單片機(jī)工業(yè)控制板的應(yīng)用

隨著單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)習(xí)單片機(jī)的門(mén)檻正變得越來(lái)越低，越來(lái)越多的電子愛(ài)好者加入學(xué)習(xí)、使用單片機(jī)的行列。目前，所有針對(duì)電子愛(ài)好者的期刊、報(bào)紙無(wú)一不把單片機(jī)作為一個(gè)重頭戲，每期都有大量文章；本網(wǎng)站的單片機(jī)教材，已被下載十余萬(wàn)次，愛(ài)好者學(xué)習(xí)單片機(jī)的熱情也可見(jiàn)一斑；網(wǎng)絡(luò)上各種廉價(jià)開(kāi)發(fā)工具也是層出不窮。然而隨著學(xué)習(xí)不斷深入，一個(gè)問(wèn)題卻開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)：很多人反映“我學(xué)習(xí)不少知識(shí)，書(shū)看了很多，實(shí)驗(yàn)也做了不少，按說(shuō)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也不少，可為什么我總不敢接項(xiàng)目呢，到底要學(xué)到什么時(shí)候才能真正的實(shí)戰(zhàn)呢？”。
　　這樣的苦衷是那些“正規(guī)軍”體會(huì)不到，或者說(shuō)是體會(huì)并不深刻的，但是作為一個(gè)自學(xué)者，作者卻完全能理解，因?yàn)楫?dāng)初自己也是這么非常艱難地一步一步走過(guò)來(lái)的。回想走過(guò)的路，除了自己不斷努力外，一些偶然因素也起了不小的作用，如果沒(méi)有這些偶然因素的存在，可能就中途退出了。
　　怎樣才能減少一個(gè)人成長(zhǎng)過(guò)程中偶然因素的作用，幫助盡可能多的愛(ài)好者再跨上一步，從學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)發(fā)者呢？還是讓我們來(lái)分析一下開(kāi)發(fā)者究竟需要什么樣的條件吧！除了要熟悉必要的單片機(jī)知識(shí)以外，還需要對(duì)所開(kāi)發(fā)對(duì)象的了解，知道自己要做的是什么東西，由于愛(ài)好者本身就工作于生產(chǎn)第一線，開(kāi)始時(shí)也不可能去接自己不熟悉的活來(lái)干，因此，對(duì)于專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)比較困難的問(wèn)題在這里并不突出；需要對(duì)市場(chǎng)的熟悉，知道所需要用的器件可以在什么地方可以買(mǎi)到，這一點(diǎn)通過(guò)多跑市場(chǎng)，當(dāng)然也并不難做到；當(dāng)然還有其他的一些條件，仔細(xì)分析都是可以做到的，但作為一個(gè)開(kāi)發(fā)者至少還需要一樣?xùn)|西：信心，包括自己的信心和別人對(duì)你的信心，信心不能從學(xué)習(xí)得到，做項(xiàng)目不是考試，你能把單片機(jī)書(shū)上的題全做對(duì)也沒(méi)用，把所有的單片機(jī)書(shū)都倒背如流也沒(méi)用。唯一的方法就是：做，而且成功。不管是自己的信心還是別人對(duì)你的信心，就像是儲(chǔ)蓄罐里的錢(qián)，每一次成功都是向里加錢(qián)，而每一次失敗都是從里面取錢(qián)。于是愛(ài)好者就面臨著一個(gè)兩難的選擇：當(dāng)儲(chǔ)蓄罐還是零的時(shí)候，做，不一定能成功，萬(wàn)一做砸了，就透支了，不做，永遠(yuǎn)也不能增加。
　　如何來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題？作為過(guò)來(lái)人，我們能不能為愛(ài)好者找到一條途徑，讓他們一定成功，不會(huì)失敗呢？至少第一次不要失敗！這是一個(gè)非常美好的愿望，可惜答案卻是殘酷的：我們做不到！可是，真的就一點(diǎn)辦法也沒(méi)有了嗎？就只能聽(tīng)之任之嗎？我認(rèn)為，雖然我們不能保證每一個(gè)學(xué)習(xí)者都能一定成功，但的確可以做一些事，增加成功的概率。
　　從技術(shù)的角度來(lái)看，單片機(jī)開(kāi)發(fā)無(wú)非分成軟件、硬件兩部分，如果設(shè)法解決掉其中的一部分，留下的另一部分當(dāng)然就容易了。從一些廣告中不難發(fā)現(xiàn)端倪，有一些廠商在仿真機(jī)、編程器之后力推開(kāi)發(fā)板，其目的就是要讓開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)過(guò)程中盡量少做硬件的工作，甚至不需要做硬件開(kāi)發(fā)工作。這些板通常力求全面，功能很多，設(shè)計(jì)者意圖很明確：我把所有的功能都做上，你要用哪塊就用哪塊吧，價(jià)格貴點(diǎn)也沒(méi)關(guān)系，反正做個(gè)項(xiàng)目也不再乎多那幾個(gè)錢(qián)的。不能說(shuō)這種想法不對(duì)，但是對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)并不適宜，很多人并不富裕，花個(gè)大價(jià)錢(qián)卻只用到整個(gè)板的幾分之一甚至十幾分之一的功能，怎么都覺(jué)得心痛！與成熟的開(kāi)發(fā)者不同，很多愛(ài)好者的第一個(gè)項(xiàng)目根本賺不到錢(qián)，甚至是自己貼錢(qián)在做。另外還有很重要的一點(diǎn)，如此強(qiáng)大功能的板子，目標(biāo)性反而變得不明確，什么地方都可以用，從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)也是什么地方也不能用。就像一個(gè)小孩子，你給他一萬(wàn)塊錢(qián)可能還不如給他一塊錢(qián)更有價(jià)值。
　　那么，究竟什么是簡(jiǎn)單的，可行的呢？
　　我們認(rèn)為，工業(yè)控制是大有可為的領(lǐng)域之一。去各種各樣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)看一看，幾乎沒(méi)有什么地方看不到工業(yè)自動(dòng)化控制的設(shè)備。在這些設(shè)備中，往往大量應(yīng)用PLC，從編程的角度來(lái)看，這些PLC所要完成的功能非常簡(jiǎn)單，如果用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，那是輕而易舉的。如果一定要做一個(gè)明確的說(shuō)明的話，可以這么說(shuō)：可能只要幾十個(gè)字節(jié)的程序量就能完成那些PLC所要完成的功能。如果你了解這臺(tái)機(jī)器的工作流程或者你就是這樣一臺(tái)機(jī)器的操作者，又略懂一些單片機(jī)，那么這樣的程序完全可以寫(xiě)出來(lái)。可是，那里沒(méi)有用到單片機(jī)，而是用的PLC，為什么呢？關(guān)鍵在于可靠性！工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的苛刻要求，不要說(shuō)是初學(xué)者，就是富有經(jīng)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)者，往往也覺(jué)得頭痛。一臺(tái)設(shè)備數(shù)十萬(wàn)或更貴，設(shè)計(jì)者當(dāng)然不愿意承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)去用單片機(jī)控制板，而是寧愿先用貴一些的PLC。但PLC畢竟是昂貴的，如果有把握用單片機(jī)控制板來(lái)替代，肯定會(huì)有市場(chǎng)，關(guān)鍵在于你要有把握。可是把握從何而來(lái)？
　　單片機(jī)工業(yè)控制板就是為這樣的應(yīng)用而度身定做的。作者長(zhǎng)期以來(lái)一直在做著工業(yè)控制方式的工作，在工作中我們發(fā)現(xiàn)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)很難發(fā)現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)單片機(jī)設(shè)備的蹤影，尤其是介入控制部分的，幾乎都是國(guó)外的產(chǎn)品一統(tǒng)天下。我們?cè)谧鰱|西的過(guò)程中，也是酸甜苦辣各種滋味都嘗到，摸爬滾打，滿身傷痕，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索，逐漸掌握了一些規(guī)律，在解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重、單片機(jī)系統(tǒng)工作不可靠的問(wèn)題上有了一些經(jīng)驗(yàn)，所做的一些產(chǎn)品、系統(tǒng)都能可靠地運(yùn)行于各種工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。我們認(rèn)為，要能夠做好工控產(chǎn)品，關(guān)鍵是對(duì)控制對(duì)象的理解，指望有什么技術(shù)可以一勞永逸解決所有問(wèn)題是不現(xiàn)實(shí)的，也是開(kāi)發(fā)者不成熟的標(biāo)志。舉例來(lái)說(shuō)，如果你設(shè)計(jì)一臺(tái)測(cè)重儀器，那么你事先一定要知道這臺(tái)儀器的測(cè)量范圍是多少，測(cè)量精度有多高，連續(xù)測(cè)量的速度有什么要求等等，如果在做儀器之前的想法是：范圍越大越好，精度越高越好，速度越快越好。那么可以說(shuō)你這臺(tái)儀器一定做不成功！除了你拿它來(lái)評(píng)獎(jiǎng)有用之外，不會(huì)有實(shí)用價(jià)值，更不會(huì)有商業(yè)價(jià)值。這一點(diǎn)并不難理解，同樣，工業(yè)品的抗干擾處理也是如此，如果你說(shuō)：抗干擾能力越強(qiáng)越好，什么樣的干擾都能抗最好。那意味著你對(duì)所要控制的對(duì)象，即將面對(duì)的干擾源認(rèn)識(shí)還不足，你很難做好項(xiàng)目，或者要為此付出極大的代價(jià)。但是，要對(duì)所遇到的干擾源有充分的認(rèn)識(shí)，談何容易！這個(gè)東西看不到摸不著，很難抓住，至于各種報(bào)刊、雜志甚至專(zhuān)業(yè)書(shū)籍上的說(shuō)法，也都言之不詳，泛泛而談，未涉及到深入的原因，所建議采取的措施往往難以有效實(shí)施。舉例來(lái)說(shuō)，很多書(shū)上要求電源一定要好，但怎么個(gè)好法呢？都不詳說(shuō)，或者是要求采用所謂的凈化電源供電，根本不現(xiàn)實(shí)。一臺(tái)儀器總共才能賣(mài)到200~300元，卻要為它配個(gè)凈化電源，頭重腳輕了。又如，印板設(shè)計(jì)很重要，一定要設(shè)計(jì)好，可是究竟如何才算好，卻不再多談，只是羅列一些注意事項(xiàng)，當(dāng)這些注意事項(xiàng)不能完全被滿足時(shí)，究竟按什么要求取舍，不得而知。當(dāng)然，能否看得懂這些設(shè)計(jì)原則還和各人的基礎(chǔ)知識(shí)有關(guān)，和各人的經(jīng)歷有關(guān)。
　　在我們的工作中，我們掌握了一些規(guī)律，希望能幫助愛(ài)好者進(jìn)入這一領(lǐng)域，為此，我們借助“平臺(tái)”這一概念，用我們掌握的知識(shí)，為大家搭建一個(gè)小小的平臺(tái)，一個(gè)硬件平臺(tái)，一個(gè)硬件抗干擾能力過(guò)關(guān)的平臺(tái)。借助于這個(gè)平臺(tái)，愛(ài)好者可以充分發(fā)揮你的聰明才智，將它應(yīng)用到你的工作中去，為你的工作服務(wù)。和其他同類(lèi)品相比，該平臺(tái)主要有這樣的一些特點(diǎn)：
　　1. 定位準(zhǔn)確　應(yīng)用目標(biāo)鎖定在工業(yè)控制，需要的人就去用，不需要的人不必為此花錢(qián)，便于愛(ài)好者選擇。
　　2. 經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)　不僅所采用的是經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的成熟技術(shù)，而且所面向的是經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的有前途的行業(yè)，這一點(diǎn)很重要；
　　3. 開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單　所做的就是開(kāi)關(guān)量控制，不涉及模擬量，不用到復(fù)雜的測(cè)量、顯示等技術(shù)，只提供一個(gè)顯示模塊作為選用件，為使用者限制了應(yīng)用范圍。開(kāi)關(guān)量控制的編程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是其應(yīng)用范圍卻極廣，如果能把這一塊做好，就能找到發(fā)揮自己能力的舞臺(tái)。
　　我們認(rèn)為，單片機(jī)用于工業(yè)設(shè)備控制的條件已成熟，具體有這樣的一些表現(xiàn)：
　　1． 單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具日益成熟
　　目前，手提電腦的價(jià)格已日漸平民化，二手手提電腦的價(jià)格更低，因此，將手提電腦帶到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)已不再是奢望。優(yōu)秀的單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件如Keil的出現(xiàn)使得 “軟件仿真＋寫(xiě)片驗(yàn)證”成為一種重要的開(kāi)發(fā)方式。
　　2．單片機(jī)的新特性也為其工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用創(chuàng)造了條件
　　目前，單片機(jī)的品種不斷增加，新的單片機(jī)加入了很多新特性，如內(nèi)部RAM、Flash Rom的增加等，為高級(jí)語(yǔ)言的普遍使用創(chuàng)造了條件；幾乎都有ISP（在線編程）的功能，便于采用“軟件仿真＋寫(xiě)片驗(yàn)證”的開(kāi)發(fā)方式，一條下載線即可解決問(wèn)題；采用SST系列單片機(jī)更可實(shí)現(xiàn)在板仿真功能。
　　3． 一線工人素質(zhì)不斷提高
　　很多一線工人有中職、中專(zhuān)、大專(zhuān)甚至本科學(xué)歷，計(jì)算機(jī)的操作不成問(wèn)題，有一些在學(xué)校中就學(xué)過(guò)一至二門(mén)的高級(jí)語(yǔ)言，甚至就學(xué)過(guò)C語(yǔ)言，因此，在掌握單片機(jī)的初步知識(shí)后，學(xué)習(xí)C語(yǔ)言編程不成為障礙。
　　4．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的普及也使得單片機(jī)開(kāi)發(fā)更容易
　　近年來(lái)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）逐漸普及，加之單片機(jī)硬件價(jià)格的下降，使用操作系統(tǒng)編程不再是夢(mèng)想。由于操作系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)專(zhuān)家編寫(xiě)，并經(jīng)市場(chǎng)驗(yàn)證，因此，

其性能是完全可以得到保證的，借助于操作系統(tǒng)編程，可使程序更易寫(xiě)，并能得到更高的可靠性。以下舉一個(gè)例子，看一看使用操作系統(tǒng)編程是如何的方便。
　　例如：某電路P1口接有8個(gè)LED，要求P1.0所接LED每秒亮、滅各1次，P1.1所接LED每秒亮、滅5次。
　　用Keil所帶的Rtx51Tiny操作系統(tǒng)編程，非常簡(jiǎn)單，源程序如下：
#include //使用rtx51必須加上該頭文件
#include "reg52.h"
sbit P1_0=P1^0;
sbit P1_1=P1^1;
//以上第一部份，變量定義
job0 () _task_ 0 {
os_create_task (1); /* 創(chuàng)建任務(wù) 1 */
os_create_task (2); /* 創(chuàng)建任務(wù)2 */
os_delete_task (0);/*刪除任務(wù)0 */
}
job1 () _task_ 1 { //任務(wù)1
while (1) {
P1_0=!P1_0;
os_wait&nb