電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用及開發(fā)研究

楊友根

（江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212134）

電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用及開發(fā)研究

楊友根

（江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212134）

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的顯著提升，以及國民經(jīng)濟(jì)的快速崛起，電子技術(shù)也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在這一過程中，離不開嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。單片機(jī)作為嵌入式系統(tǒng)的典型代表，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、居民生活的方方面面，極大地滿足了人們多元化的社會(huì)需求，推動(dòng)著我國科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步提升。文章就單片機(jī)的含義、特點(diǎn)進(jìn)行了簡要分析，重點(diǎn)就單片機(jī)在現(xiàn)代化電子技術(shù)中的應(yīng)用及開發(fā)進(jìn)行分析和探討，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)人員或有關(guān)部門提供一點(diǎn)幫助。

單片機(jī)；電子技術(shù)；存儲(chǔ)器

作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，單片機(jī)近年來在社會(huì)各領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣，汽車電子、儀表、家電、自動(dòng)化設(shè)備等領(lǐng)域都廣泛地應(yīng)用了單片機(jī)。與其他的嵌入式系統(tǒng)不同，單片機(jī)有著更加小巧的體積、更高的集成性和可靠性，并且功耗相對(duì)來說更低、控制能力極強(qiáng)、擴(kuò)展容易，為便攜式產(chǎn)品的制造創(chuàng)造了諸多有利條件。運(yùn)算器、控制器和存儲(chǔ)器共同組成了單片機(jī)，作為一種微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)有著極其強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能，在電子領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。單片機(jī)主要是依據(jù)設(shè)計(jì)人員發(fā)出的指令完成運(yùn)行，當(dāng)設(shè)計(jì)人員將指令編入系統(tǒng)后，單片機(jī)便會(huì)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的指令進(jìn)行操作，完成相應(yīng)的工作內(nèi)容。

1 單片機(jī)的運(yùn)行

目前，單片機(jī)這種嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在電子技術(shù)中的應(yīng)用十分普遍，這主要得益于單片機(jī)十分強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能，并且只能通過a累加器與隨機(jī)存取（random access memory，RAM）外存儲(chǔ)器發(fā)生聯(lián)系。所有想要傳遞給RAM外存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，都需要經(jīng)過a累加器的幫助才能有效完成，同樣，讀入RAM外存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)也要經(jīng)由a累加器。這一點(diǎn)完全不同于內(nèi)部RAM，內(nèi)部RAM無需通過a累加器，便能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與讀入[1]。

2 單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用

2.1 儀器儀表

信息時(shí)代的到來，使得社會(huì)生產(chǎn)與生活的智能化水平越來越高，而在儀表儀器領(lǐng)域，對(duì)于智能化的應(yīng)用也更加普遍，單片機(jī)作為一種智能化極高的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有體積小、集成性高等特點(diǎn)，這些強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)使其在儀表儀器領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，推動(dòng)著儀表儀器行業(yè)的飛速發(fā)展。將單片機(jī)應(yīng)用于儀表儀器，其強(qiáng)大的集成性能，不但使得設(shè)備的智能化水平和數(shù)字化水平得到了極大的提高，也在很大程度上使儀表儀器設(shè)備的測(cè)試功能、控制功能和處理功能顯著提升。例如，將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)等航空設(shè)備的儀表儀器中，能夠保證儀器具有更高的集成性和準(zhǔn)確性，最大限度避免事故發(fā)生，大大提高了航空設(shè)備中電子系統(tǒng)的智能化水平，確保信息能夠更加準(zhǔn)確、可靠、高效地傳遞[2]。

2.2 家電領(lǐng)域

事實(shí)上，單片機(jī)剛剛出現(xiàn)的時(shí)候，更多的是應(yīng)用于高精尖科研領(lǐng)域，但隨著科技水平的不斷提升，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，如今已普遍存在于日常生活中，例如微波爐、電視機(jī)等家用電器的控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)中，都有單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。以電視機(jī)為例，使用單片機(jī)技術(shù)后，用戶無需出門，甚至無需走到電視機(jī)前，便可以進(jìn)行電視頻道的選擇，或是進(jìn)行智能游戲；而將其應(yīng)用于洗衣機(jī)后，洗衣機(jī)的各項(xiàng)功能變得更加智能、自動(dòng)，洗衣機(jī)可以通過單片機(jī)技術(shù)的控制，根據(jù)衣物的材質(zhì)、潔凈程度等，進(jìn)行洗滌強(qiáng)度、時(shí)間的自動(dòng)選擇；微波爐亦可在單片機(jī)的強(qiáng)大功能幫助下，根據(jù)用戶放進(jìn)去的食物類型，自動(dòng)選擇加熱溫度和時(shí)間。

2.3 醫(yī)療器械

當(dāng)今時(shí)代，人們對(duì)于自身健康的關(guān)注程度，隨著認(rèn)知程度和生活水平的進(jìn)步而有了巨大的提升，盡管在社會(huì)進(jìn)步與時(shí)代發(fā)展的助推下，我國衛(wèi)生醫(yī)療水平也得以顯著提升，但在醫(yī)療方法、檢測(cè)手段等方面依然存在一些需要改進(jìn)之處，而這些弊端也給治療質(zhì)量帶來了一定的負(fù)面影響。單片機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，則使得這一影響有了很大的改善，實(shí)現(xiàn)了更多疾病的有效診治，加強(qiáng)了醫(yī)療設(shè)備疾病監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，為維護(hù)人們的身體健康提供了更大的保障。此外，各類醫(yī)療設(shè)備的結(jié)構(gòu)也隨著單片機(jī)的普遍使用，變得更加智能、合理。

2.4 工業(yè)控制領(lǐng)域

近些年來，隨著科技的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化水平不斷提升，特別是在核工業(yè)這類對(duì)人體健康損害較大且比較危險(xiǎn)的特殊工業(yè)環(huán)境中，都廣泛地應(yīng)用了自動(dòng)化操作，以減少負(fù)面影響。而這一類工業(yè)操作都離不開單片機(jī)的應(yīng)用。單片機(jī)技術(shù)能夠很好地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并且實(shí)現(xiàn)過程控制，良好地完成工業(yè)化的控制管理，確保管理的高效性，進(jìn)而推進(jìn)整個(gè)行業(yè)的飛速發(fā)展，比如自動(dòng)噴漆系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等。

3 單片機(jī)在電子技術(shù)中的開發(fā)

3.1 CPU開發(fā)

中央處理機(jī)（Central Processing Unit，CPU）的優(yōu)化與改進(jìn)是目前對(duì)于單片機(jī)實(shí)際開發(fā)的重要體現(xiàn)，而具體的改進(jìn)主要從兩方面呈現(xiàn)：（1）開發(fā)改進(jìn)單片機(jī)中CPU的總線寬度。CPU的地址總線寬度決定了尋址范圍，數(shù)據(jù)總線決定了單次能取出的數(shù)據(jù)的長度。起初，CPU的地址總線寬度僅為8位，隨著實(shí)際需求的增長和科技的發(fā)展，需要將其擴(kuò)展為32位或者是48位，甚至更高，這樣便可以有效改進(jìn)過去單片機(jī)的信息梳理功能相對(duì)緩慢的問題，提升信息梳理速度。（2）開發(fā)改進(jìn)CPU的實(shí)際結(jié)構(gòu)。過去，單片機(jī)功能的發(fā)揮是建立在一個(gè)CPU運(yùn)行基礎(chǔ)上的，而經(jīng)過開發(fā)，應(yīng)將其改進(jìn)為2—3個(gè)CPU同時(shí)運(yùn)行，以此提高單片機(jī)的性能[3]。

3.2 存儲(chǔ)器開發(fā)

存儲(chǔ)功能是單片機(jī)最為強(qiáng)大也是最為實(shí)用的功能之一，因此，對(duì)于單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)當(dāng)將存儲(chǔ)器視為重點(diǎn)部分。具體的改進(jìn)開發(fā)需要在過去存儲(chǔ)器讀寫功能的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)閃速型存儲(chǔ)器的研究，而這種新型的存儲(chǔ)器，不但可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)讀寫，還能夠很好地完成動(dòng)態(tài)讀寫，極大地提高存儲(chǔ)性能，避免單片機(jī)突然掉電時(shí)造成信息丟失，使得單片機(jī)的有效性和便捷性不斷提高。

3.3 程序開發(fā)

如今，嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用愈加全面和廣泛，對(duì)于單片機(jī)的開發(fā)也已經(jīng)不單單局限于裸機(jī)環(huán)境。從某種意義來講，單片機(jī)的程序操作已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)各種指令的自動(dòng)執(zhí)行。如今，由于單片機(jī)在數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳遞方面的強(qiáng)大功能，可以確保計(jì)算機(jī)在任何環(huán)境下都可以實(shí)現(xiàn)良好的運(yùn)行，十分快速并且準(zhǔn)確地進(jìn)行外部參數(shù)的采集，具有極強(qiáng)的高效性，除此之外，還能夠更加高效地完成數(shù)據(jù)處理和邏輯分析，在很大程度上增強(qiáng)單片機(jī)的應(yīng)用效率。

3.4 C語言程序的優(yōu)化開發(fā)

若要確保單片機(jī)在更加復(fù)雜的計(jì)算環(huán)境和控制環(huán)境中，仍能夠良好地實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，就必須提高對(duì)于C語言的優(yōu)化和改進(jìn)，大力開發(fā)單片機(jī)，使其具備更加廣泛、全面的應(yīng)用范圍，在電子技術(shù)中發(fā)揮更大的作用。

3.5 基于計(jì)算機(jī)的開發(fā)

當(dāng)今，任何一個(gè)單片機(jī)都具備通信接口，通過通信接口可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)連接，與此同時(shí)，可以提供準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)信息，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備的應(yīng)用提供強(qiáng)大的支持。因而，若要加強(qiáng)對(duì)于單片機(jī)的優(yōu)化和開發(fā)，加大力度進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析和應(yīng)用是必備手段，通過通信數(shù)據(jù)的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。

3.6 單片機(jī)的開發(fā)方向

（1）使用壽命長。這里所說的使用壽命長主要包括兩方面的內(nèi)容，首先，使用單片機(jī)開發(fā)的產(chǎn)品使用壽命比較長，甚至達(dá)到二十年，并且運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠；其次，相較于微處理器，單片機(jī)的壽命更長。近年來半導(dǎo)體技術(shù)日益成熟，微處理器（Microprocessor Unit，MPU）也在不斷地更新，由此可見，新上市的CPU類型也會(huì)愈加豐富，生存周期更長，給予用戶更加多元化的選擇。（2）運(yùn)行速度快。MPU越來越快速的標(biāo)志是時(shí)鐘頻率，但單片機(jī)卻并非如此，為了使單片機(jī)具備更強(qiáng)的抗干擾能力、減小噪音，在不影響運(yùn)算速度的前提下有小降低時(shí)鐘頻率，是單片機(jī)開發(fā)的重要方向。（3）可靠性是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)良好應(yīng)用的關(guān)鍵，而提高其可靠性也是拓展單片機(jī)應(yīng)用范圍的有效手段。生產(chǎn)廠家也因此做了很多努力，將電快速瞬變脈沖群（Electrical Fast Transient，EFT）等抗干擾技術(shù)應(yīng)用于單片機(jī)設(shè)計(jì)，以提高其可靠性，未來，也將開發(fā)出更多新技術(shù)用于單片機(jī)的開發(fā)和優(yōu)化。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展也日趨成熟，而嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是電子技術(shù)中最為關(guān)鍵、重要的核心技術(shù)，單片機(jī)作為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的重要代表，其開發(fā)和應(yīng)用受到了來自業(yè)界越來越多的關(guān)注和重視。相關(guān)技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)應(yīng)用與開發(fā)的研究，不僅能夠加強(qiáng)單片機(jī)的控制管理效率，提高電子技術(shù)的可靠性與準(zhǔn)確性，還能夠極大地提高儀表儀器、工業(yè)控制等領(lǐng)域電子技術(shù)的智能化、數(shù)字化和自動(dòng)化水平。

[1]李聯(lián)軍.電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)探討[J].大觀周刊，2012（13）：100.

[2]申小明.單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開發(fā)[J].工業(yè)b，2015（5）：210.

[3]蘇娜.單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開發(fā)[J].中國新通信，2016（16）：37.

Research on application and development of single chip microcomputer in electronic technology

Yang Yougen
(Jiangsu Aviation Technical College, Zhenjiang 212134, China)

With the increase of the scientific and technological level in China and the rapid rise of the national economy, electronic technology also develops rapidly, this process can not be separated from the key role played by the development and application of embedded systems. single chip microcomputer as a typical embedded system, has been widely used in production, residential life in all aspects, great to meet the diverse needs of society people, promote further enhance the level of China’s science and technology. This paper gives a brief analysis on the meaning and characteristics of single chip microcomputer, mainly analyzes and discusses the application and development of single chip microcomputer in modern electronic technology, hoping to provide a little help for the relevant technical personnel or departments.

single chip microcomputer; electronic technology; memory

楊友根（1966— ），男，江蘇句容人，助理講師，學(xué)士；研究方向：應(yīng)用電子。