单片机的应用与发展
单片机的应用与发展
一、概述
随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的各种系统也越来越多。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。
二、单片机在交通灯控制系统种的应用
本次设计为十字路口交通灯控制系统设计,硬件部分它以AT89C51单片机为核心,并在此基础上应用了74LS164作为驱动电路，LED数码显示管和LED显示灯。软件部分它结合定时/计数等知识进行程序编译。
东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意绿灯的状态即将切换为红灯，设南北道比东西道的车流量大，指示灯燃亮的方案如下表1所示。
表1：指示灯燃亮的方案表
说明：
1.当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为80秒。
2.黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人绿灯的状态即将切换为红灯。
3.当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。时间为60秒。 南北方向车流大，通行时间长。
4.这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通过。
（一）十字路口交通灯设计方案
该设计系统由AT89C51模块、LED数码管显示模块、LED指示灯模拟交通灯显示模块、驱动电路、复位电路、时钟电路、电源电路一共七个模块组成。
电源时钟电路:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。
复位电路：当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。常用的复位电路如图2－3所示。复位操作不会对内部RAM有所影响。常用复位电路图如图1所示：
图1：常用复位电路
电源电路：?满足VCC--供电电压为+5V, GND接地即可。
其系统框图如下图1所示：
（二）十字路口交通灯硬件电路图
三、单片机的发展前景
1.使用寿命长。这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展，MPU更新换代的速度约来约快。可以预见，一些成功上市的相对年轻的CPU核心，也会随着I/O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。新的CPU类型的加盟，使单片机队伍不断壮大，给用户带来了更多的选择余地。8位、16位、32位单片机共同发展是当前单片机发展的另一个动向之一。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足的发展。以Mororola68K为CPU的32位单片机97年的销售量达到了8千万枚。过去认为由于8位单片机功能越来越强，32位机越来越便宜，使16位机单片机生存空间有限，而16位单片机的发展无论从品种和产量方面，近年来都有较大幅度的增长。
2.速度越来越快。MUP发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪音，降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。改善单片机的内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多。 3.低噪声和高可靠性技术。在单片机应用中，可靠性是首要因素，位了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效的方法。今年来，单片机的生产厂家爱在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，这些新技术表现在如下几点：首先，EFT技术。EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，人使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时，就可以消除这些毛刺另其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。这样，就提高了单片机工作的可靠性。其次，低噪声布线技术及驱动技术。在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上左下的两块对称称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。现在，很多单片机都把地线和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。 4.OTP与掩膜。OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而OTP型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。近年来，OTP型单片机需量大幅度上扬，为适应这种需求许多单片机都采用了在编程技术（In Sytem Programming）。为编程的OTP芯片可以采用裸片Bonding技术或表面贴技术，先焊在印刷版上，然后通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程。解决了批量写OTP芯片时容易出现的芯片写入器接触不好的问题，使得OTP的裸片得以广泛使用，降低了产品的成本。编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。
四、总结
单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的意义在 于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。
五、参考文献
[1]张俊谟.单片机中级教程——原理与应用.北京：北京航空航天大学出版社，1999
[2] 李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，1998
[3] 何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社，1994 [4] 张毅刚. 单片机原理及接口技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990
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