趙偉

摘要：本文首先闡述了單片機(jī)嵌入式技術(shù)在圖像采集方面的應(yīng)用，接著對(duì)單片機(jī)嵌入式技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)電系統(tǒng);壓力傳感器;測(cè)量;方法

引言：

單片機(jī)嵌入式技術(shù)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展技術(shù)的一項(xiàng)分支，其在系統(tǒng)智能化控制方面具有廣泛的應(yīng)用與發(fā)展前景。該技術(shù)的應(yīng)用有效提升了工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)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(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的影響。但該技術(shù)在具體應(yīng)用過程中仍存在一定問題，需要針對(duì)單片機(jī)嵌入式技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)研究分析，以提升單片機(jī)嵌入式技術(shù)的實(shí)用性與應(yīng)用效用。

1單片機(jī)嵌入式技術(shù)在圖像采集方面的應(yīng)用

基于單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的嵌入特性，自然決定了其在應(yīng)用方面呈現(xiàn)多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，并且在各個(gè)領(lǐng)域中都能夠得到廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行圖像采集時(shí)，多使用 CCD 攝像機(jī)，但攝像機(jī)在完成圖像采集到上傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)數(shù)字化處理過程中，會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量造成一定損失。并且在特殊情況下需要攝像機(jī)進(jìn)行截圖，對(duì)計(jì)算機(jī)圖像數(shù)字化處理過程也會(huì)造成影響。一般情況下，想要解決上述問題就需要為系統(tǒng)配置大量的硬件設(shè)施，但針對(duì)這些硬件控制較為復(fù)雜，再加上系統(tǒng)同時(shí)還要對(duì)主機(jī)的各種控制信號(hào)加以處理，對(duì)系統(tǒng)的邏輯控制要求自然會(huì)更高，從而會(huì)最終導(dǎo)致系統(tǒng)整體的硬件規(guī)模變大，整體耗能也更高。因此可以在圖像采集處理系統(tǒng)中應(yīng)用單片機(jī)嵌入式技術(shù)，使得整體圖像采集處理系統(tǒng)功能更加完善。在其系統(tǒng)中采用 32 位 ARM嵌入式單片機(jī)作為核心的處理單元，為確保圖像信息傳遞的實(shí)時(shí)性，用復(fù)雜的可編程邏輯器件 GPLD 作為時(shí)序控制單元，為了確保整體系統(tǒng)具有足夠的開發(fā)潛力，可以增加 DSP 處理器、顯示模塊等，因此可以對(duì)其硬件進(jìn)行可擴(kuò)展處理，使得該系統(tǒng)功能更加全面。

為有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的緩沖，以免由于數(shù)據(jù)傳輸與讀寫頻率不同導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，需要在 A/D 數(shù)據(jù)傳輸器與 SDRAM存儲(chǔ)器之間設(shè)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(jī)向 CPLD 發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)采集指令，CPLD 在接受到指令之后迅速做出反應(yīng)性 CCD驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)（如驅(qū)動(dòng)編碼等），隨后相應(yīng)控制信號(hào)被 CCD 傳感器接收，該傳感器將采集到模擬圖像信號(hào)經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行相應(yīng)處理之后寫入 FIFO 緩存之中，當(dāng) FIFO 處于半滿狀態(tài)時(shí)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的半滿信號(hào)，該信號(hào)由 CPLD接收并對(duì)FIFO 中信息進(jìn)行讀取處理，隨后將讀取完成的信號(hào)寫入到 SDRAM存儲(chǔ)器中，當(dāng)寫入的數(shù)據(jù)信息達(dá)到一幀圖像之后，在 CPLD的內(nèi)部會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的通道切換操作，以確保 ARM嵌入式單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)SDRAM的圖像數(shù)據(jù)讀取，最后經(jīng)過 ARM嵌入式單片機(jī)進(jìn)一步完成對(duì)圖像數(shù)據(jù)處理過程之后將結(jié)果進(jìn)行輸出。

2單片機(jī)嵌入式技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

2.1 電氣自動(dòng)化中嵌入式單片機(jī)概念

電氣自動(dòng)化中嵌入式單片機(jī)作為一種編程控制器，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。嵌入式單片機(jī)在工業(yè)中主要應(yīng)用形式為數(shù)字計(jì)算操作系統(tǒng)，其核心就是編程存儲(chǔ)器，主要的功能是用來執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，順序控制以及執(zhí)行一些操作指令，與此同時(shí)，還可以通過相應(yīng)的數(shù)字量與模擬量進(jìn)行輸入輸出處理，以達(dá)到控制各種工業(yè)機(jī)械的目的，使得工業(yè)機(jī)械控制更加智能化、精準(zhǔn)化?？偟膩碚f，電氣自動(dòng)化中嵌入式單片機(jī)技術(shù)就是繼電接觸控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，主要的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)有功耗低、接觸點(diǎn)的接線簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠性強(qiáng)、靈活性好等，其能夠充分的結(jié)合電氣自動(dòng)化特點(diǎn)將為處理器的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，有效推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)效率與水平發(fā)展。

2.2電氣自動(dòng)化嵌入式單片機(jī)應(yīng)用原理

嵌入式單片機(jī)在電氣自動(dòng)化的應(yīng)用過程需要三個(gè)階段一是輸入采樣階段，該階段需要將相應(yīng)數(shù)據(jù)以單片機(jī)掃描的方式并按照一定的順序進(jìn)行讀入處理，隨后將數(shù)據(jù)輸入至 I/O 映像區(qū)域內(nèi)，完成相應(yīng)輸入采樣之后，轉(zhuǎn)入到用戶程序中去，并將數(shù)據(jù)完成執(zhí)行與輸出。在這一階段，即使輸入的數(shù)據(jù)與相應(yīng)狀態(tài)發(fā)生改變，對(duì) I/O 映像區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)及輸入狀態(tài)也不會(huì)造成影響，因此在進(jìn)行脈沖信號(hào)的輸入時(shí)，需要做好脈沖信號(hào)寬度與掃描周期的協(xié)調(diào)工作，將其寬度控制在一個(gè)掃描周期以上為宜，這樣相應(yīng)輸入狀態(tài)及數(shù)據(jù)的讀入才能得到有效的保證;二是用戶執(zhí)行階段，在這一階段，用戶在掃描過程中可以以單片機(jī)作為依據(jù)，對(duì)梯形圖進(jìn)行自上而下的掃描，與此同時(shí)，還可以更好的控制掃描程序左邊由各觸點(diǎn)構(gòu)成的線路，并隨后對(duì)這些線路進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算順序?yàn)閺淖笾劣遥瑥纳现料?。隨后根據(jù)相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果刷新存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)邏輯線圈狀態(tài)，此外，還可以實(shí)現(xiàn)邏輯線圈 I/O映像狀態(tài)的刷新來進(jìn)行用戶程序的執(zhí)行;三是輸出刷新階段，在完成用戶程序掃描之后，刷新相應(yīng)程序，此時(shí) CPU 會(huì)以相應(yīng)數(shù)據(jù)及 I/O 映像區(qū)內(nèi)的對(duì)應(yīng)狀態(tài)為依據(jù)，進(jìn)行所有存儲(chǔ)電路的刷新，最后通過輸出電路實(shí)現(xiàn)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)，使得真正的輸出得以實(shí)現(xiàn)。

2.3單片機(jī)嵌入式技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

對(duì)于傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置來說，一般是由單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)，但受資源、技術(shù)限制，致使裝置運(yùn)算速度漸漸難以滿足當(dāng)下實(shí)際需求?；诖?，需要在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的研發(fā)時(shí)，摒棄傳統(tǒng)的單片機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)，通過利用嵌入式單片機(jī)技術(shù)，構(gòu)建一種基于 DSP （Digital Signal Processing）與ARM（Acorn RISC Machine）雙 CPU 模式的嵌入式結(jié)構(gòu)，使得自動(dòng)化儀器儀表滿足智能化、數(shù)字化、精度華要求。

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)整體主要由四個(gè)模塊組成，一是參數(shù)采集模塊，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換電網(wǎng)側(cè)強(qiáng)電信號(hào)，并傳輸給 AD 采樣模塊進(jìn)行采樣;二是 AD 采樣模塊，AD 采樣模塊在接收到來自參數(shù)采集模塊傳輸?shù)牧沸盘?hào)后，由AD7656 芯片進(jìn)行信號(hào)采樣，DSP 處理模塊對(duì)轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(xié)調(diào)的工作。其中對(duì)于 DSP 軟件設(shè)計(jì)來說，主要負(fù)責(zé)利用雙口 RAM，實(shí)現(xiàn)與 ARM通信功能，并在完成相應(yīng)數(shù)據(jù)處理后，需要將相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給 ARM，同時(shí)對(duì) ARM的控制命令進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)。系統(tǒng)在軟件開發(fā)調(diào)試環(huán)境方面選擇的是 CCS3.3，并利用匯編和 C 語言進(jìn)行混合編程，最終實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)軟件的開發(fā)。在 ARM軟件設(shè)計(jì)方面，通過在Linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，構(gòu)建了嵌入式 Linux操作系統(tǒng)的移植，在人機(jī)交互方面，通過利用 C 語言、C++ 語言 Qt/Embedded 等進(jìn)行了人機(jī)交互應(yīng)用程序開發(fā)。

2.4單片機(jī)嵌入式技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)

在初次進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用時(shí)由于受生產(chǎn)環(huán)境及其他各種因素的影響，例如安裝出現(xiàn)問題或受到電磁干擾較為嚴(yán)重，從而使得整個(gè)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)各種運(yùn)算失誤或其他故障問題，進(jìn)而出現(xiàn)輸入或輸出錯(cuò)誤導(dǎo)致真?zhèn)€程序系統(tǒng)處于失控狀態(tài)。后進(jìn)過在對(duì)生產(chǎn)過程及相應(yīng)環(huán)節(jié)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，提升了其抗干擾能力，緩解了這一問題，但從這一點(diǎn)上來看，未來單片機(jī)嵌入式技術(shù)未來應(yīng)用趨勢(shì)仍需要向提升抗干擾能力方向更進(jìn)一步。此外隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)不斷發(fā)展，單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)集相關(guān)技術(shù)的普及應(yīng)用將會(huì)成為必然趨勢(shì)，在在加上單片機(jī)編程語言的豐富性不斷提升，其系統(tǒng)智能化控制也將會(huì)越來越好。

結(jié)束語：

綜上所述，在單片機(jī)嵌入式技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，需要結(jié)合當(dāng)下計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展實(shí)際，做好各方面的管理與應(yīng)用，有效提升其技術(shù)應(yīng)用的環(huán)境適應(yīng)能力，使嵌入式單片機(jī)功能更為強(qiáng)大，相應(yīng)技術(shù)也更加純熟，有效推進(jìn)各行各業(yè)的發(fā)展。

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