單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開發(fā)分析

張麗娟

（商洛學(xué)院，陜西商洛，726000）

0 引言

近些年電子技術(shù)的發(fā)展效果顯著，為了滿足嵌入式應(yīng)用的要求，單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，并快速發(fā)展，目前單片機(jī)以其優(yōu)越的性能已經(jīng)應(yīng)用于電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，且隨著各項(xiàng)技術(shù)日趨成熟，單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)也越來越智能化。

1 單片機(jī)概述

1.1 單片機(jī)的概念

單片微型計(jì)算機(jī)[1]簡(jiǎn)稱單片機(jī)，又名嵌入式微型控制設(shè)備，是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，通過將中央處理器（CPU）、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等多種功能的模塊集中到一個(gè)微小的芯片上，形成一種集成電路芯片，可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的邏輯控制。按照單片機(jī)的使用范圍可將單片機(jī)分為通用型和專用型兩類，按照單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域可以分為控制型和家電型，按照單片機(jī)是否提供并行總線來可以分為總線型和非總線型，按單片機(jī)的應(yīng)用范圍可以分為通用型和專用型兩類。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步單片機(jī)已經(jīng)從最初的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。單片機(jī)是根據(jù)設(shè)計(jì)人員預(yù)先編入系統(tǒng)當(dāng)中的指令進(jìn)行操作，從而完成預(yù)期的工作內(nèi)容。

單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、便于制造攜帶、可靠性高、集成性高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、控制功能強(qiáng)、處理能力強(qiáng)、低功耗等優(yōu)點(diǎn)[2]，目前已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)方面，廣泛應(yīng)用于智能化管理及控制、家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域。

1.2 單片機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

1.2.1 使用壽命長(zhǎng)

這里所說的使用壽命既包含與微處理器相比的使用壽命也包含利用單片機(jī)開發(fā)的產(chǎn)品的使用壽命。近些年伴隨著I/O功能模塊的不斷豐富以及較為成功的新型CPU核心技術(shù)的更新，在給用戶帶來更多選擇的同時(shí)，也使生命周期逐漸延長(zhǎng)。

1.2.2 計(jì)算速度快

與MPU通過不斷增高時(shí)鐘頻率而提高運(yùn)作速度不同，單片機(jī)為了降低噪音、提高抗干擾性能，會(huì)在不提高時(shí)鐘頻率的前提下，通過改變內(nèi)部時(shí)序大大提高運(yùn)算速度。

1.2.3 低噪聲與高可靠性

可靠性是單片機(jī)運(yùn)作過程中的首要因素，因此為了提高單片機(jī)的可靠性，在單片機(jī)設(shè)計(jì)過程中引入EFT技術(shù)，消除毛刺信號(hào)，使系統(tǒng)時(shí)鐘的信號(hào)工作保持正常，提高單片機(jī)的可靠性。為了降低系統(tǒng)噪聲，目前許多單片機(jī)都改變了以往將電源及地線安置在集成電路外殼對(duì)稱引腳上的方式，而是采用32低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)，將地線和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上[3]。

2 單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用

2.1 單片機(jī)在家用電器中的應(yīng)用

家用電器是我們生活中的必備用品，在生活中隨處可見，如冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等，近些年隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，家用電器也是不斷更新?lián)Q代，越來越智能化。根據(jù)不同的家用電器特點(diǎn)對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)，進(jìn)行針對(duì)性的編程并實(shí)現(xiàn)特定的功能，然后將其嵌入到家用電器中去，提高家用電器的功能，擴(kuò)展了家用電器的工作空間，實(shí)現(xiàn)了家用電器的智能化和自動(dòng)化。如傳統(tǒng)的洗衣機(jī)完全需要人工進(jìn)行操作，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，將單片機(jī)應(yīng)用于洗衣機(jī)，使用者可以根據(jù)自身需要按下按鈕，洗衣機(jī)就會(huì)按照預(yù)先設(shè)定好的程序進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)的全自動(dòng)化控制，極大的方便了人們的生活。

2.2 單片機(jī)在通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用

近些年以手機(jī)為代表的無線通訊系統(tǒng)發(fā)展迅速，智能手機(jī)得到迅速普及，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，手機(jī)除了原有的通話功能、錄音功能外，語(yǔ)音功能越來越強(qiáng)大，而手機(jī)的錄音和語(yǔ)音功能都與單片機(jī)有著密切的聯(lián)系，單片機(jī)在手機(jī)通話錄音時(shí)對(duì)請(qǐng)求信號(hào)予以收集，隨后發(fā)出控制信號(hào)。為了收集音頻信息，手機(jī)的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)會(huì)在音頻入口處設(shè)置單片機(jī)，在分辨之后向其它部件下發(fā)信息，開展相關(guān)操作[4]。

2.3 單片機(jī)在醫(yī)用領(lǐng)域中的應(yīng)用

醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的智能化程度和精度隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷提高，單片機(jī)具有很強(qiáng)的運(yùn)算和控制能力，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小等優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了醫(yī)用儀器小型化的快速發(fā)展，除此之外利用單片機(jī)還可以有效測(cè)量出人體的各項(xiàng)生理參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生理信號(hào)的并行傳輸，對(duì)醫(yī)療數(shù)據(jù)的內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。單片機(jī)在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用，使醫(yī)療設(shè)備更加自動(dòng)化、智能化，極大的增強(qiáng)了設(shè)備檢測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性，為醫(yī)療診治提供了可靠保障，促進(jìn)了醫(yī)院數(shù)字檔案管理的發(fā)展。

2.4 單片機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

自動(dòng)化技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展使工業(yè)領(lǐng)域在工作環(huán)境、工作效率和生產(chǎn)質(zhì)量等方面都有所改善。單片機(jī)與工業(yè)智能技術(shù)融合后，可以利用單片機(jī)的過程控制與數(shù)據(jù)采集，提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程控制，讓人工操作變?yōu)槿斯た刂?，保證流水線作業(yè)體系，單片機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用保證了工業(yè)生產(chǎn)的安全及效率，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于流水線作業(yè)系統(tǒng)、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等行業(yè)。

2.5 單片機(jī)在儀器儀表中的應(yīng)用

在智能儀器儀表中加入單片機(jī)，可以大幅提升數(shù)據(jù)的運(yùn)算速度，滿足復(fù)雜計(jì)算的需要，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確?？刂七^程的穩(wěn)定性，為儀器儀表的功能部件提供更加穩(wěn)定的運(yùn)行條件，而單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)和選型是單片機(jī)在儀器儀表設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3 單片機(jī)的技術(shù)開發(fā)

3.1 CPU的開發(fā)

尋址的具體范圍由中央處理器CPU的地址總線寬度直接決定，單次可以獲取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度由數(shù)據(jù)總線進(jìn)一步?jīng)Q定，為了解決單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理功能過緩的問題，可以改進(jìn)單片機(jī)的CPU總線寬度，目前CPU的總線寬度已經(jīng)由8位擴(kuò)展至32位或48位，大大提高了信息的處理能力。另外為了提高單片機(jī)的整體性能，應(yīng)當(dāng)對(duì)單片機(jī)CPU的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)，從原有的一個(gè)CPU擴(kuò)展至兩個(gè)或者三個(gè)CPU同時(shí)運(yùn)行。

3.2 程序的開發(fā)

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)的開發(fā)已經(jīng)從單純的裸機(jī)開發(fā)發(fā)展至目前的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，開發(fā)人員可以根據(jù)需求預(yù)先在單片機(jī)中編制好指令操作程序，在實(shí)際的使用過程中單片機(jī)在接收到指令時(shí)，會(huì)按照設(shè)計(jì)好的指令，及時(shí)作出反饋，自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)程序。由于單片機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，將單片機(jī)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相融合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集、處理、分析，提高了計(jì)算機(jī)的實(shí)用性與可靠性，因此單片機(jī)以其自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)備受青睞，具備廣闊的發(fā)展前景。

3.3 C語(yǔ)言程序開發(fā)

C語(yǔ)言具有較強(qiáng)的編程能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)編程語(yǔ)言的開展編譯、處理等工作，從某種程度上可以代表單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力，因此為了確保單片機(jī)在復(fù)雜的計(jì)算機(jī)環(huán)境和控制環(huán)境中的正常使用，有效擴(kuò)展單片機(jī)在電子技術(shù)中實(shí)現(xiàn)全面、廣泛的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)C語(yǔ)言系統(tǒng)的程序優(yōu)化。

3.4 計(jì)算機(jī)開發(fā)

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信息相互連接，通信接口已經(jīng)成為單片機(jī)的重要組成部分，在大多數(shù)通信設(shè)備中都需要單片機(jī)進(jìn)行智能化控制，通信接口的設(shè)置為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備的應(yīng)用提供了有效、準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)，因此為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)在電子技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)，使各種格式的數(shù)據(jù)信息都能在計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間進(jìn)行有效、快速的傳輸。

4 結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)作為電子技術(shù)嵌入式系統(tǒng)的典型代表，給我們的生活帶來了極大的便利，滲透到了生活的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化控制意義重大， 其開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)得到了人們的高度重視。