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微控制器應用
微控制器應用
在本文中，我們將介紹最常見的微控制器應用程序，并提供在不同應用程序中微控制器用法的示例。有各種類型的微控制器芯片，在特定應用和場景中，某些芯片比其他芯片更受青睞。
微控制器（μC）是具有內部外圍設備和接口的單個微計算機芯片。要了解微控制器的歷史，我們必須了解基礎知識，這些基礎知識導致了微控制器的發展。金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）的發展可以追溯到1959-60年，在微控制器的起源中起著至關重要的作用。另一個重大發展是在同年由Atalla提出的集成電路概念的引入。隨著時間的流逝，如摩爾定律所預測的，MOS晶體管的密度不斷增加。
英特爾公司于1971年開發了第一個微控制器，稱為i4004。經過最初的開發，具有更多功能和內存的更高級版本被開發出來，被稱為16位8086微控制器。所有這些發展為開發具有更多控制和功能的微控制器（如AVR）提供了更高級的版本。
單片機概述
經過多年的發展，如今各種類型的微控制器都可用。微控制器是一種壓縮計算機，可以用來控制我們日常生活中的各種組件和設備。可以根據最多128位的不同字長對微控制器進行分類。這些應用程序還包括物聯網，機動車輛，家用電器，機器人設備和辦公設備。
微控制器的結構允許用戶完全控制特定的應用程序。用戶可以使用微控制器使小型系統自動化。微控制器具有完整的控制設備，因為它具有處理器，外圍設備和用于處理數據存儲的存儲器。因此，可以肯定地說，任何必須處理一些信息，存儲獲取和處理的數據并顯示計算出的信息的產品都可以具有微控制器芯片。微控制器的基本結構/組件為：
中央處理器（CPU）
所有微控制器都有一個稱為中央處理器（CPU）的大腦。任何CPU的任務都是獲取要執行的指令，對其進行分析并執行所需的任務。在微控制器中，CPU會從程序存儲器中提取指令，并執行所需的任務，然后，CPU移動以獲取下一條指令。
記憶
微控制器具有內置存儲器，形式為閃存，ROM和RAM。這些存儲器用于存儲程序代碼和來自IO端口的數據。不同的微控制器具有不同的存儲器大小，這限制了微控制器在不同應用中的使用。
IO端口
輸入/輸出（IO）端口用于從傳感器，用戶輸入等外部源獲取數據，并控制LED，LCD，打印機，電動機，繼電器等外部設備。
串行通訊端口
微控制器中使用的串行端口非常有用，因為它在不同設備之間提供了非常重要的接口。微控制器具有不同類型的串行通信接口，包括UART，SPI和I2C。
計時器
定時器是微控制器的重要因素。計時器有兩種使用方式：（i）作為產生脈沖的計時器和時鐘信號，以及（ii）作為用于對外部事件進行計數的計數器。定時器的工作也與頻率有關，因為它在微控制器的時鐘上工作。
ADC和DAC接口
模數轉換器（ADC）可用于測量來自傳感器的模擬信號。數據以模擬形式讀取，然后使用微控制器的ADC功能轉換為數字。數模轉換器（ADC）與ADC相反，后者將數字數據轉換為模擬形式以驅動模擬設備。
中斷控制
中斷用于確保微控制器的有效工作。中斷有助于微控制器不等待特定信號并按常規例行任務。當該信號到達時，將調用一個中斷例程，然后在執行該例程后，程序將返回其原始狀態。中斷可以是外部的也可以是內部的。
單片機應用
微控制器可以用于許多應用程序中，包括簡單的應用程序（例如控制基本設備）到高級應用程序（從設備獲取反饋并根據反饋執行操作）。這里討論了一些微控制器應用：
計數操作順序
最早的微控制器應用之一是序列計數器。微控制器具有一個稱為“計時器”的特殊功能，可用于對操作序列進行計數。微控制器還可以根據出現的次數來決定任何操作。這可以用圖1來說明。在此圖中，我們假設一個“檢測器”，當有人穿過門時，它會發送一個從低到高的脈沖。控制器（使用時間功能）計算通過登機口的人數。當特定人數的人通過大門時，蜂鳴器將被激活。
圖1：計數操作順序的圖示
產生特定頻率的信號
在實際應用中，有些過程可能需要單獨的時鐘才能工作。在此應用中，微控制器可以以預定義的頻率運行，這在某些應用中可能根本無濟于事。因此，微控制器提供了一種使用“定時器”在輸出端生成時鐘脈沖的功能。該時鐘脈沖可以為1Hz或更高。在圖2的圖示中，微控制器產生三個不同的時鐘信號，以驅動三個不同的過程。
圖2：生成不同時鐘脈沖的圖示
TTL設備支持處理器
通常，傳感器無法與以TTL級別運行的設備（例如個人計算機（PC））接口。因此，在此應用程序中，微控制器為計算機提供了支持。模擬或數字傳感器都與微控制器連接。解釋了從傳感器接收到的數據后，就會通過串行通信接口將其發送到計算機。要記住的重要一點是，微控制器在CMOS級別工作，而計算機在TTL下工作。因此，要在兩種類型的設備之間傳輸數據，需要一個電平轉換器來實現。圖3中顯示了一個示例圖，其中從傳感器讀取數據，并在進行初始處理后將其發送到計算機。
圖3：從傳感器獲取數據并將信息發送到計算機的圖示
控制交流設備
借助繼電器，微控制器提供了一種控制交流設備的簡便方法。如前所示，這是一個稍微復雜的微控制器應用程序。一個簡單的交流控制電路如圖4所示，其中的燈泡可以用任何交流設備代替（通過更換正確的繼電器）。微控制器只是向繼電器發送一個直流信號，從而改變其開關的位置，而在繼電器的另一端，則連接了交流設備，可以根據接觸開關的位置來打開/關閉交流設備。這是最簡單的圖示，但是使用適當額定值的繼電器，就可以使用微控制器控制交流設備。
圖4：如何使用微控制器控制交流設備的圖示
微波控制–實時微控制器應用
微控制器還可以用于控制不同的設備，例如微波爐。如圖5所示，微控制器可用于從用戶處獲取輸入以設置時間，啟動和停止操作。另一方面，它可以在7段顯示器上顯示狀態，可以使用繼電器操作轉盤和燈。
圖5：實際應用的圖示，其中可以使用微控制器控制微波爐
感光控制裝置
如前所述，微控制器用于讀取傳感器讀數。因此，我們可以連接光傳感器，以便檢測光強度并自動控制路燈等設備。這也有助于節省電力，因為白天絕不會打開燈。
溫度傳感與控制裝置
使用傳感器的另一種微控制器應用可能是需要溫度控制的設備，例如空調。該微控制器可用于測量當前溫度，并且根據溫度值，可以打開或關閉相應的設備。
火災探測報警到控制室
發生火災時，微控制器可以發揮重要作用，以迅速采取行動。微控制器可以使用熱量和煙霧傳感器檢測火情。可以使用Wi-Fi，移動網絡將微控制器直接與消防部門控制室鏈接。這樣，可以使消防部門的響應時間最小化，并可以減少損壞。
數據通訊
數據通信是使用多個設備的任何系統的重要組成部分。微控制器具有多種協議來傳輸和接收數據，包括串行通信，SPI，I2C。后者有助于在多個設備之間進行通信，這使微控制器成為設備中通信的更好選擇。
速度計和自動制動
眾所周知，汽車正在向自動駕駛汽車發展。微控制器可以用于多個目的，速度計和自動制動。超聲波傳感器可以用來檢測汽車的速度，而自動制動算法也可以基于超聲波傳感器來開發。