shè)備的動(dòng)作需要，對(duì)所采集到的工業(yè)設(shè)備的動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后和相應(yīng)的邏輯運(yùn)算后發(fā)送至輸出接口進(jìn)行輸出，對(duì)于元件的設(shè)計(jì)可以采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，將整個(gè)軟件系統(tǒng)依照其功能劃分為控制系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、輸入信號(hào)處理系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)等不同的單元，各個(gè)不同的單元之間留有接口方便后期的組合，同時(shí)在不同單元設(shè)計(jì)的過程中可以將其進(jìn)行局部的修改和調(diào)試，而不影響其他的模塊，且軟件留有標(biāo)準(zhǔn)接口可以方便后期的升級(jí)和改造。

2.2 工業(yè)設(shè)備自動(dòng)改造中的控制總電路的設(shè)計(jì)

單片機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但其內(nèi)部包含豐富的資源，其內(nèi)部的指令系統(tǒng)功能較為強(qiáng)大，可以使用單片機(jī)的硬件資源構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的小型的應(yīng)用系統(tǒng)并能夠依靠需要進(jìn)行一定的擴(kuò)展從而達(dá)到使用要求，其能夠?qū)?nèi)部的ROM/EPROM、RAM、I/O接口以及定時(shí)器、中斷系統(tǒng)等進(jìn)行擴(kuò)展。在單片機(jī)內(nèi)部的信號(hào)傳輸采用的是總線的模式，輸出電路的主要目的是將總線中的數(shù)據(jù)、地址以及I/O信號(hào)等分離出來(lái)后便于與外部的接口芯片進(jìn)行連接，在對(duì)單片機(jī)信號(hào)中的ALE信號(hào)從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)出現(xiàn)在Po端的信號(hào)為有效的地址信號(hào)，而輸出直接跟隨輸入信號(hào)來(lái)變化，當(dāng)使能端的信號(hào)由高電平變化為低電平時(shí)，才能將輸入狀態(tài)進(jìn)行鎖存，直到下一次的使能信號(hào)變化為高電平。

2.3 對(duì)于單片機(jī)輸入輸出信號(hào)接口的電路設(shè)計(jì)

在進(jìn)行工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化改造的過程中，其外部的輸入輸出信號(hào)主要有模擬量、開關(guān)量以及數(shù)字量三種，其中所外接的外部開關(guān)元件主要是繼電器和效應(yīng)管，進(jìn)行開關(guān)量接口的處理過程中通常是將單片機(jī)的輸出接口與所需要控制的開關(guān)元件進(jìn)行直接相連，但是由于單片機(jī)本身的幅值和負(fù)載能力都較為有限，為了降低單片機(jī)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)壓力，通常采用的是在單片機(jī)的輸出端添加放大驅(qū)動(dòng)電路來(lái)起到緩沖隔離和放大驅(qū)動(dòng)的作用。

3 做好單片機(jī)工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的屏蔽與保護(hù)工作

隨著單片機(jī)在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其所面臨的工況條件也越來(lái)越復(fù)雜，特別是在智能儀表控制、自動(dòng)化生產(chǎn)過程控制以及軍事研究等領(lǐng)域，其對(duì)于單片機(jī)的穩(wěn)定性與抗干擾能力具有較強(qiáng)的要求，杜絕因外部信號(hào)的干擾致使出現(xiàn)誤動(dòng)作與誤顯示等的問題。為了達(dá)到這一目標(biāo)需要在軟件和硬件兩方面都做好抗干擾的工作。

3.1 單片機(jī)的軟件抗干擾

單片機(jī)的軟件干擾主要是指在CPU運(yùn)行的過程中的由于外部的干擾信號(hào)而導(dǎo)致的單片機(jī)的運(yùn)行程序出現(xiàn)一定的混亂，從而引發(fā)事故。為了做好軟件抗干擾的防護(hù)可以采用“軟件陷阱”的形式來(lái)做好對(duì)于軟件干擾的防護(hù)，其可以采用將一條引導(dǎo)指令來(lái)將所捕獲的干擾程序強(qiáng)行的引向另外一個(gè)對(duì)程序運(yùn)行影響較小的區(qū)域，并在此區(qū)域創(chuàng)建一些專門處理錯(cuò)誤的程序。一般對(duì)于對(duì)于“軟件陷阱”主要設(shè)置在未使用的中斷向量區(qū)、未使用的大片EPROM空間以及數(shù)據(jù)表格和散轉(zhuǎn)表格和程序區(qū)等地方，減少軟件干擾對(duì)CPU運(yùn)行程序的干擾。

3.2 單片機(jī)的硬件抗干擾

單片機(jī)的硬件抗干擾主要目的是對(duì)自動(dòng)系統(tǒng)中的一些干擾電流信號(hào)等進(jìn)行防護(hù)，避免這些虛假的電流、電壓信號(hào)等造成設(shè)備的誤動(dòng)作，要做好防護(hù)工作主要是從干擾源上進(jìn)行抑制從而達(dá)到對(duì)于外部干擾信號(hào)的防護(hù)工作，其主要的防護(hù)方式有：在繼電器的線圈增加續(xù)流二極管，用以消除繼電器動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾，在電機(jī)端加裝濾波電路，同時(shí)在電路板上并接一個(gè)高頻電容，用以降低Ic對(duì)于電源的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)在自動(dòng)控制領(lǐng)域有著極為重要的應(yīng)用，通過其的使用使得自動(dòng)控制從傳統(tǒng)的繼電器控制等向著數(shù)字化的方向邁進(jìn)，使得控制系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單、高效，尤其是對(duì)于一些機(jī)械部分較為完好的工業(yè)設(shè)備通過對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造可以使其重新煥發(fā)青春，隨著單片機(jī)的不斷發(fā)展，其能夠完成的動(dòng)作將會(huì)越來(lái)越復(fù)雜與完善，在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣。

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