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单片机与机械专业联系及其重要性
机械10-23100644202张弼赫
摘 要：针对单片机应用日益广泛，并且对于机电一体化的应用具有现实意义，本文根据现实生活中单片机在机械行业中的应用，结合自己的专业特征对如何学好单片机进行探讨。关键词：单片机机械联系 重要性
Abstract: Based on MCU is applied more and more widely, and has practical significance for the application of electromechanical integration, application based on the real life in the machinery industry, combined with profeional features of their own to discu how to learn microcontroller.Keywords: microcontrollermachinelinkimportance
这学期我选修了单片机这门课，为什么要选修这门课程对我来说有如下几点理由：
（1）这门课程实用性比较强，因为上学期有一门《微机原理》必修课，在做实验时接触了微机试验箱，通过在电脑上编写程序让试验箱做出相应的动作比如流水灯。让我对程序编程产生了浓厚的兴趣，可以通过编写程序做一些有意思的实验。
（2）因为专业是机械设计制造及其自动化而我们很多课程安排都是有关于机械方面的，比如机械原理、机械设计、加工工艺等，而导致了对自动化方面的忽视，而单片机则
是自动化重要课程，因为在应用单片机时不仅要考虑程序如何编写，还要掌握数字电路和电子电工方面的知识，对机械学生来说挑战不小，因为电路知识一直被忽视，考过之后就没有再去想过，所以希望通过单片机的学习再巩固一下重要的电子电工的知识，并且这学期我们开了一门《工业电气控制技术》的必修课，这门课主要是讲工业上的电路和电气元件，在后几章中提到了可编程控制器也就是单片机的应用，发现通过在控制电路上应用单片机大大简化了设计上的难题，因为所有开关都是通过命令字符控制的，不用
为布线而烦恼，还可以进行模拟演示，调试方便简单成本低，可多次利用，这凸显出了单片机学习的重要性和我所学专业联系紧密。
（3）现在很多企业都在强调机电一体化，而说到“电”就必须学好单片机，即使没有学好也要对其有个了解，不至于工作以后连单片机长什么样都不知道，而且学好单片机对于我来说掌握好先进的专业技术知识、获得实用的职业技能、拓宽自己的就业面、增强就业竞争力具有重要的意义。
通过将近一个学期的学习我首先先简单介绍一下什么是单片机。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展
到现在的32位300M的高速单片机。现在随着科学技术的发展单片机在很多方面，通过网上查阅资料我从汽车、数控机床以及机器人三方面做一下介绍。
1.单片机在汽车中的应用
目前 在进口汽车和部分国产汽车上已广泛使用各种单片机控以及报警检测系统,涉及发动机控制、安全防护及车内环境等很多方面。如电脑防盗安全报警系统、燃油喷射系统、汽车导行定位系统、电子安全防滑系统及防抱死系统、电脑安全气囊系统、电脑控制悬架系统、汽车电子地图、电子自动行驶系统、汽车自诊断系统、电控制自动变速器、声音警告系统、车门控制系统、旅行指导 系统和微电脑空调系统等。
单点式燃油喷射系统:系统 组 成 如下:I/ 0 板、C P U 板、A / D 转换器、8 k R O M、2kE P R O M、2 5 6 kR A M、E C U。输人信 号有进气歧管绝对力、气压力、冷却水温、混合器温度、节流角度和电源电压等信号,经 A /D转换后送入计算机,最初的数字化输人信号包括分电器基准信号,点火开关、节流阀开关、空调 离合器电源开关 等信号。输出信号有喷射阀驱动信号,点火正时控制信号,废气再循环控制信号和怠速控信 号等。汽车不仅仅应用单片机,还促进单片机技术的发展,ZIC技术就是首先应用在德国某型轿车,随后得到广泛应用。
2.单片机在数控机床中的应用
数控车床又称为CNC（Computer Numerical）车床，即用计算机数字控制的车床。卧式车床是靠手工操作机床来完成各种切削加工，而数控车床是将编制好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床X、Z坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件。因此，数控车床是目前使用较为广泛的数控机床。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲
信号转化为角位移的电磁装置.步进电动机的向位移与输入脉冲个数成正比,在时间上与输入脉冲同步, 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。因此,只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕阻通电顺序,便可获得所需的转速及转动方向.无脉冲输入时,在绕阻电源激励下,气隙磁场能使转子保持原有位置而处于自锁状态.步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
传统的步进控制器线路复杂，成本高，用单片机控制步进电机时，可由单片机硬件和软件代替上述步进控制器。不仅简化了线路，降低了成本，面且可靠性大大提高，并能根据系统需要灵活改变步进电机的控制方案，使用起来更为方便。步进电动机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电动机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。
3.单片机在机器人中的应用
机器人是电子技术和经典的机械学结合的产物。从应用环境出发可将机器人分为两大类:即工业机器人和特种机器人。按国际机
器人联合会的定义，所谓工业机器人是指用于制造环境下，具有自动控制的、可编程的、多用途的三轴以上的操作型机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的，用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。包括服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。并把遥控机器人和上述特种机器人称为高级机器人，主要是指具有一定程度感知、思维及作业的机器人。
单片机技术作为自动控制技术的核心之一, 被广泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品、家用电器等领域。随着微电子技术的迅速发展, 单片机功能也越来越强大,在机器人的设计中单片机技术、红外技术完成智能机器人控制系统设计的基础。智能机器人研究在当前机器人研究领域具有十分突出的地位, 其显著的特点是具有环境感知、判断决策、人机交互等功能。现在智能机器人系统主要实现了步行、跟踪、避障、步伐调整、语音、声控、液晶显示, 地面探测等功能。在遇到外界条件发生变化时, 该机器人将采取
不同的措施对待, 较好地表现出该机器人的思考能力。通过单片机来实现不同的工作。
总结
单片机课程是一门实用性很强的课程，也是机械制造及自动化专业一门重要的专业课，单片机已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，单片机课程本身来说，它是一门涵盖广泛的知识点、内部逻辑结构复杂、系统性强的课程，这就我们有较高的抽象思维能力，要求我们能在掌握 51 系统硬件总体结构的基础上，理解各个部件之间的相互协调运作关系，并对各部分进行编程，这样才能从根本上掌握单片机的基本知识。作为一名机械的学生应该学好单片机，努力实现机电一体化，与本专业密切结合和注重实践环节，在今后实验过程中培养自己的动手能力和创新能力。
【参考文献】
[1]何立民.单片机高级教程应用与设计[M].北京航天航空大学出版社，2007.[2]李刚民.单片机原理及实用技术 [M].高等教育出版社，2008.[3]李全利.单片机原理及应用技术[M].北京:高等教育出版社，2004
[4]何立民.M C S一15系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社.2009
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