單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用和技術(shù)開發(fā)

劉 剛，姜天水

（煙臺職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺 264670）

伴隨電子技術(shù)發(fā)展水平的不斷提升，嵌入式技術(shù)的運用在社會各界都得到非常大的關(guān)注.早在20世紀(jì)70年代，單片機就已經(jīng)成為一種有代表性的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，著名的英特爾公司將單片機稱為嵌入式微控制器.在此之后，單片機開始在更大的范圍內(nèi)得到運用，其開發(fā)技術(shù)也逐漸趨于完善，類型和功能的多元化，為單片機在各行各業(yè)的應(yīng)用起到了極大的推動作用.

1 單片機的基本構(gòu)造

所謂單片機，實際上就是一種集成性的電路芯片，同時也是一個小型的計算機系統(tǒng)，它主要通過規(guī)模較大的集成電路技術(shù)將各種處理器集中到一起，包括只讀存儲器、隨機存儲器、計時器、轉(zhuǎn)換器、中央處理器等，這些組成部分都集中在一個小小的硅片之上.當(dāng)前，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的方方面面，不管是哪個行業(yè)，幾乎都已經(jīng)離不開單片機的運用，其中比較典型的就是計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞、飛機上各類儀表的管控、工業(yè)自動化生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)分析與處理、遠(yuǎn)程控制等，此外，我們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪斜容^常用的IC卡也是單片機應(yīng)用的體現(xiàn).總的來說，單片機的基本構(gòu)造大體可分為存儲器、運算器和控制器三個部分，以下是具體介紹：

1.1 存儲器

在單片機的所有組成部分中，存儲器是非常重要的部分之一，一般來說，存儲器可細(xì)分為256個單元，且每一個單元均都具有不同的地址，這些地址可以用16進(jìn)制數(shù)來一一表示，也就是從“00H”到“FFH”，從存儲器的內(nèi)容上來看，各個存儲單元都能存放1個八位的二進(jìn)制信息，一般是通過16進(jìn)制數(shù)來顯示.

1.2 運算器

單片機的存儲器一般是由布爾處理器、累加器ACC、標(biāo)志寄存器PSW、寄存器B、邏輯運算部件ALU、暫存器TMP等組成，其中，最為核心的組成部分是負(fù)責(zé)完成邏輯運算的部件ALU，但該部分并非單片機中工作頻率最高的部位，實際上，在實際操作中運用得最多的部位是累加器ACC，在開展邏輯運算的時候，最先運用到的是累加器，因為在運算開始以前必須將操作數(shù)暫時存儲在累加器ACC之中，同時，在運算結(jié)束之后也需要運用累加器ACC把最后的結(jié)果保存起來.當(dāng)涉及除法和乘法運算的時候，則需要用到寄存器B.作為一個八位寄存器，標(biāo)志寄存器PSW也需要用來暫存運算結(jié)果的某些特征，包括是否出現(xiàn)錯位、是否存在進(jìn)位等.

1.3 控制器

在單片機的CPU中，控制器主要發(fā)揮神經(jīng)中樞的功能，它由程序計數(shù)器PC、譯碼器、定時控制邏輯電路、地址指針等部分構(gòu)成，其中，程序計數(shù)器PC是一種16位寄存器所組成的計數(shù)器，在實際操作的過程中，根據(jù)中央處理器所指定的地址，將對應(yīng)的指令字節(jié)放在正確的寄存器中存放，之后，通過寄存器的功能，可將指令代碼翻譯為對應(yīng)的控制信號，被攜帶的信號將和時鐘脈沖在相應(yīng)的時間實現(xiàn)結(jié)合，從而在電路中產(chǎn)生有一定變化規(guī)律的時鐘和電平.也就是通常所說的控制信息，這些信息可在中央控制器內(nèi)部發(fā)揮協(xié)調(diào)控制的作用.

2 單片機的主要特點

單片機作為一種新型的電路芯片，具有其獨特的優(yōu)勢，包括低能耗、可控性好、安全可靠、所占空間小、集成化水平高等，屬于便攜式高技術(shù)產(chǎn)品，同時還具有較高的性價比、功能擴(kuò)展性好，極大地方便了當(dāng)今社會各相關(guān)領(lǐng)域.從當(dāng)前的現(xiàn)狀來看，單片機在機電一體化、家電操作、實施管控、自動化辦公等領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛，把單片機合理運用于多樣化的儀器儀表之中，可大大提升儀器儀表的智能化、自動化水平，使得儀器的測量信度和效度得到大幅提升，不僅如此，單片機的引入還能進(jìn)一步簡化儀器的內(nèi)部構(gòu)造，提高儀器的精密度，并優(yōu)化其性價比.除了這些比較常見的應(yīng)用和功能以外，單片機也在一些高端領(lǐng)域具有不可或缺的地位，例如國防軍事、高端武器設(shè)備、航空航天體系等方面.總而言之，單片機憑借其自身的優(yōu)勢已經(jīng)在各領(lǐng)域、各行業(yè)占據(jù)一席之地，相信隨著其功能的不斷改進(jìn)和完善，應(yīng)用前景也將不斷拓展.

3 單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用

3.1 單片機在智能儀器儀表生產(chǎn)方面的應(yīng)用

在智能技術(shù)、自動化技術(shù)等新興技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的時代背景下，儀器儀表的發(fā)展速度也十分迅猛，單片機以其便攜、占空間小、集成化水平高等特點，極大地促進(jìn)了儀器儀表領(lǐng)域的發(fā)展，其中，比較典型的就是實現(xiàn)了儀器儀表行業(yè)的智能化、數(shù)字化變革，使得數(shù)字化儀表在很多方面得到大量應(yīng)用，儀器設(shè)備的控制功能、分析與處理功能、可預(yù)見性功能也得以增強.這就大大提升了儀器儀表在實際測量中的安全性、可靠性和精確性，促進(jìn)了事故出現(xiàn)概率的降低.

3.2 單片機在工業(yè)控制方面的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，存在許多危險系數(shù)極高的作業(yè)類型，包括電力帶電檢修、和工業(yè)生產(chǎn)等，工人在這些危險度高的作業(yè)中很容易出現(xiàn)身體受傷，嚴(yán)重的還會危及生命.隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)和革新，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的自動化水平也不斷提升，絕大多數(shù)作業(yè)環(huán)節(jié)都實現(xiàn)了自動化控制，特別是一些危險系數(shù)高的作業(yè)環(huán)節(jié)，這就使得工人的安全得到更好的保障，把單片機與工業(yè)控制相結(jié)合，能通過單片機的數(shù)據(jù)搜集和實時控制功能，完美地實現(xiàn)工業(yè)工程的智能化、精細(xì)化管控，例如比較常見的流水線作業(yè)體系、自動噴漆系統(tǒng)、報警裝置等.

3.3 單片機在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)今社會，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活水平也隨之上升，越來越多的人開始更加關(guān)注自身身體的健康，一旦發(fā)現(xiàn)身體出現(xiàn)問題，就會直奔醫(yī)院，這一方面給醫(yī)院帶來了更大的客流量，但同時也對醫(yī)院的醫(yī)療衛(wèi)生水平提出了更高的要求，然而，從整體上來看，我國的醫(yī)療衛(wèi)生體系還存在許多瑕疵，包括覆蓋面不夠、部分地區(qū)的住院條件差、醫(yī)療技術(shù)水平偏低等問題，這對居民的就醫(yī)治療效果產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，同時也阻礙了國民身體素質(zhì)的提升.近些年，一些醫(yī)院為了改進(jìn)醫(yī)療條件，提升醫(yī)療質(zhì)量，開始將單片機引入醫(yī)療設(shè)備之中，運用單片機自身獨特的優(yōu)勢，可方便醫(yī)生全方位了解和分析病人的綜合情況，在病因的尋找方面也更加準(zhǔn)確，同時還能根據(jù)病情提供可供選擇的治療方法，這就促進(jìn)了醫(yī)院醫(yī)療水平的大幅提升，進(jìn)一步推動了我國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展.

3.4 單片機在家用電器方面的應(yīng)用

近幾年，我國的綜合國力不斷增強，人們的生活質(zhì)量也得到顯著改善，跟以前相比，居民對家庭生活質(zhì)量提出了更高的要求，各種家用電器幾乎成了各家各戶不可或缺的“家庭成員”，為了更好地滿足人們對家用電器功能的需求，許多家電生產(chǎn)商開始爭先對其產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，應(yīng)用單片機是一種比較常見的家用電器產(chǎn)品改造方法，它能實現(xiàn)各種家電的電氣智能化控制，實現(xiàn)家用電器產(chǎn)品的升級換代，例如，在電飯煲中應(yīng)用單片機，可利用單片機的智能化技術(shù)，實現(xiàn)電飯煲對煮飯時間的自動選擇，用戶只需要設(shè)置煮飯的相關(guān)信息即可.又如，在微波爐中應(yīng)用單片機，可實現(xiàn)微波爐根據(jù)食物特征對加熱溫度、時長的自動選擇.從以上實例中都可以看出單片機在家用電器中的應(yīng)用極大地促進(jìn)了家電智能化水平的提升.

4 單片機的技術(shù)開發(fā)

4.1 基于單片機程序的開發(fā)

當(dāng)前，嵌入式操作系統(tǒng)可以說已經(jīng)實現(xiàn)在單片機中的全方位運用，已經(jīng)不僅僅限制于在裸機條件下的應(yīng)用了，單片機可自動執(zhí)行程序，即將所有指令付諸行動，這些指令會在單片機上明確顯示出來，且每一條指令均只對應(yīng)一項操作，設(shè)計人員會在單片機中設(shè)置好指令操作程序，從而為單片機自動執(zhí)行指令提供保障，對于智能手機、平板電腦中的單片機來說，通常是安裝專門的Linux或Windows系統(tǒng)，和專用處理器相比較，單片機在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用具有更加顯著的優(yōu)勢，其在各行各業(yè)的應(yīng)用也要廣泛得多.從近年的現(xiàn)狀來看，單片機已經(jīng)憑借其數(shù)據(jù)傳輸和處理的高效化、數(shù)據(jù)存儲的大容量，在計算機系統(tǒng)中得到有效應(yīng)用，大大提升了計算機系統(tǒng)運行的安全性和可靠性.

4.2 基于計算機的開發(fā)

目前，單片機普遍都具備通信接口，該接口能和計算機數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通，同時還具備為計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐的作用，現(xiàn)代化通信設(shè)備大都通過單片機技術(shù)來時間對設(shè)備的智能化、自動化控制，我們生活中常用的智能手機、無線對講機等都和單片機息息相關(guān).在進(jìn)行信息溝通的時候，主要可通過并行和串行兩種通信方式來實現(xiàn)，而串行通信又可分為同步和異步兩種方式，若采用同步通信的方式，要求所有字符必須具備固定的格式，這樣才能方便數(shù)據(jù)接收方對信號傳輸時間的判斷，整個同步通信的過程中，字符通常包括停止位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和起始位.若采用異步通信的方式，要求所有數(shù)據(jù)必須將一個字符作為單位來進(jìn)行傳輸，對于不同的字符來說，它們之間可采用間接傳輸或直接傳輸?shù)姆绞剑@主要由發(fā)送者的要求決定，不管是接收信息的一方還是傳輸信息的一方，均能實現(xiàn)對接收和傳送的實時智能控制.

5 結(jié)語

總之，隨著科技的進(jìn)步與革新，單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用越發(fā)廣泛，其應(yīng)用效果也越來越顯著，單片機作為一種集成性的電路芯片，主要由控制器、存儲器和運算器等部分組成，具有能耗低、便攜、可靠等優(yōu)點.目前單片機主要應(yīng)用于工業(yè)控制、家用電器等領(lǐng)域，其應(yīng)用功能越來越強大，應(yīng)用領(lǐng)域也呈現(xiàn)出不斷擴(kuò)大的趨勢.為了進(jìn)一步提升單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用水平，相關(guān)領(lǐng)域的專家也越來越關(guān)注單片機的技術(shù)開發(fā)，不斷創(chuàng)新單片機技術(shù)開發(fā)模式和方法，這對單片機技術(shù)的再創(chuàng)新高具有十分關(guān)鍵的意義.

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