摘要：单片机即微控制器，由于它功能强大、简便小巧、方便可靠，并且具有很强的价格优势，到目前为止，已经在各个领域为人们所普通使用。无论是通讯、交通、智能控制，还是办公自动化、电子领域、电气设备等几乎都可以看到单片机的存在。电气传动及控制系统的研究应用领域也非常广泛，但其传统的电气设备在使用过程中可靠性差，寿命低。将单片机技术应用到电气传动控制系统中可以使得电气传动控制系统操作更加简便，更加稳定安全。基于此，本文设计一套单片机化电气传动及控制系统，从而使单片机在电气传动及控制系统中得到充分发挥。
关键词：单片机；电气传动及控制系统；设计
1单片机化的电气传动及控制系统
电力传动及控制系统是机械领域的一个重要部分，因此，人们希望它具有准确、迅速、柔性、高速等优点。单片机包含传统微型计算机的各组成部分，同时越来越多的完成测控所需要的其他组成部分也集成到芯片当中去。单片机化的电气传动与控制系统，顾名思义，就是将单片机设计到电气传动及控制系统中去，单片机相当于系统中一个零件，系统不需要再额外增加质量、体积及能耗。在进行设计单片机化的电气传动及控制系统时，用首先认识到单片机不是传统意义上的计算机，它是一种嵌入式的控制器，只有这样，才能有效发挥出它的优势，从而开发出性能、价格比高的系统。
将单片机应用到电气传动及控制系统中，完成只要载入程序并且通电正常，机械就能实现自动运转，不再需要人工进行干预，实现产能翻倍的增加。并且单片机取代了计算机对电气传动及控制系统的远距离控制，节省了设备成本，单片机的程序应用针对性较计算机更强，使应用更加具体化简单化，单片机较计算机稳定性更好，不容易出现故障，即使出现故障，单片机组成的嵌入式系统可增加故障自检功能，从而实现快速故障定位，减少检修成本。由此可见，设计单片机化的电气传动及控制系统具有重要的意义。
2单片机化电气传动及控制系统的设计
2.1系统硬件设计
（1）单机片的选择
由于当前单片机的品种比较多，大致可分专用型与通用型两大类。专用型比较容易开发，开发的系统较为简单，且专业型芯片具备一些特殊功能，所以，在选择芯片时应尽可能的选择合适的专用型芯片。通用型芯片具有供货市场范围大、全国各地都可买到的优势，且掌握通用型芯片的人员相对较多，有利于开发工作全体的组成。在电气传动与控制系统中，8位机通常便可满足需要。必须使用16位机的有少数，也有些用4位机便可很好的工作。具体选择哪种单片，还应根据实际情况来决定。
（2）其他芯片的选择
除了选择单机片，还要对选择其他芯片。当程序及常数所需存储单元超过片内ROM或者是片内没有POM的时候，需要对程序存储器进行拓展。通常情况下，使用RPROM，例如2764、2716等等。假如要处理的数据量偏大，那么就需要拓展数据存储器，这时可选用6116、2114等静态RAM；假如数据量特别大，那么还可以使用6264、2164以及62256等芯片。其中拓展的存储器（程序存储器或数据存储器）可以选用带掉电保护的静态RAM，如9964等。除此之外，有时候还可能用到各种可编程接口芯片以及各种数字集成电路芯片、信号调整模块等等。选用的原则为：应尽量简化线路，尤其是使用各种专用型单片机片时，应充分的利用片内的特殊功能。
（3）分配地址空间
地址空间分配方式主要是根据各个芯片里的地址单元数量以及可寻址芯片数量来确定的。假如所选用的单元数比较多，则选用全译码方式，地址空间要依照顺序来依次进行分配。假如所选用的单元数比较少，则选用线选法，其地址空间不必连续分配，采用P2口的某些线选通芯片。选通如果确定，那么地址就确定了。然而地址在此时是浮动的，编程时对于这点应引起注意。
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（4）系统硬件（线路）图的画出
专用型单片机组成的系统在设计的时候，其中最重要的一个环节就是根据所需要的功能、输入、输出的信息以及希望能达到的指标来选择合适的芯片。在对芯片选定以后，要以单征机为核心，并且根据它所需要的外围电路和前、向通道则可以设计出系统的线路。假如选择了通用性芯片，那么就可以通过三种总线将各组成部分有效联系起来，从而构成系统的线路。其中地址总线由P0口与P2口构成系统，P0口的地址信号要经过锁存器接到片外存储器或者端口的地址线上，锁存器用ALE做锁存信号。数据总线使用P0口，它与存储器及端口的数据线相接。其他I/0口（如MCS51-系列的P1口）可直接与外界联系，其地址在片内的数据存储空间，使用比较灵便。其中，控制线则根据需要选用。
2.2程序的编制设计
（1）建立数学模式
按照系统所设计的硬件线路及其要求把程序分为用于接口、系统管理以及系统工作等部分，研究分析每一部分又可分为哪些模块，模块与模块之间有什么关联，根据分析结果建立数学模式。在有些数学关系较简单的程序可将这一步忽略不计，但对于电气传动和控制系统，这一步通常是很必须的。在对数学模式进行建立时，应充分考虑到功能的完成，并要满足抗干扰以及容错的要求。
（2）流程图
按照数学模型拟定程序的思路，并用图形的形式将它表现出来，一般采用流程图。流程图要由始至终的的依次细化，直至能够具体反映程序的时候便可编制程序。有些专用型单片机采用梯形图，其可直接直接反映程序的过程，或采用状态流程图，无需经过多次细化便可编程。在进行编制程序时按照系统的应用对象以及开发环境选择语言，一般选择汇编语言，如果程序量比较大也可选用C语言或者PLM语言。编制完毕的程序也有可能存在缺陷，要经过多次调试发现问题的所在，并修改程序和流程图将缺陷予以纠正。经过调试后的程序可尝试进行运行。假如运行结果不满意，应修改数学模式，并对程序进行重新编制。
2.3其他方面的设计
（1）抗干扰的措施
通常情况下，电气传动及控制系统工作的场所存在比较强烈的电磁干扰情况，电磁干扰会破坏单片机的正常工作，甚至还会造成严重的事故。因此，为了保证系统能够可靠运行工作，必须要按照一定的原则进行接地处理。除此之外，还应该采取隔离变压器、低通滤波器、光电耦合、屏蔽和数学滤波等措施来提高抗干扰的效果。并且还可以采用抗干扰的编程方法以及Watchdog技术等来保证系统的可靠运行。
（2）脉冲产生方法
电气传动及控制系统所需要的脉冲有时候回要求其频率可调，这时可以通过在硬件上安置震荡器来实现，也可由单片机的计数器或者定时来实现。如果感觉单片机产生的脉冲会随着分辨率的提升而变差，可以借助单片机中的计数器、定时形成一个数控锁相环，假如要求可以对脉冲宽度进行调节，如PWM，也可由单片机的部分来实现。如果采用8XC562或8XC552等芯片，为使得PWM信号产生而进行的硬件和软件设计均可大为简化。
3结束语
将单片机应用于电气传动及控制系统中，使得运转情况更加准确和可靠，单片机程序的易修改性，也能实现电路控制的不同要求。在设计基于单片机的电气传动及控制系统时，多方面设计是密不可分的，其中尤其是硬件及程序的编制方面的设计，要相互配合，否则会影响整体系统的设计效果。必须结合实际需要，才能设计出利用效率高、可靠性高的单片机化电气传动及控制系统。
参考文献：
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[4]单片机原理及接口技术的开发[J].彭江.软件导刊.2011（03）
论文作者:赵昊淳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/10
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