單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和技術(shù)開(kāi)發(fā)

劉 剛，姜天水

（煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 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(yùn)用在社會(huì)各界都得到非常大的關(guān)注.早在20世紀(jì)70年代，單片機(jī)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(jī)稱為嵌入式微控制器.在此之后，單片機(jī)開(kāi)始在更大的范圍內(nèi)得到運(yùn)用，其開(kāi)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(jī)在各行各業(yè)的應(yīng)用起到了極大的推動(dòng)作用.

1 單片機(jī)的基本構(gòu)造

所謂單片機(jī)，實(shí)際上就是一種集成性的電路芯片，同時(shí)也是一個(gè)小型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它主要通過(guò)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(chǔ)器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、計(jì)時(shí)器、轉(zhuǎn)換器、中央處理器等，這些組成部分都集中在一個(gè)小小的硅片之上.當(dāng)前，單片機(jī)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(gè)行業(yè)，幾乎都已經(jīng)離不開(kāi)單片機(jī)的運(yùn)用，其中比較典型的就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞、飛機(jī)上各類儀表的管控、工業(yè)自動(dòng)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(jī)應(yīng)用的體現(xiàn).總的來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的基本構(gòu)造大體可分為存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器三個(gè)部分，以下是具體介紹：

1.1 存儲(chǔ)器

在單片機(jī)的所有組成部分中，存儲(chǔ)器是非常重要的部分之一，一般來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)器可細(xì)分為256個(gè)單元，且每一個(gè)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(lái)一一表示，也就是從“00H”到“FFH”，從存儲(chǔ)器的內(nèi)容上來(lái)看，各個(gè)存儲(chǔ)單元都能存放1個(gè)八位的二進(jìn)制信息，一般是通過(guò)16進(jìn)制數(shù)來(lái)顯示.

1.2 運(yùn)算器

單片機(jī)的存儲(chǔ)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(yùn)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(yùn)算的部件ALU，但該部分并非單片機(jī)中工作頻率最高的部位，實(shí)際上，在實(shí)際操作中運(yùn)用得最多的部位是累加器ACC，在開(kāi)展邏輯運(yùn)算的時(shí)候，最先運(yùn)用到的是累加器，因?yàn)樵谶\(yùn)算開(kāi)始以前必須將操作數(shù)暫時(shí)存儲(chǔ)在累加器ACC之中，同時(shí)，在運(yùn)算結(jié)束之后也需要運(yùn)用累加器ACC把最后的結(jié)果保存起來(lái).當(dāng)涉及除法和乘法運(yùn)算的時(shí)候，則需要用到寄存器B.作為一個(gè)八位寄存器，標(biāo)志寄存器PSW也需要用來(lái)暫存運(yùn)算結(jié)果的某些特征，包括是否出現(xiàn)錯(cuò)位、是否存在進(jìn)位等.

1.3 控制器

在單片機(jī)的CPU中，控制器主要發(fā)揮神經(jīng)中樞的功能，它由程序計(jì)數(shù)器PC、譯碼器、定時(shí)控制邏輯電路、地址指針等部分構(gòu)成，其中，程序計(jì)數(shù)器PC是一種16位寄存器所組成的計(jì)數(shù)器，在實(shí)際操作的過(guò)程中，根據(jù)中央處理器所指定的地址，將對(duì)應(yīng)的指令字節(jié)放在正確的寄存器中存放，之后，通過(guò)寄存器的功能，可將指令代碼翻譯為對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，被攜帶的信號(hào)將和時(shí)鐘脈沖在相應(yīng)的時(shí)間實(shí)現(xiàn)結(jié)合，從而在電路中產(chǎn)生有一定變化規(guī)律的時(shí)鐘和電平.也就是通常所說(shuō)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(jī)的主要特點(diǎn)

單片機(jī)作為一種新型的電路芯片，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，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(shí)還具有較高的性價(jià)比、功能擴(kuò)展性好，極大地方便了當(dāng)今社會(huì)各相關(guān)領(lǐng)域.從當(dāng)前的現(xiàn)狀來(lái)看，單片機(jī)在機(jī)電一體化、家電操作、實(shí)施管控、自動(dòng)化辦公等領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛，把單片機(jī)合理運(yùn)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(dòng)化水平，使得儀器的測(cè)量信度和效度得到大幅提升，不僅如此，單片機(jī)的引入還能進(jìn)一步簡(jiǎn)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(jià)比.除了這些比較常見(jiàn)的應(yīng)用和功能以外，單片機(jī)也在一些高端領(lǐng)域具有不可或缺的地位，例如國(guó)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(jī)憑借其自身的優(yōu)勢(shì)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(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用

3.1 單片機(jī)在智能儀器儀表生產(chǎn)方面的應(yīng)用

在智能技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等新興技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的時(shí)代背景下，儀器儀表的發(fā)展速度也十分迅猛，單片機(jī)以其便攜、占空間小、集成化水平高等特點(diǎn)，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(shí)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(jiàn)性功能也得以增強(qiáng).這就大大提升了儀器儀表在實(shí)際測(cè)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(jī)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(xiǎn)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(xiǎn)度高的作業(yè)中很容易出現(xiàn)身體受傷，嚴(yán)重的還會(huì)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(dòng)化水平也不斷提升，絕大多數(shù)作業(yè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，特別是一些危險(xiǎn)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(jī)與工業(yè)控制相結(jié)合，能通過(guò)單片機(jī)的數(shù)據(jù)搜集和實(shí)時(shí)控制功能，完美地實(shí)現(xiàn)工業(yè)工程的智能化、精細(xì)化管控，例如比較常見(jiàn)的流水線作業(yè)體系、自動(dòng)噴漆系統(tǒng)、報(bào)警裝置等.

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

當(dāng)今社會(huì)，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(lái)越多的人開(kāi)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(wèn)題，就會(huì)直奔醫(yī)院，這一方面給醫(yī)院帶來(lái)了更大的客流量，但同時(shí)也對(duì)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(lái)看，我國(guó)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(wèn)題，這對(duì)居民的就醫(yī)治療效果產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，同時(shí)也阻礙了國(guó)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(kāi)始將單片機(jī)引入醫(yī)療設(shè)備之中，運(yùn)用單片機(jī)自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，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(shí)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(dòng)了我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展.

3.4 單片機(jī)在家用電器方面的應(yīng)用

近幾年，我國(guó)的綜合國(guó)力不斷增強(qiáng)，人們的生活質(zhì)量也得到顯著改善，跟以前相比，居民對(duì)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(duì)家用電器功能的需求，許多家電生產(chǎn)商開(kāi)始爭(zhēng)先對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，應(yīng)用單片機(jī)是一種比較常見(jiàn)的家用電器產(chǎn)品改造方法，它能實(shí)現(xiàn)各種家電的電氣智能化控制，實(shí)現(xiàn)家用電器產(chǎn)品的升級(jí)換代，例如，在電飯煲中應(yīng)用單片機(jī)，可利用單片機(jī)的智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電飯煲對(duì)煮飯時(shí)間的自動(dòng)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(jī)，可實(shí)現(xiàn)微波爐根據(jù)食物特征對(duì)加熱溫度、時(shí)長(zhǎng)的自動(dòng)選擇.從以上實(shí)例中都可以看出單片機(jī)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(jī)的技術(shù)開(kāi)發(fā)

4.1 基于單片機(jī)程序的開(kāi)發(fā)

當(dāng)前，嵌入式操作系統(tǒng)可以說(shuō)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在單片機(jī)中的全方位運(yùn)用，已經(jīng)不僅僅限制于在裸機(jī)條件下的應(yīng)用了，單片機(jī)可自動(dòng)執(zhí)行程序，即將所有指令付諸行動(dòng)，這些指令會(huì)在單片機(jī)上明確顯示出來(lái)，且每一條指令均只對(duì)應(yīng)一項(xiàng)操作，設(shè)計(jì)人員會(huì)在單片機(jī)中設(shè)置好指令操作程序，從而為單片機(jī)自動(dòng)執(zhí)行指令提供保障，對(duì)于智能手機(jī)、平板電腦中的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，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(jī)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用具有更加顯著的優(yōu)勢(shì)，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(lái)看，單片機(jī)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(chǔ)的大容量，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到有效應(yīng)用，大大提升了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性.

4.2 基于計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)

目前，單片機(jī)普遍都具備通信接口，該接口能和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通，同時(shí)還具備為計(jì)算機(jī)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(guò)單片機(jī)技術(shù)來(lái)時(shí)間對(duì)設(shè)備的智能化、自動(dòng)化控制，我們生活中常用的智能手機(jī)、無(wú)線對(duì)講機(jī)等都和單片機(jī)息息相關(guān).在進(jìn)行信息溝通的時(shí)候，主要可通過(guò)并行和串行兩種通信方式來(lái)實(shí)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(duì)信號(hào)傳輸時(shí)間的判斷，整個(gè)同步通信的過(guò)程中，字符通常包括停止位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)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(gè)字符作為單位來(lái)進(jìn)行傳輸，對(duì)于不同的字符來(lái)說(shuō)，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(shí)現(xiàn)對(duì)接收和傳送的實(shí)時(shí)智能控制.

5 結(jié)語(yǔ)

總之，隨著科技的進(jìn)步與革新，單片機(jī)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(lái)越顯著，單片機(jī)作為一種集成性的電路芯片，主要由控制器、存儲(chǔ)器和運(yùn)算器等部分組成，具有能耗低、便攜、可靠等優(yōu)點(diǎn).目前單片機(jī)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(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用領(lǐng)域也呈現(xiàn)出不斷擴(kuò)大的趨勢(shì).為了進(jìn)一步提升單片機(jī)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(lái)越關(guān)注單片機(jī)的技術(shù)開(kāi)發(fā)，不斷創(chuàng)新單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)模式和方法，這對(duì)單片機(jī)技術(shù)的再創(chuàng)新高具有十分關(guān)鍵的意義.

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