孫樂益

單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用

孫樂益

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建福州，350108）

單片機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)先進(jìn)、功能多元化的“微型計(jì)算機(jī)”。本文主要探討了單片機(jī)在智能化儀器儀表中的應(yīng)用。首先介紹了單片機(jī)在智能化儀器儀表中的應(yīng)用意義，接著分析了應(yīng)用單片機(jī)的智能化儀器儀表的具體功能、分類、特點(diǎn)，然后進(jìn)一步探討了單片機(jī)的應(yīng)用要點(diǎn)。

單片機(jī)；儀表；應(yīng)用；智能

0 引言

單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用離不開計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)的支持。單片機(jī)有許多優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕便，體積小巧，常常應(yīng)用于智能化的儀表領(lǐng)域里[1]。通過應(yīng)用單片機(jī)，可以提高儀器的使用效果，使工業(yè)生產(chǎn)效益得到大大提高。因此，本文主要介紹了單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用。

1 單片機(jī)在智能化儀器儀表中的應(yīng)用意義

單片機(jī)綜合了多種技術(shù)，擁有極高的集成度，使用靈活，其處理能力和速度都十分強(qiáng)大。將原有的儀器儀表通過單片機(jī)進(jìn)行改造，能夠?qū)崿F(xiàn)儀器儀表的智能化，同時(shí)還會使其功能綜合化，減少在測量中產(chǎn)生的誤差等問題。將單片機(jī)與智能化儀器儀表相結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)多種功能，使測量、處理、控制成為一體，這也是儀器儀表改革的必然趨勢。

2 應(yīng)用單片機(jī)的智能化儀器儀表概述

2.1 智能化儀器儀表的功能

智能化儀表重點(diǎn)就在于智能，將會以更強(qiáng)大的輸出方式體現(xiàn)出十分靈活的特點(diǎn)。儀表外可以接各種設(shè)備，如打印記錄儀等等，實(shí)現(xiàn)了多元化的輸出形式。智能化儀表不僅具有測量功能，還可以實(shí)現(xiàn)信息的存儲和數(shù)據(jù)的智能化處理，實(shí)現(xiàn)了測量、處理、控制的高效運(yùn)行。與傳統(tǒng)的儀表相比，智能化儀表能夠?qū)崿F(xiàn)對信號的復(fù)雜處理，使儀器儀表的功能更加完善?？梢詫?shí)現(xiàn)故障的自動檢測和診斷，減少測量誤差，提高精度。能夠定時(shí)對信號進(jìn)行測定，實(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的精確檢測。

2.2 常見智能化儀器儀表

第一，智能毫伏表。智能毫伏表與傳統(tǒng)毫伏表的區(qū)別在于，其加入了單片機(jī)，那么就能夠?qū)Ω哳l率的正弦交流電壓進(jìn)行測試，可以自動診斷故障、自動歸零、超載會自動報(bào)警、量程實(shí)現(xiàn)自動切換、自動進(jìn)行單位換算等等，尤其是體積更加小巧，質(zhì)量更加輕便，十分實(shí)用。應(yīng)用單片機(jī)的智能毫伏表基本實(shí)現(xiàn)了CPU與RAM的庫充，I/O口更加先進(jìn)。

第二，智能萬用表。該表的測量精度很高，可以減少各種不必要的誤差。其芯片的工作方式是雙斜率積分式，抗干擾能力較強(qiáng)。

第三，邏輯分析器。邏輯分析器主要是分析和處理一些不可預(yù)測的故障，這些故障主要產(chǎn)生于復(fù)雜的電路之中。應(yīng)用單片機(jī)的邏輯分析器可以將各個(gè)信號在第一時(shí)間內(nèi)記錄下來，實(shí)現(xiàn)智能儲存，及時(shí)根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)第一時(shí)間內(nèi)找到故障，這樣就可以根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)解決故障[2]。

2.3 應(yīng)用單片機(jī)的智能化儀器儀表功能特點(diǎn)

第一，強(qiáng)大的控制功能。由于單片機(jī)集中了多種強(qiáng)大先進(jìn)的技術(shù)，因此其控制功能是顯而易見的。對于智能儀器儀表而言，融入單片機(jī)將會擺脫傳統(tǒng)儀表存在的弊端，實(shí)現(xiàn)智能化控制。儀表中參數(shù)眾多，通過單片機(jī)就能夠進(jìn)行監(jiān)控。小巧的單片機(jī)承擔(dān)的責(zé)任很大，擺脫了繁雜的開關(guān)和數(shù)字電路，以二進(jìn)制方式進(jìn)行控制，從而測量完成檢測位與啟動控制位。如今，單片機(jī)類型多樣，不同的單片機(jī)有著不同的優(yōu)勢，在智能儀器儀表中的應(yīng)用十分頻繁，而且處理功能十分豐富，所以備受各生產(chǎn)廠商的重視。

第二，強(qiáng)大的I/O功能。先進(jìn)的單片機(jī)的I/O功能很強(qiáng)大，將其應(yīng)用在智能化儀器儀表中，就會具備普通儀器儀表所無法企及的優(yōu)勢。該功能使得儀器儀表的設(shè)計(jì)更加簡約，有效降低制造成本。由于智能化儀表的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，因此就會有許多部件維持功能的正常運(yùn)行，為了實(shí)現(xiàn)這些部件穩(wěn)定運(yùn)行，可以結(jié)合單片機(jī)中的接口芯片的協(xié)調(diào)功能，就能夠在簡化設(shè)計(jì)的同時(shí)，提高儀表的性能。

第三，實(shí)現(xiàn)高速準(zhǔn)確的計(jì)算。單片機(jī)融入了強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)，從某種程度上也可以將其作為一種微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這樣就會賦予單片機(jī)以強(qiáng)大的計(jì)算能力，不僅計(jì)算速度快，而且還十分準(zhǔn)確。將單片機(jī)與智能化儀表相結(jié)合，就會實(shí)現(xiàn)儀表的高效運(yùn)算。因?yàn)槠胀ǖ膬x器儀表無法計(jì)算要求較高的函數(shù)計(jì)算，最佳選擇就是結(jié)合單片機(jī)實(shí)現(xiàn)高速準(zhǔn)確的計(jì)算。先進(jìn)的單片機(jī)可以大大提升運(yùn)算時(shí)間，處理十分復(fù)雜的運(yùn)算系統(tǒng)，這也是當(dāng)代智能化儀器儀表所需要的強(qiáng)大功能[3]。

3 單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用

3.1 具備微處理器功能

作為凝聚了復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的單片機(jī)，其功能的強(qiáng)大性是不言而喻的。在智能儀器儀表中應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理和控制，而不是將功能僅限于測量。通過單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取和計(jì)算，就可以實(shí)現(xiàn)“微處理”的功能。因此，單片機(jī)在智能儀器儀表中可以看作是一個(gè)微處理器。單片機(jī)將許多部件功進(jìn)行集中，使其不再單一，復(fù)雜。單片機(jī)自帶計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的時(shí)候就可以更加游刃有余。單片機(jī)體積小巧，卻能夠延展儀器儀表的相關(guān)功能，在進(jìn)行自動檢查和故障檢測的同時(shí)，還會繼續(xù)進(jìn)行測量工作。單片機(jī)技術(shù)是基于集成電路技術(shù)發(fā)展而來的，因此單片機(jī)的性價(jià)比很高，在許多領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，受到了用戶的歡迎。

3.2 數(shù)字濾波

通過數(shù)字設(shè)備計(jì)算并處理信號，將某個(gè)頻段的信號經(jīng)過篩選和濾除就可以得到新的信號，這就是數(shù)字濾波。數(shù)字濾波提升了智能儀器儀表的抗干擾能力，智能儀器儀表根據(jù)新的信號就能夠?qū)崿F(xiàn)信號的高效利用。由于智能化儀器儀表的工作環(huán)境十分惡劣，所以就會面臨著各種干擾問題，從而影響儀表的工作效率。通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波，可以有效抑制惡劣的信號，實(shí)現(xiàn)信號的濾除。

3.3 單片機(jī)在智能儀器儀表設(shè)計(jì)與調(diào)試中的應(yīng)用

第一，智能儀器儀表的整體設(shè)計(jì)。若要實(shí)現(xiàn)智能儀器儀表更加強(qiáng)大的功能，就需要對其進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)可以明確設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，選擇合適的部件，并進(jìn)行相應(yīng)的測試與故障診斷?？傊鞔_設(shè)計(jì)的目的和需要實(shí)現(xiàn)的功能。

第二，自診斷功能與可維修性。應(yīng)用單片機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試智能儀器儀表的時(shí)候，需要實(shí)現(xiàn)其自動診斷功能。通過自動診斷可以找到故障的位置，分析原因，提供合理的維修方案。

第三，協(xié)調(diào)軟硬件。在智能儀器儀表的設(shè)計(jì)中需要飛、考慮將設(shè)計(jì)的對象進(jìn)行科學(xué)合理的分解，采取不同的設(shè)計(jì)方法，按照任務(wù)的方式開始設(shè)計(jì)。這樣可以大大減少設(shè)計(jì)的成本，還能夠提高設(shè)計(jì)效率，不會頻繁進(jìn)行修改。這種方式主要是將整體化為部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，旨在實(shí)現(xiàn)每一部分的功能。

4 結(jié)束語

將單片機(jī)融入到智能儀器儀表設(shè)計(jì)之中，會大大提升儀表的功能，實(shí)現(xiàn)除了測量之外的多種功能，提供工作效率。單片機(jī)融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其系統(tǒng)可以稱之為“微型計(jì)算機(jī)”，盡管單片機(jī)體積小巧，質(zhì)量輕便，但其小小的身軀里匯集了多種技術(shù)和強(qiáng)大的功能，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中，大大提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率。通過分析智能儀器儀表的功能不難發(fā)現(xiàn)，由于電子計(jì)算機(jī)等強(qiáng)大技術(shù)的融入，其信息處理能力與控制能力都得到了進(jìn)一步優(yōu)化，更加智能化，自動化，在自動進(jìn)行故障檢測和診斷的同時(shí)，也不耽誤其正常的測量。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用范圍會日益廣泛。

[1]陳在明.單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用[J].中國新通信,2016,01:39.

[2]劉忠超,殷華文,郭抒穎.基于MSP430單片機(jī)的智能儀表設(shè)計(jì)[J].自動化與儀表,2015,02:20-24.

[3]張威.一種基于低功耗單片機(jī)的供熱儀表系統(tǒng)開發(fā)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2007,16:174-176.

Silicon Labs全新TouchXpress電容式觸摸控制器在貿(mào)澤開售

2017 年 9 月 13 日 –半導(dǎo)體和電子元器件的全球授權(quán)分銷商貿(mào)澤電子(Mouser Electronics) 宣布即日起備貨Silicon Labs 的CPT212B和CPT213B TouchXpress電容式觸摸控制器。CPT212B和CPT213B TouchXpress控制器無需費(fèi)時(shí)費(fèi)力的固件開發(fā)，為在各類產(chǎn)品中添加時(shí)尚的觸摸式用戶界面設(shè)計(jì)提供了簡單的交鑰匙解決方案。這些產(chǎn)品包括家電、醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、儀器和控制面板，以及照明控制等。

貿(mào)澤電子供應(yīng)的Silicon Labs CPT212B和CPT213B TouchXpress控制器可幫助設(shè)計(jì)工程師快速、輕松地向嵌入式設(shè)計(jì)中增加低功耗電容式觸控界面。CPT212B支持多達(dá)12個(gè)傳感器輸入，能夠以超低功率運(yùn)行，經(jīng)過優(yōu)化的活動電流低至200 μA，休眠電流為1 μA。CPT213B提供多達(dá)13個(gè)傳感器輸入，并增加了 IEC 60730 B 類安全庫支持，可防止家用電器的不安全操作。這些控制器的I2C接口提供了一種跟蹤觸摸傳感器狀態(tài)的簡便方法，在檢測到接近觸摸后，中斷引腳可以喚醒休眠中的主機(jī)處理器。

另外，貿(mào)澤還提供可用于評估TouchXpress控制器功能的評估板。CPT212B SLEXP8018A評估板配有12個(gè)電容式感應(yīng)墊，而CPT213B SLEXP8019A評估板配有一個(gè)電容式感應(yīng)輸入引擎和13個(gè)輸入。這兩款評估板都有一個(gè)用于觸控反饋的蜂鳴器、一個(gè)觸摸確證引擎和一個(gè)用于連接Silicon Labs EFM8或EFM32入門套件的擴(kuò)展接頭。

Application of Single Chip Microcomputer in Intelligent Instrument and Meter

Sun Leyi
（Fuzhou Polytechnic, Fuzhou Fujian, 350108）

Single-chip is a simple structure, advanced technology, functional diversification of the “microcomputer.” This paper mainly discusses the application of single-chip microcomputer in intelligent instrumentation. First introduced the application of single-chip in the intelligent instrumentation significance, And then analyzed the application of single-chip intelligent instrumentation specific functions, classification, characteristics, And then further explore the application of single-chip points. Key Words: Single Chip Microcomputer; Instrument; Application; Intelligent