基于嵌入式架构的单片机系统设计

时间:2022-06-18 08:38:42

基于嵌入式架构的单片机系统设计

摘要:单片机作为一种微型计算机,在工业控制领域中,得到了非常广泛的应用,在传统的计算机应用中,受到其体积的限制,无法嵌入到实际的生产线中,但从计算机能够自行处理任务可以知道,如果这个系统能够应用到实际生产中,将会极大的提高生产的效率,该文在嵌入式架构概念和特点的基础上,结合目前单片机系统设计的现状,从硬件和软件两个方面,对基于嵌入式架构的单片机系统设计,进行了深入的研究。

关键词:嵌入式;架构;单片机;系统;设计

中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)32-7230-02

随着电子信息技术的发展,计算机在不同领域中得到了广泛的应用,人们根据不同领域的实际需求,针对性的开发了具有相应功能的软件,从而提高实际的工作效率,但是在计算机出现的早期,受到其体积和性能上的限制,其应用的范围很小,随着晶体管和集成电路的出现,计算机的体积和性能得到了极大的提升,从计算机的发展可以看出,每次技术的更新,都是为了减小其体积,同时提高其性能。计算机的出现是革命性的,由于其能够自行的处理任务,如果应用在实际的工业生产中,就能够实现生产的自动化,这也是近些年计算机应用发展的方向,但是通过实际的调查发现,计算机在应用的过程中,虽然经过了多年的发展,出现了笔记本电脑,在体积上得到了极大的控制,但是在工业控制领域中,这样的体积依然很庞大,在这种背景下,人们发明了单片机这种微型计算机,并在工业控制中得到了广泛的应用。

1 嵌入式架构简述

1.1 嵌入式架构的概念

嵌入式架构是随着计算机的发展,逐渐形成的一门学科,现在很多高校中,都开设了这门课程,为社会培养大量的相关人才,学生在毕业后,能够掌握到充足的嵌入式架构知识,从而能进行计算机系统的设计,我国受到特殊的历史因素影响,经济和科技发展的起步较晚,与西方发达国家相比,存在较大的差距,尤其是在电子信息领域。虽然近年来随着国家的重视,出台了很多优惠的政策法规,鼓励和扶持我国相关产业的发展,经过了多年的发展,现在我国嵌入式架构的研究,已经得到了很大的提高,但是通过实际的调查发现,嵌入式架构使用的单片机等设备,目前还都是国外的公司生产的,我国技术人员在完成系统的开发后,都需要采用国外的设备,由于我国一直受到西方国家的技术封锁,很多先进的设备都无法进口,在很大程度上影响了我国嵌入式架构的发展。对于嵌入式架构的概念,国际电气和电子工程师协会给出了具体的解释,是控制、监视等辅助设备工作的系统,目前对于嵌入式架构的理解,主要基于计算机技术,一般情况下,可以把带有控制程序的处理器,看成是一个嵌入式架构,在不同的时期,人们对于嵌入式架构概念的理解,也存在一定的差异,但是从根本上来说,都是为了更好的使用嵌入式系统。

1.2 嵌入式架构的特点

与传统的计算机技术相比,嵌入式架构具有鲜明的特点,首先就是体积更小,在嵌入式架构出现的早期,主要是在计算机的基础上,进行系统的开发,但是随着相关技术的发展,嵌入式架构自身有了很大的进步,尤其是单片机等微型计算机的出现,使得其应用的范围更加广泛,从某种意义上来说,单片机的出现,就是由于嵌入式架构应用的需要。其次嵌入式架构具有控制的特点,随着电子信息化的发展,很多机械设备都采用了智能芯片,通过这些芯片的使用,可以写入特定的控制程序,从而达到相应的控制目的,近几年软件技术有了很大的发展,尤其是在人工专家模块出现后,计算机软件可以实现一定的智能化,在遇到一些问题时,可以通过检索以前的经验,对问题自行进行处理,如果将这个技术应用到嵌入式架构中,就可以实现工业生产的自动化控制。从根本上来说,工业的自动化控制技术,就是在单片机等微型计算机的基础上发展起来的,而单片机的使用,大多都是在嵌入式架构,通过硬件和软件的针对性设计,可以最大程度的提高单片机应用的效率。

2 单片机系统设计的现状

2.1 单片机系统设计的发展

单片机的出现,主要是由于实际应用的需要,传统的计算机受到体积上的限制,虽然在很多领域中得到了应用,但是在实际的工业生产中,要想对生产过程中的每个环节进行控制,必须将所有的环节通过特定的方式连接起来,然后设置一个中央服务器,通过硬件和软件等方式,对生产进行实时的控制,只有这样才能够最大程度提高生产的效率。由此可以看出,单片机系统的发展,可以分成硬件和软件两个部分,而这两个部分都受到计算机技术的影响,尤其是软件方面,在初期使用机器语言进行编程时,还没有单片机的出现,而汇编等低级语言使用,单片机程序的编写,也采用这些低级语言,随着计算机软件技术的发展,逐渐的出现了C语言等高级语言,相应的单片机系统设计,也开始使用这些高级语言,极大的提高了软件编写的效率。单片机系统硬件的发展,由于其出现和发展都在西方发达国家,而且由于社会和经济的体制不同,这些国家对我国一直存在技术上的封锁,因此我国很难接触到先进的单片机系统知识,在很大程度上影响了我国单片机技术的发展,目前使用的单片机设备,都是国外公司生产的,而且一些最新的单片机,对我国还存在进口的限制。

2.2 单片机系统设计中存在的问题

单片机从出现开始,到现在已经使用了多年,在应用的过程中,其自身的理论在不断的完善,通过单片机系统的使用,可以轻松的实现工业生产的自动化,进而提高生产的效率,正是由于单片机系统的这个特点,使得每个企业都希望能够通过这样的方式,来提高自身的生产效率,但是在实际应用的过程中,不同公司加工的产品不同,生产设备也存在一定的差异,如果使用同样的单片机系统,显然无法最大程度的提高生产效率。因此现在单片机系统的使用,都会根据实际的需求,对单片机系统的功能,进行针对性的设计,但是通过实际的调查发现,目前单片机系统设计中,还存在着一些问题,使得设计的系统不是很完善,在实际使用的过程中,经常会出现一些漏洞,影响产品的加工效率,由于单片机系统设计可以分成软件和硬件两个部分,因此对系统设计存在的问题,也可以从这两个方面进行分析。首先就是硬件性能不合格,在设计完实际的电路后,对各个元器件的性能,都有具体的要求,如果这些器件的性能达不到相应的指标,那么电路显然就无法正常的运行,其次就是软件设计的不完善,由于软件自身的特殊性,无法编写出完美的程序,程序自身越复杂,存在的漏洞也就越多,如果在程序编写完成之后,没有经过科学的测试,那么在应用时,就可能会出现问题。

3 基于嵌入式架构的单片机系统设计分析

3.1 基于嵌入式架构的单片机系统硬件设计

在单片机出现的早期,由于还没有形成嵌入式架构的概念,因此在实际的系统设计中,而且单片机系统的使用,都是对现有的生产线进行改进,通过在生产设备上增加一些线路,然后用单片机对其进行控制,在这种模式下,硬件设备的选择,主要是根据环境来进行,对硬件设备的体积要求比较严格。随着硬件设备的发展,现在生产单片机的公司有很多,可以实现同样功能的元器件有很多,而自动化技术的出现,使得生产线在设计的过程中,会根据控制的需求,进行相应的变化,这种单片机系统使用方式上的转变,极大的促进了其应用的发展,为了达到更高的控制效率,人们将单片机放到生产线的每个环节中,然后将这些单片机连接到一个服务器上,就能够实现对生产的全面控制。现在单片机系统设计中,首先进行的就是硬件上的设计,通常情况下,会根据生产的实际情况,对控制的功能进行需求分析,单片机系统硬件的设计,会和生产线的硬件设计同步进行,如果控制系统的硬件出现问题,可以根据需要,对生产线进行一定的修改。

3.2 基于嵌入式架构的单片机系统软件设计

嵌入式系统与传统的应用方式相比,最明显的特点就是多了辅助设备,如以往应用计算机的过程中,都是计算机的单独使用,人们直接利用计算机来处理一些问题,或者利用计算机来控制某些设备的工作,没有任何的辅助设备,而嵌入式架构下,需要借助单片机等设备,如一条生产线通常包括多个加工工艺,如果采用计算机的统一控制,就无法实现对每个环节的单独控制,而利用单片机系统,在每个加工环节中,都嵌入一个单片机,然后将这些单片机连接到一个计算机服务器中,就可以实现局部的控制。而要想完成这个过程,就要通过相应的软件功能,对于同样的单片机系统,如果根据实际应用的需要,设计不同的程序,能够实现不同的控制功能,由此可以看出,软件设计是单片机系统工作的核心。

4 结束语

作为以计算机为基础的技术,嵌入式架构的发展,很大程度上受到计算机技术的影响,如在计算机刚出现时,由于其性能比较,甚至还不如现在的电子计算器,因此实际的应用很少,只是在实验室中进行科研使用,但是人们从计算机的特点能够看出,随着技术的进步,将来计算机一定会得到普及应用。在这种背景下,很多专家和学者对计算机进行了研究,通过大量的实践,极大的推动了计算机的发展,于是计算机越来越多的用来处理实际问题,为了提高控制的效率,人们对程序进行了完善,经过全文的分析可以知道,嵌入式架构和单片机的出现,都是由于实际应用的需要,而单片机在实际应用的过程中,还存在很多问题,如果能够采用嵌入式架构,那么就能够极大的提高单片机系统的使用效果。

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