單片機技術在電子信息技術中的應用

孫靜

（天津城市建設管理職業(yè)技術學院 天津市 300134）

1 單片機的概念

單片機是一種集成電路芯片，通過把各種功能集成到一塊硅片上，從而形成一個微型的計算機系統(tǒng)，被廣泛運用到工業(yè)控制之中。所謂微型的計算機系統(tǒng)，其也就具備計算機的相關功能，比如實現(xiàn)中央處理器數(shù)據(jù)處理，隨機儲存器、定時器、計數(shù)器、只讀存儲器等等[1]。在具體運用中，單片機又被稱之為單片微控制器，在我們生活中隨處可見，比如智能儀表、通訊設備、導航系統(tǒng)，以及家用電器等。單片機是從上世紀后期發(fā)展起來的，隨著科學技術的進步和發(fā)展，該技術也在不斷地優(yōu)化和成熟，逐漸的被運用到各個領域。單片機結構組成含有多個部分，有著一定的復雜性。其中包括：運算器，執(zhí)行各種算術的運算以及邏輯運算，并且進行邏輯測試；控制器，有程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器和時序發(fā)生器以及操作控制器等組成，可以實現(xiàn)從內(nèi)部取出指令，對指令進行譯碼和測試、便于執(zhí)行規(guī)定的動作，指揮控制數(shù)據(jù)的流動方向；主要寄存器，包括了各種寄存器。

2 單片機的結構

2.1 運算器

單片機的核心部分便是運算器，運算器主要執(zhí)行各種算術運算、各種邏輯運算，并進行邏輯測試，如零值測試或兩個值的比較[2]。

2.2 控制器

控制器中包括定時控制邏輯電路、寄存器、計數(shù)器、PC 等，控制器可以從寄存器中取出一條指令，并指出下一條指令在寄存器中的位置；對指令進行譯碼和測試，并產(chǎn)生相應的操作控制信號，以便于執(zhí)行規(guī)定的動作；指揮并控制CPU、寄存器和輸入輸出設備之間數(shù)據(jù)流動的方向。

2.3 存儲器

存儲器是單片機的又一個重要組成部分，其中每個存儲單元對應一個地址，256 個單元共有256 個地址，用兩位16 進制數(shù)表示。存儲器中每個存儲單元可存放一個八位二進制信息，通常用兩位16 進制數(shù)來表示[3]。

3 單片機的實際應用

單片機最早是應用于工業(yè)控制領域，有著體積小，質量輕，價格便宜的特點，并且使用過程中能耗低，所以它也被廣泛的應用到各種便攜式的電子設備中。

3.1 在家用電器中的應用

就目前我們的生活現(xiàn)狀來說，各種家用電器和我們的日常生活息息相關，在我們每個人的家里，都有著家用電器的存在，為我們的生活給予了極大便利。單片機在家用電器的作用主要表現(xiàn)在兩個方面，一是提高了家用電器的工作效率，另一個就是提高了家用電器自身性能，給人們生活帶來更多選擇和享受。在這種情況下，單片機在家用電器的應用中也是越來越多[4]。

3.2 在工業(yè)控制中的應用

改革開放以來，我國的經(jīng)濟發(fā)展日新月異，各行各業(yè)都迎來了新的機遇和前所未有的挑戰(zhàn)，工業(yè)發(fā)展也不例外。在工業(yè)發(fā)展過程中，單片機的應用也隨之深入普及，目前為止，單片機在工業(yè)生產(chǎn)領域的運用已占據(jù)半壁江山。尤其在工業(yè)控制系統(tǒng)和收據(jù)采集系統(tǒng)中體現(xiàn)的更為明顯。工業(yè)生產(chǎn)過程中，單片機常被用來連接計算機，建立管理模型，然后形成一個符合工業(yè)生產(chǎn)需求的管理系統(tǒng)，理順企業(yè)的管理流程，讓企業(yè)的管理工作更好的進行。

3.3 在智能儀器儀表中的應用

智能化是目前社會市場上一個熱門，隨著科學技術的進步發(fā)展變化，單片機在新興技術中的應用得以在智能化儀器儀表中完全體現(xiàn)[5]。隨著科學技術水平的提高，單片機的運用程度也在不斷加深，而對于對測量精度有著較高要求的測量儀器儀表，單片機的深化應用無疑是為其打開了另一扇大門。它讓傳統(tǒng)的測量儀器儀表使用起來更為簡單便捷，智能化測量儀器儀表的功能也要比傳統(tǒng)的更為強大，應用范圍也隨之擴大。帶給人們生活和工作中更多的方便。

3.4 在醫(yī)療設備方面的應用

對于所有普通群眾來說，醫(yī)療問題是件關乎生計的大事，尤其隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、人們生活水平的增高，再加之現(xiàn)代病情種類的復雜多變，人們對于醫(yī)療方面的關注度也越來越高。就醫(yī)一般離不開醫(yī)療器械的輔助，而醫(yī)療器械在應用中對檢測方法有著相當之高的要求，而目前現(xiàn)狀是部分醫(yī)療器材并未達到檢測標準，所以導致醫(yī)生診斷失誤，對病人健康造成不良影響。當隨著單片機被用到醫(yī)療器械的生產(chǎn)并投以使用后，醫(yī)療器械的檢測水平明顯提升，避免了因醫(yī)療器械檢測水平問題而導致求醫(yī)者身體健康受損的事情。同時，醫(yī)療器械中加入單片機后醫(yī)生的工作效率有了明顯的提高，診斷和治療率俱有顯著提高。隨著單片機技術的進一步深化應用，醫(yī)療設備朝著智能化、自動化方向的發(fā)展，未來人們求醫(yī)問診也必然有更深一層的保障。

3.5 在手機生產(chǎn)設計中的應用

現(xiàn)下手機已然成為每個人必備的物品之一，單片機的應用就手機而言，主要表現(xiàn)在語音和電話記錄功能方面，當然語音也包括手機聲音這塊。手機聲音對于手機而言，其重要性眾所周知，所以單片機技術的應用對手機至關重要。除了聲音之外，單片機在手機中還關系到電話記錄這一功能，作為手機的基礎功能之一，單片機所發(fā)揮的電話記錄作用同樣是手機所倚重的功能[6]。

4 單片機的應用優(yōu)勢

4.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性高

單片機在電子技術領域中的科學應用能夠有效增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)在長時間運行過程中會受到諸多因素的影響而改變輸入和輸出產(chǎn)量、降低系統(tǒng)分辨率和靈敏度，這些問題的產(chǎn)生會導致系統(tǒng)穩(wěn)定性不斷降低，威脅系統(tǒng)安全的運行。而將單片機應用其中，可很好的避免上述問題的產(chǎn)生，并對存在問題的傳感設備進行修復，改變非線性系統(tǒng)的相關參數(shù)，以此促進各項工作的有效開展，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.2 系統(tǒng)抗干擾能力強

單片機在電子領域中應用時可有效完善系統(tǒng)運行中的抗干擾性能。具體體現(xiàn)在：一是提升抗確定干擾的能力。系統(tǒng)在日常運行中會受到外界與系統(tǒng)內(nèi)部自身的影響而出現(xiàn)一些干擾性問題，單片機的應用可有效解決這些問題，防止危險的產(chǎn)生。二是增強抗隨機干擾的能力。系統(tǒng)運行所處的環(huán)境存在復雜性特征，常會出現(xiàn)隨機波動的問題，進而對信噪比帶來不同程度的影響，削弱信號傳輸及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性[7]。所以需要利用單片機對這些干擾問題予以有效處理和優(yōu)化，提高系統(tǒng)運行效率。

4.3 促進相關產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展

隨著電子技術的快速發(fā)展，各系統(tǒng)設備也得到了一定程度的完善，其性能得到顯著優(yōu)化，而單片機在系統(tǒng)中的科學應用，不僅改善了系統(tǒng)性能，還很好地保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，并能夠根據(jù)系統(tǒng)運行要求實行功能上的調(diào)整和優(yōu)化，解決運行過程中存在的各種問題，進而強化系統(tǒng)及設備的運行效果，這無疑提升了產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)運行整體水平，為行業(yè)的快速發(fā)展奠定堅實基礎。

5 單片機的發(fā)展趨勢

5.1 朝著更低能耗，更小體積，更多功能的方向發(fā)展

目前我們常見的單片機是一枚小芯片，隨著科技水平的不斷提高，以及市場需求的變化，單片機以后還會朝著更小體積、更低能耗和更多功能的方向發(fā)展。

5.2 配套更簡練的操作系統(tǒng)以及相應的應用軟件

當下單片機的應用還處于一個發(fā)展的階段，隨著技術進步和成熟，為應對多元化的市場需求和滿足人們個性化要求，單片機的操作系統(tǒng)必將更為簡練，相應的應用軟件也必然豐富。

6 單片機的技術開發(fā)

單片機的應用為各領域的發(fā)展創(chuàng)新提供了更多機遇，不過單片機技術在目前的推廣應用中仍存在一些問題有待解決，所以應加大對單片機技術的研究和開發(fā)力度，改善單片機技術水平，為各產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造更多空間。

6.1 更新CPU數(shù)據(jù)

CPU 作為單片機技術中較為重要的內(nèi)容，涵蓋的數(shù)據(jù)內(nèi)容對于單片機位數(shù)寬度有著直接影響。所以在未來單片機的研究中，應加大對CPU 的重視力度，擴大CPU 數(shù)據(jù)存儲容量，為單片機性能的發(fā)揮提供保障。另外，CPU 運行壽命也是需要關注的重點內(nèi)容，以往CPU 的使用壽命相對較短，最多不超過20 年，這使得單片機的應用頻率逐漸降低，造成了較多的浪費現(xiàn)象。在現(xiàn)今及未來研究中，延長CPU 使用壽命成為提高單片機應用效率，創(chuàng)造更大經(jīng)濟效益的基礎。尤其是在半導體和MUP 快速發(fā)展的今天，對CPU 研發(fā)力度的加大，能夠有效提升單片機技術水平，加強市場競爭力。同時在半導體及MUP 技術快速更新的引導下，單片機的應用范圍也得到了一定擴展，不僅在工業(yè)控制領域中發(fā)揮了顯著功效，在日常生活中也起到更為顯著的作用。

6.2 降低能耗，提升運轉速度

MUP 技術在單片機中的應用為單片機運轉速度的加快帶來了保證，不過運轉速度的加快會直接增加單片機的振幅及運動頻率，這在一定程度上會導致單片機運行中消耗過多的能源，同時縮短單片機的運行壽命，出現(xiàn)資源浪費問題。再者，以往單片機在使用中，運行速率的增加還會造成噪音污染的產(chǎn)生，對周邊環(huán)境及人群帶來較大影響。所以在對單片機進行研發(fā)時，工作人員并未將運轉速率過多提升，希望能夠降低能耗及污染的產(chǎn)生，不過在日后研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)通過改變單片機內(nèi)部順序的方式來解決因運轉速度過快而引發(fā)的問題，這不僅可以提高單片機的運行效率，滿足各種不同系統(tǒng)作業(yè)的需求，也能夠規(guī)避能耗及污染的產(chǎn)生，將單片機技術的發(fā)展推向新的高度，進而為我國科技水平及競爭實力的增強提供有效保障[9]。

6.3 減噪處理技術

單片機因其自身優(yōu)勢特征在目前很多行業(yè)中得到了廣泛應用，再加上該技術穩(wěn)定性和抵抗能力較強，將其應用到各領域系統(tǒng)運行中，可加強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，延長使用壽命，為行業(yè)發(fā)展提供更多支持。目前單片機技術已經(jīng)不單純的局限于工業(yè)控制領域，日常生活也得到了較大推廣，并深受人們喜愛。隨著單片機技術的改善，人們對其研究力度也在不斷加大，其中EFT 技術在單片機中的應用就是最為明顯的例子。該技術的融入一方面提升了單片機運行的穩(wěn)定性。另一方面也降低了電磁波帶來的不利干擾，加強系統(tǒng)運行的可靠性，進而為單片機使用市場的擴展提供保障。不過單片機在系統(tǒng)設備中的應用中會產(chǎn)生一些噪音，雖然研究人員通過降低單片機運轉速度的方式解決噪音污染問題，但隨著技術水平的提高，單片機運轉效率的降低勢必會影響其應用效率，阻礙行業(yè)發(fā)展。所以如何高效解決單片機運轉中的噪音問題成為未來研究的主流方向。通過不斷研究發(fā)現(xiàn)，單片機噪音問題大多集中在集成電路上，是由電源噪音裝機電子芯片導致的，為解決這一問題，可通過改變原有電源位置，或在電源與芯片間設置遮擋物等方式，來降低噪音污染，增強單片機的使用效果。

7 結語

單片機主要就是針對系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，對其進行存儲與處理，并且提高數(shù)據(jù)的可靠性與集成性，通過單片機在電子技術中的應用，分析單片機主要構成和工作原理，研究了單片機能夠得到開發(fā)的領域，希望有利于促進單片機提升人們生活和工作效率。