電子工程技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用研究

寧劍

摘 要 隨著科技的發(fā)展，計算機(jī)從過去幾萬元一臺的“奢侈品”變得越來越便宜，體積也越來越小，功能越來越強(qiáng)，甚至演變成了手持計算機(jī)，簡稱手機(jī)，走進(jìn)了千家萬戶，人手一臺。而各式各樣的臺式機(jī)、筆記本電腦，不僅在工作中用于生產(chǎn)，生活中也用于游戲和娛樂，與人們的社會活動也越來越密不可分。但今天要說的是計算機(jī)演變過程中的另一種形態(tài)：微型計算機(jī)，也叫單片機(jī)。它有著“麻雀雖小，五臟俱全”的美譽(yù)，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)和生活中的各種電氣化設(shè)備的控制。要知道，我國的電子工程技術(shù)發(fā)展起步較晚，基礎(chǔ)薄弱，對于單片機(jī)的廣泛學(xué)習(xí)和應(yīng)用，加速了我國電子工程技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 電子工程;單片機(jī);應(yīng)用

引言

當(dāng)今世界早已步入了現(xiàn)代化的社會，要評價一個地方的生產(chǎn)生活水平是否足夠先進(jìn)和現(xiàn)代化，要看其電子工程技術(shù)的發(fā)展水平如何。電子工程技術(shù)學(xué)科是一個涉及諸多科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科，融合了電子技術(shù)、信息工程、芯片設(shè)計與制造等方面的內(nèi)容，是各門學(xué)科的集大成者。由于歷史原因，我國并沒有趕上這一學(xué)科發(fā)展的黃金時期，起步較晚，部分高級芯片和電子元器件沒有自主生產(chǎn)能力，仍需從國外進(jìn)口。因此，大力發(fā)展電子工程技術(shù)成為我國科技發(fā)展的重中之重。

1電子工程技術(shù)概述

電子工程技術(shù)誕生于第三次工業(yè)革命，即計算機(jī)及信息技術(shù)革命（前兩次工業(yè)革命分別為蒸汽技術(shù)革命和電力技術(shù)革命）。根據(jù)百度百科中的定義，電子工程技術(shù)又稱“信息技術(shù)”或“弱電技術(shù)”，是面向電子領(lǐng)域的工程學(xué)，是電氣工程學(xué)科下的子類，應(yīng)用形式涵蓋了運(yùn)用了測量技術(shù)、控制技術(shù)、調(diào)整技術(shù)、信息技術(shù)，乃至計算機(jī)技術(shù)的各種電動開關(guān)以及電動設(shè)備，其主要研究領(lǐng)域為電路系統(tǒng)、通信、電磁場與微波技術(shù)以及數(shù)字信號處理等。上述定義對于普通大眾來說，似乎有點“晦澀難懂”和“不食人間煙火”。但其實電子工程技術(shù)發(fā)展至今，它的產(chǎn)物充斥著我們的生活，比如路由器、電視、電腦、手機(jī)、相機(jī)、無人機(jī)等一系列電子設(shè)備。這些事物的誕生將“古代”和“現(xiàn)代”進(jìn)行了一個民俗意識上的劃分，與電子工程技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。我們都知道，工程是科學(xué)的某種應(yīng)用，通過這一應(yīng)用，使自然界的物質(zhì)和能源能夠通過各種結(jié)構(gòu)、機(jī)器、產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程，以最短的時間和最少的人力、物力做出高效、可靠且對人類有用的東西。而在這一過程中，采用電力能源，以電子為驅(qū)動的工程，便是電子工程。在此基礎(chǔ)上發(fā)展出一門學(xué)科，即電子工程技術(shù)[1]。

2單片機(jī)概述

單片機(jī)其實就是微控制器，也可以將它理解為微型計算機(jī)。什么是計算機(jī)？顯示器、鍵盤是計算機(jī)嗎？不是，它們只是計算機(jī)的輸入輸出設(shè)備。硬盤、內(nèi)存條是計算機(jī)嗎？也不是，它們只是計算機(jī)的運(yùn)行存儲設(shè)備。電腦主板是計算機(jī)嗎？更不是，它只不過將各類設(shè)備的輸入輸出接口，統(tǒng)一在了一起，方便我們進(jìn)行集中管理。同樣，單獨(dú)的cpu也不能稱之為計算機(jī)，因為它的內(nèi)部只包含了控制器和運(yùn)算器。一般而言，將運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備組合在一起，就構(gòu)成了基本的計算機(jī)。如果將它們封裝在一塊芯片上，那就構(gòu)成了一塊微型計算機(jī)，也被稱為單片機(jī)。學(xué)習(xí)入門時，現(xiàn)在大家最常用的是51單片機(jī)，工作中，最常用的單片機(jī)如果是8位機(jī)的話，一般是51單片機(jī)、AVR、PIC，32位機(jī)一般用STM32較多[2]。

3單片機(jī)在電子工程技術(shù)中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用至家用電器

空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)甚至智能門鎖上都可以找到單片機(jī)的身影。這些家用電器設(shè)備有個共同特點，那就是不需要強(qiáng)大的運(yùn)算能力，只是需要根據(jù)人發(fā)出的指令或傳感器收到的信號做出相應(yīng)簡單的運(yùn)算并對其他元器件發(fā)出控制指令即可。單片機(jī)的成本低廉，往往只需要幾塊錢。這是傳統(tǒng)計算機(jī)所不具備的特點。同時，單片機(jī)的功耗極低。比如現(xiàn)在流行的智能手環(huán)，可以通過傳感器檢測到人的心率、體溫、血壓等信息，之后由單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理并上報等等。極低的功耗使手環(huán)的待機(jī)時間長達(dá)七十二小時以上。

3.2 應(yīng)用至工業(yè)自動化生產(chǎn)

工業(yè)生產(chǎn)由于自身特點往往采用流水線型設(shè)計體系，而在該體系中，需要人員與機(jī)器的精確配合才能保障流水線的順利運(yùn)行。由于人的行為特性遠(yuǎn)沒有機(jī)器準(zhǔn)確，而機(jī)器也不能做到像人一樣智能判斷，為了解決這一問題，就需要大量的單片機(jī)去控制生產(chǎn)過程中每一道工序的具體操作和當(dāng)前進(jìn)度，再與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)，從而對整條流水線進(jìn)行精確控制。比如高科技新能源汽車企業(yè)特斯拉的超級汽車工廠，強(qiáng)大的自動化流水線使得汽車經(jīng)過焊接、沖壓、涂裝、動力總成等一系列步驟后，平均每天便可以生產(chǎn)出超過一千輛的Model 3。

3.3 應(yīng)用至醫(yī)療設(shè)備

醫(yī)療設(shè)備中單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，使得近些年來醫(yī)療設(shè)備技術(shù)的發(fā)展日新月異。相較于傳統(tǒng)的設(shè)備，依靠病人主動感知身體狀態(tài)的變化，并且需要值班護(hù)士24小時的病房陪護(hù)，一些新型醫(yī)療設(shè)備可以實時收集病人的身體數(shù)據(jù)，對病人的血壓、脈搏、心跳等進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)身體異常的信號，便可自動啟動報警系統(tǒng)，通知醫(yī)生和護(hù)士前來會診。再比如醫(yī)院的大型CT設(shè)備中，單片機(jī)控制著照射源均勻的照射人體某些部位，再由傳感器接收到剩余的X線束后，轉(zhuǎn)變成電信號和數(shù)字信號，由預(yù)先內(nèi)置的程序處理成不同的灰階并生成相應(yīng)人體組織、器官的CT圖像，把肉眼不可見的病變展示出來。這些技術(shù)可以提高疾病的診斷準(zhǔn)確率甚至是治愈率，幫助醫(yī)生快速了解疾病的源頭和發(fā)展過程，更好地維護(hù)病人的身體健康[3]。

4結(jié)束語

本文結(jié)合當(dāng)前單片機(jī)在電子工程技術(shù)中的應(yīng)用和我國目前電子工程技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀并展開探討，目的在于普及大眾對于單片機(jī)的認(rèn)識與了解，并加強(qiáng)自身的科研觀念。要意識到我國電子工程技術(shù)發(fā)展的不足，仍然存在大量依靠手工制造的行業(yè)，其產(chǎn)品與國外競品相比具有較大差距。單片機(jī)的廣泛應(yīng)用以及未來“中國制造2025”計劃將會不斷縮減我國和發(fā)達(dá)國家在電子工程技術(shù)領(lǐng)域的差距，完成從傳統(tǒng)制造到創(chuàng)新制造、智能制造的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙青.電子工程技術(shù)在單片機(jī)中的技術(shù)應(yīng)用分析[J].中國科技投資，2017（15）：305.

[2] 武文娟.電子工程技術(shù)在單片機(jī)中的技術(shù)應(yīng)用淺析[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2018（20）：242.

[3] 劉帥，張志永，周英，等.基于單片機(jī)和人體紅外線傳感器自動關(guān)門鎖門的裝置[J].物理通報，2019，38（11）：107-108.