單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)分析

河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué) 李香服 胡雪花

當(dāng)前，電子技術(shù)發(fā)展迅猛，成為各領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)。單片機憑借其技術(shù)優(yōu)勢，在電子技術(shù)領(lǐng)域中得到了日漸廣泛的應(yīng)用。為實現(xiàn)對單片機的高效良好利用，充分發(fā)揮其作用，有必要加深對單片機技術(shù)應(yīng)用和開發(fā)的研究了解。本文簡述了單片機的原理和技術(shù)特點，淺析了單片機在電子技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，探究了單片機的開發(fā)技術(shù)，以期為相關(guān)研究提供借鑒。

20世紀(jì)70年代，單片機發(fā)展迅速，形成了齊備的品種和豐富的功能。為更好滿足電子技術(shù)相關(guān)應(yīng)用需求，通常在電子技術(shù)中嵌入單片機微控設(shè)備。近年來，單片機開發(fā)技術(shù)日益成熟，單片機技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢顯著增強。

1 單片機

單片機是指電路芯片形成的集成，依托規(guī)模巨大的集成電路，在硅片上對CPU、RAM和ROM等功能進(jìn)行集成，對小型計算機系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建完善。當(dāng)前，單片機在諸多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。其基本原理是在具有集成性特點的可編程電路中，各部件完成相應(yīng)的指令任務(wù)。一般是集成電路對指令任務(wù)進(jìn)行編寫，再通過各部件對指令任務(wù)進(jìn)行完成。在對指令實施操作的具體環(huán)節(jié)中，各部件需形成聯(lián)合協(xié)作，無法獨立操作。

單片機主要由三個部分構(gòu)成：（1）控制器。在單片機中，控制器占據(jù)著核心地位，是中心操作環(huán)節(jié)，其作用類似人體大腦，發(fā)揮著總體控制的關(guān)鍵作用。控制器以單片機結(jié)構(gòu)為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計，能對單片機狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，促進(jìn)各部分實現(xiàn)協(xié)調(diào)運行。（2）儲存器。從實質(zhì)上來看，儲存器發(fā)揮著記憶感應(yīng)器的作用，單片機通過儲存器對指令進(jìn)行獲取，并對各部分地址劃分進(jìn)行獲取，能保障單片機各部分結(jié)構(gòu)的良好運轉(zhuǎn)。（3）運算器。電子技術(shù)以運算為核心，通過運算才能保障各項基本操作。在單片機中，運算器最為忙碌。

單片機主要具備如下技術(shù)特點：（1）使用期限較長。與微處理器相比，單片機的使用期限更長。當(dāng)前，半導(dǎo)體技術(shù)實現(xiàn)了迅猛發(fā)展，加速了MPU更新。新型CPU核心技術(shù)日益豐富，具有較長的生存周期。（2）運算速度快。單片機提高了抗干擾性能，并降低了噪音。單片機強調(diào)在降低時鐘頻率的前提下，保持較快的運算速度。單片機改善了內(nèi)部時序，在保持原有時鐘頻率的前提下，大幅度加快了運算速度。（3）具有良好的減噪效果，且可靠性較強。單片機生產(chǎn)廠家在對單片機進(jìn)行設(shè)計時，對多種新技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，增強了單片機的可靠性。例如，EFT技術(shù)的抗干擾性能較強，在振蕩電路中，外界因素對正弦信號造成干擾，各毛刺信號迭加于其波形上，即觸發(fā)信號干擾正常時鐘。對施密特電路和RC濾波進(jìn)行交替使用，能消除毛刺，使時鐘信號恢復(fù)正常。當(dāng)前，單片機在相鄰引腳上對電源和地線引腳進(jìn)行安置，不僅能降低穿過芯片的相應(yīng)電流，還便于在電路板上布置去耦電容，能有效降低系統(tǒng)噪聲。

2 單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用

2.1 在通訊行業(yè)中的應(yīng)用

電子技術(shù)能增強人際聯(lián)系，并推動產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)良好的無線整合。智能化和移動設(shè)備的廣泛應(yīng)用深刻改變了日常生活，先進(jìn)的通訊技術(shù)有賴于對單片機的應(yīng)用。例如，手機錄音功能在采集語音信息的過程中，發(fā)生信號中斷后，單片機通過對電壓的自動獲取，保障信號繼續(xù)。同時，手機識別語音技術(shù)也對單片機技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，利用單片機形成音頻接入點，促進(jìn)手機增強自動識別性能。

2.2 在網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用

在對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行使用的過程中，極易出現(xiàn)病毒襲擊電腦的情況。這是由于電腦具有外部接入設(shè)備，木馬病毒會通過該設(shè)備傳播，形成對電腦的侵襲。網(wǎng)絡(luò)病毒肆虐嚴(yán)重威脅網(wǎng)絡(luò)安全，不僅影響人們的生產(chǎn)生活，還會竊取信息數(shù)據(jù)和保密資料。利用單片機對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，能有效規(guī)避網(wǎng)絡(luò)病毒對電腦的侵襲，能有效保障電腦數(shù)據(jù)和資料的安全。

2.3 在出租車計價器中的應(yīng)用

單片機經(jīng)過長期發(fā)展，形成了豐富的功能，在出租車計價器中得到了廣泛應(yīng)用。利用單片機監(jiān)控出租車的速度和行駛路程，能實現(xiàn)對計算機的準(zhǔn)確控制，并計算數(shù)據(jù)，對出租車單價進(jìn)行實時顯示，能實現(xiàn)對司機和乘客雙方權(quán)益的有效保障。單片機還具備自動感應(yīng)功能，能對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效收集和集中處理。

2.4 在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用

單片機在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用，有效保障了醫(yī)療設(shè)備的先進(jìn)性，能促進(jìn)患者增加對醫(yī)療機構(gòu)和醫(yī)療服務(wù)的滿意度。單片機的集成功能極為強大，在電子醫(yī)療設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。例如，單片機與檢測分析設(shè)備的融合，單片機與超聲分析設(shè)備的融合，單片機與病房呼叫和監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的融合等。

2.5 在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

當(dāng)前，工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了良好的自動化發(fā)展。部分工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境較為特殊，對人體產(chǎn)生的健康危害較大，其工業(yè)生產(chǎn)活動的危險性較高。利用自動化設(shè)備開展工業(yè)生產(chǎn)，能有效保障工人安全和身體健康。在工業(yè)領(lǐng)域，利用單片機采集數(shù)據(jù)信息，實施程序控制，能促進(jìn)工業(yè)管理目標(biāo)的良好實現(xiàn)，能促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展。單片機在流水線作業(yè)和報警系統(tǒng)中的應(yīng)用較多。自動化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的落實，從整體上改善了工業(yè)生產(chǎn)條件，能實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)的細(xì)致調(diào)控。在高危險工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用單片機，能創(chuàng)設(shè)良好協(xié)調(diào)處理數(shù)據(jù)的良好條件，能實現(xiàn)對工業(yè)技術(shù)的持續(xù)良好落實，增強工業(yè)生產(chǎn)的安全性。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中構(gòu)建自動消防系統(tǒng)和警報系統(tǒng)，能以環(huán)境變化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，促進(jìn)單片機功能對智能統(tǒng)籌平臺的貫徹，為消防職能的良好發(fā)揮創(chuàng)設(shè)良好條件，并實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境安全的有效保障。超聲波儀器在實施檢測時，能將現(xiàn)象條件作為依據(jù)對患者身體狀況進(jìn)行確定，并完善觀察環(huán)境，從整體上提高醫(yī)療效率。

3 單片機的開發(fā)技術(shù)

3.1 CPU開發(fā)技術(shù)

基于對CPU的改進(jìn)，研發(fā)單片機，主要包括如下內(nèi)容：一，對CPU總線寬度進(jìn)行改進(jìn)。以往，建立CPU總線寬度的基礎(chǔ)為8位，對之進(jìn)行改進(jìn)后，可開發(fā)拓展為32位或者48位，能有效增強單片機處理信息的功能；二，對CPU結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)。傳統(tǒng)單片機的建立只有一個CPU基礎(chǔ)，對之進(jìn)行開發(fā)改進(jìn)后，可形成兩到三個CPU基礎(chǔ)。

3.2 存儲設(shè)備的開發(fā)技術(shù)

當(dāng)前，單片機的研發(fā)重點之一是改進(jìn)存儲設(shè)備。例如，對存儲設(shè)備具備的讀寫功能實施研究，采用閃速型存儲設(shè)備，具備靜態(tài)讀寫和動態(tài)讀寫的雙重功能。在使用單片機的過程中，發(fā)生掉電情況時，能避免信息丟失，增強了單片機的高效性和便捷性。

3.3 能耗降低技術(shù)

CPU技術(shù)更新能促進(jìn)MUP技術(shù)實現(xiàn)革新發(fā)展，進(jìn)而加快單片機的運轉(zhuǎn)速度，并提高振幅運動頻率。在一般情況下，單片機轉(zhuǎn)速越快，則耗能越多。能耗過大不僅會縮短單片機的實際使用期限，還會形成噪音。因此，在保持高轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對噪音的減少和能耗的降低，是單片機極為關(guān)鍵的開發(fā)技術(shù)。對單片機內(nèi)部順序進(jìn)行改變，對其整體振動頻率進(jìn)行利用，實現(xiàn)對單片機所需能耗的降低，并延長其使用壽命，加快其運行速度。在機器使用過程中，依靠高速運轉(zhuǎn)完成工作的單片機難免會產(chǎn)生噪音。設(shè)計人員對單片機轉(zhuǎn)速進(jìn)行降低來防止噪音產(chǎn)生，難以形成良好效果。對單片機運轉(zhuǎn)進(jìn)行檢驗可知，噪音來源主要是集成電路，電源噪音對電子芯片形成撞擊即產(chǎn)生噪音。可改變電源原位置，防止電源噪音對電子芯片的撞擊，從整體上減少噪音，增強用戶體驗感。

3.4 單片機程序開發(fā)技術(shù)

單片機開發(fā)日益形成自動執(zhí)行程序，突破了傳統(tǒng)的裸機開發(fā)環(huán)境。單片機開發(fā)已逐步實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲以及對數(shù)據(jù)的自由傳輸功能，增強了單片機技術(shù)的適用性。單片機內(nèi)部設(shè)置的計算機系統(tǒng)通過有序運行，能全面采集和有效處理外部環(huán)境形成的各項參數(shù)數(shù)據(jù)。單片機在處理數(shù)據(jù)信息時，應(yīng)將實際情況作為依據(jù)，對系統(tǒng)程序?qū)嵤﹥?yōu)化改良，增強對外界信息的反應(yīng)處理速度，拓寬單片機的實際使用范圍，并提高其使用效率。另外，單片機開發(fā)應(yīng)圍繞C語言實施改進(jìn)調(diào)整，據(jù)此增強單片機對外界環(huán)境的適應(yīng)速度和適應(yīng)能力，進(jìn)而擴充其功能種類和適用范圍。

綜上所述，單片機使用期限較長，運算速度快，具有良好的減噪效果，且可靠性較強。單片機在通訊行業(yè)、網(wǎng)絡(luò)安全、出租車計價器、醫(yī)療設(shè)備以及工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。單片機的開發(fā)技術(shù)主要包括CPU開發(fā)技術(shù)、存儲設(shè)備的開發(fā)技術(shù)、能耗降低技術(shù)以及單片機程序開發(fā)技術(shù)。當(dāng)前，相關(guān)人員應(yīng)加強對單片機的技術(shù)開發(fā)和推廣應(yīng)用，加快單片機的轉(zhuǎn)速，增強單片機的處理能力，促進(jìn)單片機在更多領(lǐng)域充分發(fā)揮其作用。