单片机应用论文范文

2022-05-15

小编精心整理了《单片机应用论文范文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。摘要:單片机作为微型计算机的一个分支,其应用系统的设计方法和思想与一般的微型计算机应用系统的设计在许多方面是一致的。但由于单片机应用系统通常作为系统的最前端,设计更应注意应用现场的工程实际问题,使系统的可靠性能够满足实际要求。

第一篇：单片机应用论文范文

关于单片机技术应用的研究

摘要：随着科学技术不断发展，后工业革命时期的到来，单片机技术已经被应用到各个方面，本文基于这种环境背景，阐述了单片机技术的技术走向与应用前景以及未来单片机产品的发展趋势，浅析了在电气传动系统中，单片机技术的应用范围越来越广，成为当今工业企业中较为重要的一部分。并对单片机如何应用于物联网以及智能楼宇和智能家居进行了讨论。

关键词：单片机技术物联网电气传动控制

1971年至今，单片机在各方面都得到了发展，功能更强大、集成度更高、价格更便宜。单片机因为它的高稳定性广泛用于工业机器人、工业流水线。在日常生活中我们使用的洗衣机能按照我们的要求自动进行定时清洗、甩干等，这也是因为系统嵌入了一个单片机，单片机去执行已经编辑好的程序。单片机由于自身的优势：体积小、能耗低、扩展灵活、可移植性好等使得控制、测控、导航都依赖于它。在智能物联网时代，嵌入式开发应用更是硬实力的体现。

1 单片机技术的发展特点

(1)单片机长寿命。

8位、16位、32位、64位单片机都有各自的用武之地，发展态势属于齐头并进。从1971年以来，单片机技术的发展是以8位机为主的，最典型的是INTEL的8051，在8051基础上又研发出MCS51系列MCU系统。这一系统的单片机被广泛应用直到现在。之后出现了16位单片机，16位单片机的推出并不成功。由于产业体系变革，使得32位单片机的价位越来越便宜，而且技术上可以覆盖8位MCU的传统领域，所以得到广泛应用，高端的32位SOC单片机主频已经超过300MHZ，性能与专业处理器媲美，但由于不同的细分领域并不具有可比性，8位单片机并没有被取代。至于64位处理器，它是未来发展的一个趋势。

(2)单片机速度越来越快。

单片机与MPU(微处理器单元)有所不同，它并不是时钟频率越高就速度越快的。单片机技术发展追求的是提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率。在不提高时钟频率的条件下，通过改善了单片机的内部时序，，使运算速度提高了很多。Motorola单片机就是使用了琐相环技术和内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。M68K系列32位单片机使用32K的外部振荡器频率内部时钟可达16MHz以上，而68HC08单片机使用4.9M外部振荡器而内部时钟达32M。

(3)高可靠性與低噪声技术。

在恶劣的工作环境下，如何提高单片机系统的抗电磁干扰能力，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如模拟信号采样抗干扰技术，数字信号传输通道的抗干扰技术，硬件监控电路，以及“软件看门狗”技术。

2 单片机技术的发展前景及趋势

单片机技术是将微处理器微处理器(cpu)、存储器(含有程序存储器ROM和数据存储器RAM)、输入、输出接口电路(I/O接口)集成在一块芯片上的集成电路芯片。在物理层面上单片机是体积小巧而且功能完善的计算机硬件系统，在软件层面上它在程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务.它可以独立完成现代工业控制所要求的智能化控制功能。随着科技的进步，各种型号的单片机产品应运而生，基于单片机体积小、功耗低、灵活性强等特点尤其符合工业领域的生产需求，为单片机技术的快速发展提供了广阔的领域。我们的生活也因为单片机的使用而变得更加的便捷，经济和安全。单片机在我国的各个行业当中都得到了广泛的应用。单片机的应用在精密仪器、家用电器、报警系统、汽车电子等各个领域中随处可见。

(1)单片机用于智能家电。

现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从空调、电磁炉、门铃、电饭褒、洗衣机、彩电、空调机、电冰箱、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，极大改变了人们的生活方式，使得人们可以追求更加高级的生活品质[1]。

(2)在工业控制中的应用。

单片机被用于在工业自动化过程的实时控制和数据处理。通过将设定好的程序烧入单片机，再由单片机执行程序，对机械设备进行控制。这个过程无需人工操作，即可高效准确的完成工作任务，避免了工人操作的人工失误，期间无需休息，减少了人工成本。另外，现代工业对加工精度要求已经达到纳米级别，人工操作的精度已经无法满足现在工业生产的要求，单片机的应用则使加工精度有了质的飞跃，仅仅需要根据加工的要求编写控制程序，就能够实现自动化生产。例如各种报警系统、楼宇智能化控制、工厂流水线的智能化管理，与计算机联网构成二级控制系统等。

(3)在物联网中的应用。

习总书记在第二届世界互联网大会上，谈到了“互联网+”的资源优化的经济发展趋势，网络深度融入经济社会发展、融入人民生活，“物联网”发展的必然趋势。在物联网具体应用案例中，例如智能窗帘系统，整个系统的结构包括上位机、服务器和下位机三大部分。其中上位机即运行在移动终端的APK，主要功能为通过互联网遥控下位机和显示从互联网获取的下位机的数据;服务器即数据库服务器，主要处理来自Internet的HTTP请求，并为客户机提供数据库操作相关的业务;下位机是需要进行实际安装的窗帘控制器，主要任务是为人们提供直接的窗帘操作功能。在下位机中单片机通过脉冲序列信号对步进电机进行驱动控，制，实现电机正反运转的功能。在物联网应用中强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

3 单片机技术原理

单片机技术的实现是通过高度集成电路把处理器、RAM、ROM、输入输出电路等计算机结构件集成在一个芯片上。这使得单片机虽然只有一个芯片，但是却具备计算机的完整功能，可以满足很多领域的应用。单片机的结构形式分为冯诺依曼结构和Harvard结构两种，一种是数据存储和程序存储共用存储空间，一种是数据和程序存储分开。单片机自问世以来就凭借巨大的优势为各个领域所接受。无论是通讯、交通、办公自动化等领域都得到了广泛应用，单片机的抗干扰能力强，对环境适应性强，很多巨型机不能工作的环境单片机都能够胜任，使得单片机在工业控制领域发挥巨大的优势，在电气传动系统中的应用更是作用明显。

电气传动控制技术。是指通过对电动机传动装置的控制，实现生产自动化的技术。是工业生产自动化技术中的重要基础性技术。电气控制的原理是以为处理器为中心的网络化系统，把自动化控制、微电子技术、网络技术和智能检测等技术结合起来的一种控制技术。

4 单片机在电气传动控制中的应用

电气设备中使用单片机会大幅度的提高了工作效率、工作精准度和劳动条件，对于产品的质量提高和能耗的降低都有着很明显的作用。事情都具有两个方面，对于出现故障之后，需要得到高效且迅速的判断，但由于加入单片机的电气传动系统更为复杂精密，日常维护和故障排除需要建立科学合理的数学模型，而故障本身又会对系统结构带来一些变化影响模型的准确性，使得对电气设备故障的检查和检测带来了更大的困难，一旦判断失误便会造成经济损失以及社会危害等情况出现。以MCS80C196系列单片机为例，作为一种直流伺服控制系统，主要有以下几个方面组成：(1)主电路;(2)控制电路;(3)接口电路。主要由单片机核心电路、键盘、显示器组成，电路结构包括整流器、滤波器、模块组成H桥。接口电路控制电路信号，主要负责将控制电路的信号进行处理。子系统采用16位系统总线增强系统数据传输宽度，两个存储器可以共用一个地址[2]。

软件系统的应用。，目前，单片机的开发越来越复杂精密，对算法的要求越来越高。虽然汇编语言占用资源少、运行效率高，但它对开发人员要求较高、不容易掌握，并且没有良好的可移植性，所以用单片机C语言程序设计是单片机开发与应用的必然趋势[3]。C语言是一种结构化的高级语言，它的语法简单、可移植性好，并且又具有低级语言的特点，可以对位进行操作。C语言编写简单，但是编译后较大。汇编可以很小，但是做复杂任务时，编程任务较困难。最好视任务的特性选择语言。

5 结语

随着科技的不断发展，我国单片机技术必将向着本土化，IC定制化发展，单片机技术也必将在强抗干扰能力以及安全性上得到技术上的突破，在未来技术的發展中，单片机会朝着更加精密复杂、低功耗、低电压、低价格同时具备更加强大的功能的方向发展，满足电气传动的发展对控制电路的要求，而这，需要我们每一位工作研究人员的努力。

参考文献

[1] 刘时雷.浅析单片机技术在智能家具中的应用与发展[J].技术与市场，2016(4)：77

[2] 马建挺.单片机技术在电气传动控制系统中的应用与研究[J].质量探索，2016(3).

[3] 刘斌儒.电气传动控制系统中单片机技术的应用[J].电子技术与软件工程，2017(3)：261.

作者：姚越吴宝庆

第二篇：单片机应用系统设计方法

摘要:單片机作为微型计算机的一个分支,其应用系统的设计方法和思想与一般的微型计算机应用系统的设计在许多方面是一致的。但由于单片机应用系统通常作为系统的最前端,设计更应注意应用现场的工程实际问题,使系统的可靠性能够满足实际要求。

关键词:单片机;设计

1 单片机应用系统的设计过程

1.1 系统设计的基本要求

1.1.1 可靠性要高

单片机应用系统在满足使用功能的前提下,应具有较高的可靠性。这是因为单片机系统完成的任务是系统前端信号的采集和控制输出,一旦系统出现故障,必然造成整个过程的混乱和失控,从而产生严重后果。因此,对可靠性的考虑应贯穿于单片机应用系统设计的整个过程。

首先,在设计时对系统的应用环境要进行细致的了解,认真分析可能出现的各种影响系统可靠性的因素,采取切实可行的措施排除故障隐患;其次,在总体设计时应考虑系统的故障自动检测和处理功能。在系统正常运行时,定时地进行各个功能模块的自诊断,并对外界的异常情况做出快速处理。对于无法解决的问题,应及时切换后备装备或报警。

1.1.2 使用和维护要方便

在总体设计时,应考虑系统的使用和维修方便,尽量降低对操作人员的计算机专业知识的要求,以便于系统的广泛使用。

系统控制开关不能太多,不能太复杂,操作顺序应简单明了,参数的输入/输出应采用十进制,功能符号要简明直观。

1.1.3 为了使系统有良好的市场竞争力

在提高系统功能指标的同时,还要优化系统设计,采用硬件软化技术提高系统的性能价格比。

1.2 系统设计的步骤

1.2.1 确定任务

单片机应用系统可以分为智能仪器仪表和工业测控系统两大类。无论哪一类,都必须以市场需求为前提。所以,在系统设计前,首先要进行广泛的市场调查,了解该系统的市场应用概况,分析系统当前存在的问题,研究系统的市场前景,确定系统开发设计的目标。简单的说,就是通过调研克服旧缺点,开发新功能。

在确定了大的方向基础上,就应该对系统的具体实现进行规划,包括应该采集的信号的种类、数量、范围、输出信号的匹配和转换,控制算法的选择,技术指标的确定等。

1.2.2 方案设计

(1)确定了研制任务后,就可以进行系统的总体方案设计。包括:①性能特点要适合所要完成的任务,避免过多的功能闲置;②性能价格比要高,以提高整个系统的性能价格比;③结构原理要熟悉,以缩短开发周期;④货源要稳定,有利于批量的增加和系统的维护。

(2)硬件与软件的功能划分。系统的硬件和软件要作统一的规划。因为一种功能往往是既可以由硬件实现,又可以由软件实现。要根据系统的实时性和系统的性能价格比综合确定。

一般情况下,用硬件实现速度比较快,可以节省CPU的时间,但系统的硬件接线复杂、系统成本较高。用软件实现则较为经济,但要更多地占用CPU的时间,所以,在CPU时间不紧张的情况下,应尽量采用软件。如果系统回路多、实时性要求强,则要考虑用硬件完成。例如,在显示接口电路设计时,为了降低成本可以采用软件译码的动态显示电路。但是,如果系统的采样路数多,数据处理量大时,则应该为硬件静态显示。

1.2.3 硬件设计

硬件的设计是根据总体设计要求,在选择完单片机机型的基础上,具体确定系统中所要使用的元件,并设计出系统的电路原理图,经过必要的实验后完成工艺结构设计、电路板制作和样机的组装。主要硬件包括:

(1)单片机电路设计。主要完成时钟电路、复位电路、共电电路的设计。

(2)扩展电路和输入/输出通道设计。主要完成程序存储器、数据存储器、I/O接口电路、传感器电路、放大电路、多路开关、A/D转换电路、D/A转换电路、开关量接口电路、驱动及执行机构的设计。

(3)控制面板设计。主要完成按键、开关、显示器、报警等电路的设计。

1.2.4 软件设计

单片机应用系统的设计中,软件设计占有重要的位置。应用软件包括数据采集和处理程序、控制算法实现程序、人机联系程序和数据管理程序。软件设计通常采用模块程序设计、自上向下的程序设计方法,见图1。

系统设计人员应该对当前流行的单片机主流机型充分了解,从而可以选择最为合适的机型。

参考文献:

[1]周航慈.《单片机应用程序设计技术》.北京航空航天大学出版社

[2]李权利.《单片机原理及应用技术》.高等教育出版社

Monolithic Integrated Circuit Application System Design Method

Zhang Lianhua

Key words: monolithic integrated circuit;design

作者：张连华

第三篇：单片机原理及应用教学改革探讨

摘要：单片机原理及应用课程具有知识点较多，内容抽象，实践性强等特点，且课程的教学目标更侧重于培养学生设计和调试单片机系统的应用能力，为了让学生更好地掌握本门课程，需要从调整单片机课程体系、激发学生兴趣、改进教学方式、加强实践环节等角度，对单片机原理及应用教学改革进行探讨和改进，以提高教学效果。

关键词：单片机原理及应用;教学改革;课程体系;教学方式;实践教学

Discussion on Teaching Reform of Principle and Application of SCM

SHA Ai-jun， GUO Li-hong

(School of Communication Engineering， Nanjing Institute of Technology， Nanjing 211167， China)

Key words：principle and application of SCM; teaching reform; Curriculum system; teaching method ; practical teaching

随着物联网、机器人以及更多智能设备的发展，单片机必将得到更多的应用。因此，工科电子、通信、信息、计算机、自动化等专业都将“单片机原理及应用”作为一门必修的课程，以便学生掌握单片机原理与系统设计，为后续的嵌入式课程学习以及未来的工作打下良好的基础。

而单片机课程内容相对抽象，知识点细碎，且单片机课程更注重实践，既有电路设计，又有软件编程，给学习带来了难度。为了让学生掌握某种单片机的硬件结构、引脚、资源等，并编程对其加以控制，使得学生最终具备设计、调试、开发小型单片机系统的初步能力，需要调整课程体系，教学中采取多种方式，加强实践，循序渐进，提高学生的单片机应用能力。

1 调整单片机课程体系

单片机理论课程一般包括如下内容：1)单片机的概述、发展、特点;2)单片机芯片的结构原理;3)单片机的汇编指令和汇编语言编程;4)单片机的C51编程;5)单片机的芯片内部资源;6)单片机系统的扩展(存储器、各类接口如键盘、显示、A/D、D/A以及单总线、I2C总线、SPI总线等)。要在课堂上完全讲完所有知识需要较多的学时。

本校为应用型本科工科院校，对实践教学非常重视。为了取得好的教学效果，我们适当精简了理论学时(原先为64学时，对单片机系统的扩展部分等进行适当精简)，理论课主要讲解必要的理论知识，而留出更多的时间让学生来参与实践环节。构建了如下的课程体系：理论课+课内实验+课程设计+实训(新增)。其中理论课有40学时，8学时课内实验，此外还有1周的课程设计。在后面的学期中，针对此方面有兴趣同学，选择有关单片机方面的为期4周的实训。图1为调整后的单片机课程体系。

2 关于采取多种方式来提高理论课教学效果

由于课时有限，理論课上主要通过相关知识点的介绍，以及一些具体的实例，帮助学生建立一个完整的框架，熟悉系统的开发流程，帮助学生讲清楚基本的知识点，掌握学习的方法，扫除相关的难点。在教学中，要达到好的教学效果，需要激发学生兴趣，并综合运用多种教学手段和方法。

2.1 激发学生兴趣，激活其无限潜能

兴趣是很好的老师，做自己喜欢的事可以废寝忘食，在教学中，第一节课中可以配合相关图片以夸张的流水账的形式来记录“我的一天”。早晨，在闹钟声醒来，手机连接健康手环查看了的睡眠质量，用豆浆机磨了个豆浆，用微波炉热了个包子，用电磁炉煎了个鸡蛋，打开收音机，打开太阳能(燃气)热水器开始洗漱，用剃须刀整理面部，然后打开洗衣机衣服，并开始吃早饭，天气有点冷，还开了个空调……在学生的哈哈大笑中，学生体会到了单片机离我们如此之近，一天需要接触这么多的单片机，兴趣和动力油然而生，此外，还可以把一些学生的科创作品带到课堂，让他们观摩体会，让学生觉得他也能行。

鼓励学生多观察身边还有哪些不便利的地方，能否思考把这些小不便，变成一个个有实际意义的小创意、小发明，来激发学生兴趣，形成动力，激活潜能。

2.2 综合运用多种教学手段和方法

在教学中，要采用案例法、启发式教学等教学方法，并采用多媒体和板书相结合。由于学习时间有限，更要精心选择好有代表性的小项目作为案例，通过一些有联系但又有不同的案例贯穿始终，通过提问的方式，启发学生体会其中的同与不同。如：在学习单片机基本机构后，如何设计一个最小系统;在学完并行口后，如何在最小系统的基础上利用并行口来实现二极管流水灯，如何用软件延时的方式控制流水灯的闪烁时间;在学完定时器后，又启发学生思考如何用定时器的方式来控制闪烁时间，在此基础上，可以加进数码管，要求学生思考它们和发光二极管在连线和编程上有何区别;还可以加入键盘以及串口等，来控制显示的内容和显示方式的控制和切换。通过这种形式，每次的案例跟前一次相比，有点类似，却又不尽相同，每一次要求都在前一次基础上有所提高，系统综合性越来越高，学生对知识点的掌握和能力得到逐步提高，克服了畏难情绪，获得了成就感。

3 加强实践，循序渐进，提高学生的单片机应用能力

如前所述，本专业实践环节主要为：课内实验+课程设计+实训。

课内实验部分，包含8个学时的实验，包括并口、定时器、串口、键盘和数码管等内容。可让学生尝试利用Proteus来仿真，然后在实验箱上连接电路，编写、编译、下载、调试相关程序，巩固课堂的学习。每个课内实验可以循序渐进的提出要求，要求学生完成验证、设计、综合性实验。

课程设计部分，包含一周的时间，则提出了一个较高的要求。我们会布置一些基于单片机的题目(学生也可以自己选择题目，但要得到指导教师批准)，这些题目会用到课堂上没讲过的一些芯片或模块，如温度计设计会用到单总线(1-Wire)的DS18B20，数字电压计设计会用到串行A/DTLC1549芯片，实时时钟设计会用I2C 总线时序控制PCF8563芯片，电子琴的弹奏和存储会用到I2C 总线时序控制24C16 E2PROM存储器等等，这些内容，由于课堂学时有限，没有学习，我们要求学生选择相关的一个题目作为自己的题目，花点时间，先进行这些模块的单独学习和实现，在弄清楚这些模块的基础上再设计整个系统，然后，再利用Proteus仿真和实验箱来实现(由于时间有限，此部分还是在实验箱上来运行)。通过这个过程，一方面弥补理论学时有限带来的缺憾，另一方面，也培养了学生的自主查阅知识、自主学习的能力。此外，对于每个题目，我们还设置了基本要求和扩展要求，鼓励同学去创新。

实训部分，则给出4周左右的时间，本院在大四上学期开设相关的实训课程，会给出若干个涉及不同种类和方向的题目，学生可根据自己的兴趣和未来打算从事专业的方向来选择自己的实训题目。而单片机方面又分51和STM32等方向，由学生根据自己的情况选择。实训过程中，让3-4个学生组成一个团队(每组设置一个组长)，来分工合作完成一个带上位机的小型的产品，从需求的描述，任务书的制定、方案的设计(可进行Proteus的仿真)、到原理图和PCB图的绘制、元器件的焊接以及程序的编写，调试，最后得到一个较为完整的系统。在此过程中，学生得到了一个较全面的单片机系统的设计、调试等方面的训练，而且，将其他课程所学的上位机设计和单片机设计整合起来，丰富了系统。此外，学生的团队协作、沟通等能力也得到了培养和提升，而这些都是工程教育中所看重的。

此外，还可开放实验室以及结合大学生科技创新、电子竞赛等来进一步利用课外时间来实践。

在实践环节，要纠正一些学生不够踏实，滥竽充数的现象，更注重考核学生的动手能力。一些学生往往只满足于跟着别的同学设计、连线，而对背后的电路原理和程序等不去深究，在验收环节，除了传统的提问外，还可以故意在硬件和软件上设置一些问题，让学生现场来排查，督促他们认真投入时间和精力，认真对待实践环节。

4结论

单片机原理及应用是一门综合性、实践性很高的课程，需要理论和实践相结合、硬件和软件相结合，课内和课外相结合、Proteus仿真和真实电路板相结合，需要综合运用各种教学方法和考核手段，激发学生兴趣和潜能，并鼓励学生动手操作，参加科创和竞赛，以便提高教学效果。

参考文献：

[1] 刘利方，罗亚辉，李旭.单片机原理与应用课程教学改革与实践[J].科教导刊(上旬刊)，2018(2)：97-98.

[2] 张典，庄克玉，张奇志.工程教育专业认证背景下“单片机原理及应用”课程实验教学改革研究[J].科技视界，2018(3)：43-44.

[3] 李瀟雯.基于虚拟仿真技术的《单片机原理与应用》课程教学改革[J].南方农机，2017，48(24)：33-34.

[4] 张典，庄克玉，张奇志. 工程教育专业认证背景下“单片机原理及应用”课程实验教学改革研究[J]. 科技视界，2018(3)：43-44.

[5] 金国华，沈小艳，滕君华，等. 单片机课程设计中实践创新能力的分层培养[J]. 实验室科学，2016，19(6)：142-145.

[6] 张英平，王立忠，王春武，等. Proteus仿真软件在单片机课程教学改革中的应用[J]. 廊坊师范学院学报(自然科学版)，2016，16(2)：120-122.

[7] 吴允平. 单片机教学改革与学生工程素质和创新意识的培养[J]. 福建师范大学学报(自然科学版)，2004(01)：111-113.