研究方向，直奔电子产品的大脑

郭晓华

我是西北工业大学研三的学生。本科读计算机时，我就有想法将来创业，于是考研就选了当时大热的电子信息工程，希望以后可以从事自己感兴趣的监控系统的研发。当时自己信心满满的，想着好歹计算机和电子技术是本家，但是接触了才发现，电子信息技术更加注重创造性和应用性，本科的那些理论学习似乎并不能给我带来太大的优势。

没入门，先设计

研一入学没多久，导师就要求所有研究生新生参加学校的电子设计竞赛，每人有一个半月的准备时间。“还没入门呢，马上就要我们做设计？”不少同学都傻了眼，我也是完全摸不着方向，但导师说比赛必须要参加！

在百般无奈又不愿服输的“大男子主义”胁迫下，我找了许多电子类的行业杂志，发现了个电话控制方面的小作品，它能通过电话远程控制其他家电的开关。这一下提起了我的兴趣，如果有了这个控制器，就能远程控制电饭煲，回到家就能吃上热乎乎的晚饭了。

我仔细研究了原理图中的元件型号，理解了它们的特性与功能后，就准备去电子市场上买元件自己动手做一个。花了六七十块钱买了一堆的电容、三极管等其他零配件后，我借鉴着书上的原理图把所有的元件一一焊接了起来。当我进行调试时，又看到网上有不少人反映说，如果在家人不知情的情况下使用远程控制功能，有时可能会造成一定的恐慌。于是，我又在设计中增加了一个程序，在有电话指示进入时，电话远程控制器顶端就会有一盏小灯在来电期间保持闪烁，这样一来，家人看到了信号灯就知道是电话控制电器运转了。

看着倾注了不少心血的第一个作品，当时的我还颇有成就感。然而递交了参赛申请不过3天，兴奋的心情就全没了，申请书被驳了回来。导师说，这个设计老早就有了，你得有创新！可是怎么才能创新？时间紧迫我又能做什么呢？无奈之下，我只好去找导师。没想到导师对我说：“你可以到我的实验室里来，刚好你的师兄师姐在准备毕业设计，你先跟着他们学习学习吧！”

实验室里有个师姐做的课题是两种设备间的激光通信，我在旁边看着她一会儿焊电路，一会儿写程序，虽不知道她具体在设计些什么。但我始终记得那次看到师姐在编完几句程序，按下回车后的情景，只见一道激光穿过眼前，另一台电脑上就出现了整屏滚动的数据，这是电影里才有的吧！实在是太神奇了。

前前后后在实验室跟了一个月，我对于激光通信的硬件部分总算是有了基本的了解。依托师姐的课题，我幸运地赶上了比赛的末班车。不知是不是因为我是新生，作品又是一个比较完整的系统，基本没什么漏洞，我最终还得了个优秀参与奖。

单片机是“大脑”

其实这个奖项没有让我有多兴奋，倒是师姐的研究让我对电子信息技术有了很大的兴趣。我决定深入研究下去，首要的任务就是要选择一个研究方向。

一次听学长们说，学电子的如果学会了单片机、C语言、DSP，那么前途必定是一片光明。单片机相当于电子产品的大脑，如果这个核心控制器件失灵的话，那么家里的电冰箱、微波炉、电视、空调等电子产品恐怕都要变成废品了。于是我果断地将研究方向定在了单片机上。

单片机重视动手实践，但是必须先对单片机的各个功能寄存器有个大致的了解。单片机的原理就是用软件去控制各个功能寄存器，通过控制各种管脚的电平功率来控制系统板，实现我们需要的各个功能。于是，我买来《新编MCS-51单片机应用设计》每天看。看书不难，但是当要应用到硬件系统中时，我却发现没有实践机会就只能原地打转，于是，我省下一个月的钱从网上买了单片机学习板，开始边查书边上手操作。

知道了调试软件的操作方法后，我的第一个实验是流水灯实验。MCS-51系列单片机有四组8位并行I/O口，每组I/O口内部都有8位数据输入缓冲器、8位数据输出锁存器及数据输出驱动等电路。先画好电路图，在Proteus软件中放入所需的器件，设置参数，再利用Keil2软件编写相应的程序，最后回到Proteus仿真软件中进行仿真。当我看到8个流水灯按照我的意图开始“流动”的时候，那种成就感可比刚开始时仿制人家的作品大多了。接着，我一鼓作气又进行了更多的尝试：第1、3、5、7号灯半亮，其余灯全亮；第1个亮1/8，第2个亮2/8，第3个亮3/8，以此类推，到第8个全亮；所有灯逐渐从暗到亮，再从亮到暗；最难的是让8个灯从第一个开始依次渐亮，直到最后一个，再从最后一个起渐暗，直到第一个。如此循环往复。当最后的实验效果出来的时候，我宿舍的兄弟也惊呆了：“还有这么漂亮的流水灯啊！”

就这样，流水灯、数码管、独立键盘、矩阵键盘、AD或DA、液晶、蜂鸣器……我每天早上八点不到就到实验室了。除了上课之外，其他时间都泡在里面，各种实验让我忙得不亦乐乎，一直到晚上十点多看楼的大爷敲门催了，我才依依不舍地离开。

高强度的学习让我在研一暑假时就做出了第一个独立的单片机作品——自动报时电子钟。一般电子钟的原理是主电路系统每60秒发出一个信号进行分计数，每60分钟发出一个信号作为时计数。而我在这个基础上又加入了报时和其他一系列优化程序，这样一来，电子钟不仅能够整点报时，还能自动校时了。导师对我的这个作品很满意：“你能把它做出来，说明你对单片机的掌握已经有80%了。”得到了导师的肯定，接下来的研究我也更有动力了。

总结这几年玩单片机的感受，我发现单片机对编程的综合性要求很高，编程工作在单片机应用中占的比重也很大，因此不少人在学单片机之前会下很大的功夫在学汇编语言上。但是以我的经验，如果你是学过C语言的，不妨直接用C语言为单片机编程，这样既省时间学起来又容易上手。

越学越觉得深不可测

初尝实验的甜头后，我开始关注各种电子设计的实践机会。研二时，我参加了一个空中机器人大赛。空中机器人是指能够在空中自由飞行的飞行器，包括固定翼无人飞行器、旋翼无人飞行器、无人飞艇等。我参与的是旋翼无人飞行器小组的比赛，由于我是新手，被导师分到已参加过两届比赛的师兄团队，主要负责伺服控制。

空中机器人主要是由飞行器载体、飞行控制计算机、惯性导航系统（INS）、伺服信号处理系统（SERVO BOARD）和地面站5个主要部分组成，空中机器人伺服电机运动控制的好坏决定了空中机器人飞行状况的好坏，因此伺服电机的控制是此次设计应用过程中最重要的一环。

PWM信号的采集与发送都是通过单片机控制Intel8254来实现的，我单片机玩得顺手，觉得信号系统设计也应该不在话下，便自告奋勇接下了这个任务。由于每片8254只有3路计数通道，而伺服信号处理系统的PWM采集需要6路计数通道，我想当然就认为两片8254就可以实现PWM的采集。

不料师兄一看我的报告就笑了：“你这个新手还是没经验，你虽然考虑了PWM的信号采集，但是，信号系统的信号采集通道和信号发送通道不能共用一条技术通道。PWM的产生和发送需要5路技术通道，你必须要保证实现5路PWM控制信号的同步输出，以及6路PWM控制信号的精确读取才行。”在师兄的指点下，我最终利用Atmega162L高速单片机和Intel8254计数器芯片，通过232串口与上位飞行控制计算机（人可以直接发出操控命令的计算机）通信，实现了上位机产生的控制信号对伺服电机的自动控制。最终，这项设计在空中机器人的整体制作中得到了充分的应用，我们的作品也拿到了第二名的好成绩。

这次比赛涉及到的知识领域很广，无论是遥控器、远程无线数据传输、远程微波图像传输、还是惯性导航、飞行器制造技术，都让我觉得电子领域真的是“深不可测”。在整个参赛过程中，不管是成功还是失败，每一次学到新知识都让我十分兴奋。我越来越发现电子设计是很件迷人的事情，当我编写的程序能按我的意愿实现时，比做什么事都开心，这也是电子信息工程独特的魅力吧。