單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用

張勃

（許昌電氣職業(yè)學(xué)院，河南 許昌 461000）

電子技術(shù)當(dāng)今已經(jīng)成為我們生活中必不可少的部分，這項技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個方面，我們生活中所見的電子設(shè)備無論大小都有其參與。而在我們享受電子技術(shù)為我們帶來便利的同時，這項技術(shù)也在不斷向前發(fā)展，近年來，為了實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用，單片機技術(shù)也逐漸成為電子技術(shù)中的重點，單片機進入電子技術(shù)中是科技與時代發(fā)展的必然趨勢。

1 單片機的結(jié)構(gòu)及特點

單片機的結(jié)構(gòu)組成。較之其他計算機系統(tǒng)單片機的優(yōu)勢，在于其體積較小但卻能實現(xiàn)許多復(fù)雜功能，其本身結(jié)構(gòu)與大多數(shù)計算機并無二致。在工藝構(gòu)成上由于單片機采用了大規(guī)模集成電路，可以使其占用較少的空間。單片機的具體結(jié)構(gòu)仍舊沒有脫離傳統(tǒng)的馮諾依曼結(jié)構(gòu)。

運算器由“算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器（ADD）、寄存器（B）”等幾種不同功能的運算部件組成。累加器與寄存器作為算數(shù)邏輯單元運算數(shù)據(jù)的來源，這些數(shù)據(jù)一般是八位二進制數(shù)據(jù)。而ALU 則能夠?qū)⑤斔瓦M來的數(shù)據(jù)進行兩種不同模式的運算，即算數(shù)與邏輯運算。算數(shù)邏輯單元能夠?qū)斔瓦M來的兩個八位數(shù)據(jù)進行加、減、與、或、比較大小等運算，然后，將運算結(jié)果輸送到累加器中。運算器擁有執(zhí)行各種算術(shù)運算和執(zhí)行邏輯運算并進行邏輯測試兩個主要功能，第二個功能的具體操作例子有零值測試或者兩個值的比較。

第二部分是控制器，它主要由“程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器、操作控制器”等幾部分組成，控制器能夠控制單片機的運行，是“神經(jīng)中樞”。它可以提取單片機內(nèi)部所存儲的具體指令，并利用指針提取單片機所要執(zhí)行的下一條指令的地址。它的主要功能有：對具體指令進行轉(zhuǎn)化使其能夠指導(dǎo)單片機進行下一步動作，而且會產(chǎn)生反饋信號；調(diào)整并規(guī)劃單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)流動方向。

存儲器能夠?qū)纹瑱C計算相關(guān)的數(shù)據(jù)進行儲存調(diào)用，是配合單片機其他部分完成整體運算必不可少的一部分。它的每個單元能夠儲存一個八位二進制數(shù)據(jù)，一般使用時，是將兩個八位數(shù)據(jù)結(jié)合構(gòu)成十六位二進制數(shù)據(jù)來調(diào)用。

2 單片機在電子技術(shù)應(yīng)用層面的優(yōu)勢

利用單片機構(gòu)建的產(chǎn)品往往具有更長的服役年限，一方面，對于產(chǎn)品使用者而言，無疑極大地降低了因頻繁更換產(chǎn)品而帶來的經(jīng)濟成本。另一方面，微處理器本身一般都具備長期服役的能力。以半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展速度，單片機的中央處理器的更新速度越來越快，這使得用戶在選擇具體產(chǎn)品時有了更多的選擇，多種類型的單片機的共同應(yīng)用是當(dāng)下電子技術(shù)應(yīng)用的主流趨勢，但是，就長遠來看，單片機仍舊會以八位機為主，在這種大趨勢下，用戶無須為相關(guān)設(shè)施的更新?lián)Q代投入過多資金，只需要對有需求的部件進行升級即可，其余部分八位機仍舊可以很好地完成任務(wù)。

單片機有著高可靠性和較快的運行速度。其靈活的使用方式使得單片機成為受眾廣泛的電子器件。為了使單片機在電子技術(shù)的應(yīng)用過程中具有了更強的競爭性，擴展單片機的適用領(lǐng)域，相關(guān)從業(yè)者也做出了各種努力。比如，一是過優(yōu)化單片機的時序列表從而在不影響內(nèi)部時鐘頻率的前提下，提升運算速度；二是提高單片機的抗干擾能力，用于抵抗確定干擾及隨機干擾，進一步提升其安全性以及可靠性，其中較為著名的技術(shù)有降噪布線、驅(qū)動技術(shù)等。

3 單片機在電子技術(shù)中的具體應(yīng)用

3.1 單片機在工業(yè)控制領(lǐng)域的具體應(yīng)用

在單片機發(fā)展早期，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域一般局限在無線通訊、圖像處理等領(lǐng)域，一方面，由于早期單片機成本高昂，一般多用于高端領(lǐng)域；另一方面，由于此時單片機的相關(guān)研制與開發(fā)技術(shù)還不夠完善，隨著單片機逐漸向著專業(yè)化、功能化方向進行發(fā)展，以1997 年美國德州儀器公司研發(fā)的微處理器TMS320F240 為標志，單片機正式進軍工業(yè)控制領(lǐng)域。在單片機正式進入工業(yè)控制領(lǐng)域后，憑借著單片機優(yōu)秀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及較高的性價比，單片機迅速取代了以往數(shù)字門電路在該領(lǐng)域的壟斷地位。而在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬DSP 系列單片機，其優(yōu)異的信號處理能力以及數(shù)據(jù)傳輸能力使工業(yè)控制邁入了一個新的階段。在某些容易對人體造成傷害的工業(yè)項目中，單片機發(fā)揮了巨大作用，例如，在核工業(yè)以及電力高壓部門中，單片機可以代替工作人員完成諸多復(fù)雜操作，且準確率較人工有著較為巨大的提升。而就單片機本身的系統(tǒng)優(yōu)勢而言，由于其優(yōu)異的數(shù)據(jù)采集能力以及控制能力，其在流水線作業(yè)以及某些項目的自動化過程中發(fā)揮了巨大的作用，尤其是在流水線的自動組裝方面，單片機發(fā)揮了其他電子器件所不能比擬的作用。

3.2 電子儀器表盤中單片機的應(yīng)用

電子技術(shù)在電子儀器中正逐漸走向智能化，而這對于沒有人為干預(yù)的電子儀器是比較困難的。單片機這樣的嵌入式系統(tǒng)因為其體積較小，并且運用了超大規(guī)模集成電路技術(shù)使得其數(shù)據(jù)處理能力極其強大和可靠，這一優(yōu)點能夠很好地用在電子儀器的智能化研究中。電子儀器借助于單片機的穩(wěn)定性與強大的計算能力，可以很好地實現(xiàn)測控、處理等功能。單片機結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，很少會因為外界的環(huán)境變化而影響自身的運行能力，因而單片機也時常運用在極端環(huán)境下電子儀器中，如航空科技，單片機在升空過程以及太空中的工作能力極為穩(wěn)定，可以很好地提升航空設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性，為國家走向太空提供了可靠助力。

3.3 單片機在家用電器中的具體應(yīng)用

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平不斷提升，與之對應(yīng)的是廣大人民群眾對家居環(huán)境的要求不斷提高。而與人民群眾需求相對應(yīng)的智能家居產(chǎn)業(yè)也就在近年開始如火如荼地迅速發(fā)展，在國內(nèi)較為有代表性的智能家居公司當(dāng)屬小米的米家智能產(chǎn)業(yè)鏈，而仔細觀察這些智能家居產(chǎn)品不難發(fā)現(xiàn)，單片機在其中發(fā)揮了很大的作用，小到臺燈大到自動窗簾機，其中都能看到單片機的身影。單片機有效地提升了家用電器的性能，使得家用電器具備了采集信息，處理信息和響應(yīng)遠程操作的能力。例如利用單片機構(gòu)建的智能家居體系可以做到當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時自動開啟空調(diào)和風(fēng)扇，以及用語音直接對家用電器實現(xiàn)控制。而且基于單片機建立的智能門窗感應(yīng)系統(tǒng)能夠記錄門窗開關(guān)次數(shù)并且可以在設(shè)定時間內(nèi)發(fā)出警報，大大地提升了家居安全水平。而在另一方面，在家用電器中安裝單片機也能夠有效地提升家用電器本職工作的效率。單片機可以替代家用電器中原本的機械結(jié)構(gòu)，代替人類完成某些信息的處理工作，協(xié)助人類。例如，現(xiàn)在的許多洗衣機已經(jīng)能夠識別衣物的贓污程度，并將此作為依據(jù)判斷洗滌時間以及洗滌劑的用量，方便使用者的同時也節(jié)約了資源。綜上所述，智能家電做到了單片機和家電本身職能的完美統(tǒng)一，是在電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用單片機的較好范例。

3.4 醫(yī)療器械中單片機的應(yīng)用

在醫(yī)療器械設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛，常用的小型設(shè)備、外部中端、低功耗模式、看門狗、定時器等應(yīng)用，最基礎(chǔ)常見的就是人體血壓測量儀。紅外照射儀等等都運用了8 位，16 位，或者一部分32 位的單片機，單片機在這些醫(yī)療器械中主要存在位置有電源管理、顯示屏或燈，或者能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌K端的無線連接設(shè)備。

4 單片機的未來發(fā)展方向

單片機因其強大的性能與簡便穩(wěn)定性，不僅在當(dāng)下的各個領(lǐng)域中大放異彩，在未來的科技的發(fā)展中仍然有廣闊的空間，例如，在物聯(lián)網(wǎng)的研究中單片機也扮演著重要的角色。首先，可以肯定的是，物聯(lián)網(wǎng)肯定是將來發(fā)展的一個大方向，這個毋庸置疑，但是，物聯(lián)網(wǎng)的真正崛起可能還需要一段時間。要讓物能聯(lián)網(wǎng)，必須有一個微型的控制器，這個控制器就是所謂的單片機，這個單片機的功能不需要很強，但是，最好能低功耗。作為控制器，其實，需要實現(xiàn)的功能非常有限，也根本無須大規(guī)模的計算量，一個非常簡單的單片機就能勝任。

5 結(jié)語

隨著相關(guān)計算機技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，電子技術(shù)已經(jīng)全面進入以計算機技術(shù)為核心的時代。其外在表現(xiàn)為相關(guān)生產(chǎn)生活活動的智能化趨勢，而在這一過程中，作為嵌入式代表的單片機系統(tǒng)發(fā)揮了巨大作用，單片機的大規(guī)模應(yīng)用改變了人類的生產(chǎn)生活方式。因此，大力發(fā)掘單片機在電子技術(shù)中的具體應(yīng)用對于整個人類社會發(fā)展都有著重要意義。