硬件型号:STM32F103

 

系统版本:控制系统

 

原理

单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。

单片机自动完成赋予它的任务的过程,也就是单片机执行程序的过程,即一条条执行的指令的过程,所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来,这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的,一条指令对应着一种基本操作;单片机所能执行的全部指令,就是该单片机的指令系统,不同种类的单片机,其指令系统亦不同。

为使单片机能自动完成某一特定任务,必须把要解决的问题编成一系列指令(这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令),这一系列指令的集合就成为程序,程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。存储器由许多存储单元(最小的存储单位)组成,就像大楼房有许多房间组成一样,指令就存放在这些单元里,单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样,每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号,该地址号称为存储单元的地址,这样只要知道了存储单元的地址,就可以找到这个存储单元,其中存储的指令就可以被取出,然后再被执行。

程序通常是顺序执行的,所以程序中的指令也是一条条顺序存放的,单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行,必须有一个部件能追踪指令所在的地址,这一部件就是程序计数器PC(包含在CPU中),在开始执行程序时,给PC赋以程序中第一条指令所在的地址,然后取得每一条要执行的命令,PC在中的内容就会自动增加,增加量由本条指令长度决定,可能是1、2或3,以指向下一条指令的起始地址,保证指令顺序执行。

应用

1、节能控制

由于智能电子设备可能会被经常携带外出,因此对这些设备的能耗要求是非常高的,所以经常会设计一些节能控制模块,从而提高智能电子设备的待机时长。单片机技术在节能控制中的应用主要分为以下几个方面:第一,智能电子设备在外出状态下,大部分是处于轻负载的模式,这时候就需要通过节能控制,确保其基础功能的前提下,进一步降低电量的消耗。单片机通过对智能电子设备中数据的收集,可以大致推断当前设备处于较低的负载,这时可以降低电压及电流的输出,达到节能的目的;第二,单片机可以控制能耗的节奏,例如:在小米手环中,收集人体的心率、睡眠和运动步数等数字,这些数字收集后会在本地进行存储,然后以分钟级的频率进行上报;信息未上报时,设备处于低能耗的状态,信息上报时,会出现一些网络传输方面的消耗,单片机可以控制能耗的节奏,将手环的大部分时间控制在低能耗的状态下,可以使得待机时间长达七十二小时以上。 

2、智能语音设备

为了更好地提高智能电子设备的智能性,可以允许人类通过简单的语言进行控制,实现语音人机交互的目的。目前,语音处理芯片已经开发完成,并开始运用到智能电子设备中。单片机在智能语音设备中的应用,主要分为以下两个部分:第一,软件设置方面,由于单片机可以通过编程的方式,处理一些业务逻辑,因此就能够对智能语音处理过程进行操作。例如:在导航智能电子设备中,可以将其中的一些道路名称、距离等进行提取,然后进行播报;同时,还可以选择不同的名人口吻进行播报,真正实现智能化的定制操作,更好地满足用户的需求;第二,硬件设计方面,由于智能语音设备对资源的消耗比较大,因此为了更好地延长产品的待机时间,会使用单片机技术动态控制产品的功率,进一步降低对电量的消耗。同时,还可以通过单片机技术,提高硬件的响应时间,进一步提高用户的体验。

3、报警控制

对于部分电子设备来讲,会拥有自动报警的设置,报警控制也是单片机技术经常使用的领域,主要体现在以下几个方面:第一,对于一些自动报警装置来讲,例如:家里经常使用的火灾报警器,就是在外界环境达到一定条件下开启智能报警的设备,如果室内的烟雾浓度到达某种水平,或者是收集外界的数据达到某种状态时,就会自动触发报警设置,从而实现智能报警的功能;第二,对于一些智能电子设备来讲,如果外在环境超过设备的工作环境范围时,或者是设备存在一些异常情况时,就会触发自身的报警机制,让用户能够及时了解设备的运作详情,并且根据报警信息提供解决方案。例如:在一些工厂中,经常会安装一些设备,对工厂的生产环境进行监控,当出现某些异常数据时,就会发生报警,为确保设备的正常运作,设备维护人员需要及时进行处理,避免产生较大的故障。

4、医疗设备

随着医疗设备技术的不断提升,单片机开始在医疗设备中进行广泛的应用,主要体现在:第一,对病人的身体特征数据进行智能监控,可以将一些医疗设备安装在病人身上,并对其身体的数据进行收集,然后与后台的控制系统进行交互,如果发现病人的身体特征异常时,会及时产生报警。例如:部分医疗设备可以针对病人的心跳、脉搏、血压等进行监控,如果发现异常会及时呼叫医生进行处理;第二,在手术过程中,也会使用一些智能电子设备,例如:部分手术需要进入病人的体内进行,在避免开刀的情况下,可以通过控制智能设备完成手术的过程,进一步降低病人的痛苦,提高病人身体恢复的速度;第三,智能体检数据分析设备,可以将用户的体检数据录入进去,然后输入到分析设备后,通过与正常数据的对比,及时对用户的身体疾病进行预测和诊断。随着我国医疗技术水平的不断提高,单片机技术的应用变得越来越广泛,提高了医疗技术水平,更好地维护病人的健康。

单片机原理及应用

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