單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)分析

任華魁

（開(kāi)封市信息工程學(xué)校 河南省開(kāi)封市 475000）

基于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體系下，嵌入式技術(shù)在我國(guó)電子技術(shù)領(lǐng)域中具有非常好的發(fā)展前景，取得了舉世矚目的應(yīng)用效果。在電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展過(guò)程中，單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，其屬于目前比較流行的一種嵌入式系統(tǒng)，滲透到日常的生產(chǎn)和生活的各個(gè)角落，不僅可以提高人們的工作效率，而且還可以提高人們的生活水平。同時(shí)，單片機(jī)具有功能齊全、抗干擾能力強(qiáng)、控制力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)電子技術(shù)的智能化發(fā)展，下面將會(huì)對(duì)電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)情況進(jìn)行分析。

1 單片機(jī)概述

1.1 單片機(jī)概念

單片機(jī)是在大規(guī)模集成電路基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)集成芯片，其在一塊硅片上將具有數(shù)據(jù)處理能力的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、多種I/O接口、中斷系統(tǒng)、中央處理器CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等集成在一起構(gòu)建微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其具有如下特點(diǎn)：

（1）主流單片機(jī)一般涉及到CPU、128B容量的RAM、4KB容量的ROM、4個(gè)8位并行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、全雙工串口行口、SPI、I2C、ISP、ADC/DAC、IAP；

（2）處理功能強(qiáng)，速度快；

（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)模塊化；

（4）低功耗，低電壓，能夠生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；

（5）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；

（6）控制功能強(qiáng)。

1.2 單片機(jī)結(jié)構(gòu)

單片機(jī)一般是以集成電路技術(shù)為核心，其組成部分比較多，但是其結(jié)構(gòu)（圖1）主要包括下面三個(gè)部分：

（1）存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器在單片機(jī)所有組成部分中發(fā)揮著不可替代的作用，其可細(xì)分為256個(gè)單元，而且各個(gè)單元均采用了不同的地址，每一個(gè)地址均能夠借助16進(jìn)制數(shù)來(lái)給予表示，即從“00H”到“FFH”。通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，各存儲(chǔ)單元都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)1個(gè)八位二進(jìn)制信息的存放，并借助16進(jìn)制數(shù)來(lái)給予顯示。

（2）控制器。對(duì)于單片機(jī)而言，控制器在CPU中一般發(fā)揮神經(jīng)中樞功能，其一般是由程序計(jì)數(shù)器PC、定時(shí)控制邏輯電路、譯碼器、地址指針等部分組成，其中16位寄存器結(jié)合在一起組成了程序計(jì)數(shù)器PC。在具體操作階段，需要將對(duì)應(yīng)的指令字節(jié)結(jié)合中央處理器所指定的地址給予正確的存放，并將指令代碼通過(guò)寄存器的功能翻譯成相匹配的控制信號(hào)，此時(shí)被攜帶的信號(hào)將會(huì)在相應(yīng)的時(shí)間與時(shí)鐘脈沖實(shí)現(xiàn)結(jié)合，以此來(lái)在電路中產(chǎn)生規(guī)律變化的電平和時(shí)鐘，即所謂的控制信息，在中央控制器中，這些信息發(fā)揮著控制和協(xié)調(diào)作用。

（3）運(yùn)算器。運(yùn)算器的組成部分包括了布爾處理器、標(biāo)志寄存器 PSW、邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACC、暫存器TMP、寄存器B等，其中，ALU是最為核心的組成部分，其可以確保邏輯運(yùn)算工作的順利完成，然而在單片機(jī)中，該部分的工作頻率并非是最高的部位，因?yàn)樵诰唧w操作階段，累加器 ACC是運(yùn)用最多的部位，在進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)，第一個(gè)用到的便是累加器，這樣起來(lái)在開(kāi)始運(yùn)算之前，需要在累加器ACC中對(duì)操作數(shù)暫時(shí)存儲(chǔ)，且在運(yùn)算完成后，把最后的結(jié)果借助累加器ACC保存起來(lái)。如果出現(xiàn)乘法和除法運(yùn)算時(shí)，可以選擇寄存器B，或者借助標(biāo)志寄存器PSW來(lái)對(duì)運(yùn)算結(jié)果的某些特征進(jìn)行暫存，如是否存在進(jìn)位、是否出現(xiàn)錯(cuò)位等。

1.3 單片機(jī)優(yōu)勢(shì)

（1）保證可靠性。在單片機(jī)應(yīng)用過(guò)程中，為了保證其可靠性，部分廠家在設(shè)計(jì)中開(kāi)始注重對(duì)各種新型技術(shù)的應(yīng)用，其中EFT技術(shù)得到了最為廣泛的應(yīng)用。EFT技術(shù)屬于抗干擾技術(shù)，其主要是以單片機(jī)為基礎(chǔ)，并以正弦信號(hào)為載體來(lái)確保各項(xiàng)功能的順利實(shí)現(xiàn)。在EFT震蕩電路實(shí)際運(yùn)行階段，當(dāng)正弦信號(hào)遭受外界因素干擾時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致其波形自動(dòng)產(chǎn)生毛刺信號(hào)，在接收到警告信息時(shí)，用戶(hù)就能夠?qū)纹瑱C(jī)系統(tǒng)的干擾情況給予及時(shí)處理。同時(shí)，在單片機(jī)設(shè)計(jì)階段，要合理選擇可靠性較高的技術(shù)，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子技術(shù)的深入開(kāi)發(fā)，而且還可以有效提高單片機(jī)運(yùn)行的可靠性。

（2）延長(zhǎng)使用壽命。如今，半導(dǎo)體技術(shù)在我國(guó)得到了快速發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了MPU的更新，且在I/O功能模塊的推動(dòng)下，新研發(fā)的CPU核心功能得以豐富。隨著CPU核心產(chǎn)品的拓展，在一定程度上推動(dòng)了單片機(jī)各類(lèi)型的快速發(fā)展，如8位、16位、32位，這樣一來(lái)用戶(hù)就可以從自身實(shí)際出發(fā)來(lái)對(duì)單片機(jī)類(lèi)型進(jìn)行合理選擇。在電子技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要結(jié)合自身需求來(lái)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行科學(xué)、合理的選擇，使其更好的滿(mǎn)足電子技術(shù)開(kāi)發(fā)多元化發(fā)展。大量的調(diào)查與研究發(fā)現(xiàn)，在電子技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，引入單片機(jī)，可以使電子技術(shù)的使用壽命得到有效延長(zhǎng)。

2 在電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用情況

2.1 在家用電器中的應(yīng)用

在城市建筑內(nèi)部，家用電器是比較重要的組成部分，其不僅可以滿(mǎn)足人們的日常所需，而且還可以有效提高人們的生活水平。如今，城市居民生活水平不斷提高，并且智能化概念開(kāi)始慢慢走入人們的日常生活環(huán)境中，借助單片機(jī)的應(yīng)用既可以充分發(fā)揮家用電器的優(yōu)勢(shì)，而且還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器各項(xiàng)功能的有效延伸，進(jìn)而滿(mǎn)足可持續(xù)性發(fā)展需求。同時(shí)，將單片機(jī)融入到家用電器中，還可以使其自身性能得到提升，在構(gòu)建整體建筑空間功能體系的基礎(chǔ)上，為家電企業(yè)市場(chǎng)營(yíng)造良好的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。例如，在冰箱中應(yīng)用單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)冰箱時(shí)間、溫度等的自動(dòng)調(diào)節(jié)，而且還可以對(duì)冰箱中蔬菜水果的自動(dòng)識(shí)別，并制定科學(xué)、合理的儲(chǔ)存方案；在洗衣機(jī)中應(yīng)用單片機(jī)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)洗滌時(shí)間、洗滌強(qiáng)度、洗滌劑用量的有效控制，而且洗衣機(jī)還可以對(duì)清洗衣物的種類(lèi)給予自動(dòng)識(shí)別和判斷，并自動(dòng)提示可選擇的洗滌模式；在攝像機(jī)中應(yīng)用單片機(jī)，可以根據(jù)外界環(huán)境來(lái)使攝像機(jī)的光圈和焦距實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，并為其自動(dòng)推薦拍照模式，進(jìn)而提高拍攝水平。

2.2 在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

在現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，單片機(jī)的應(yīng)用不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)控制領(lǐng)域各參數(shù)的有效調(diào)節(jié)，而且還可以有效提高其生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量。如今，隨著計(jì)算機(jī)、電力電子技術(shù)、信息技術(shù)的應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)和控制開(kāi)始逐漸朝著智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。由于單片機(jī)具有體積小、集成性高、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此在智能儀表設(shè)計(jì)中取得了比較好的應(yīng)用效果。通常情況下，工業(yè)控制系統(tǒng)需要具備強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，良好的數(shù)據(jù)處理能力，進(jìn)而達(dá)到智能控制的效果。如今，大多數(shù)工業(yè)企業(yè)是由各種RTU、DCS、PLC、HMI、測(cè)控設(shè)備等集合在一起組成過(guò)程控制系統(tǒng)，其可以確?；旧a(chǎn)控制工作的順利進(jìn)行。在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用單片機(jī)，既能夠完成實(shí)時(shí)自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集，而且還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和管理，進(jìn)而達(dá)到降低人工成本的目的。例如，門(mén)禁系統(tǒng)中引入單片機(jī)可以借助感應(yīng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)大門(mén)的自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉；在自動(dòng)消防和警報(bào)系統(tǒng)中引入單片機(jī)，能夠基于環(huán)境變化來(lái)構(gòu)建智能化統(tǒng)籌平臺(tái)，以確保消防職能的充分發(fā)揮。

2.3 在通訊行業(yè)中的運(yùn)用

目前，通訊科技在我國(guó)已經(jīng)取得了比較好的成就，其表現(xiàn)方式呈現(xiàn)出多元化的特點(diǎn)，在加劇電子通訊行業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，有效推動(dòng)了通訊行業(yè)的發(fā)展。如今，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件的發(fā)展，手機(jī)和電話(huà)產(chǎn)品層出不窮，也涌現(xiàn)出大量的通訊企業(yè)。與之前有所不同，現(xiàn)在的電話(huà)不僅能夠進(jìn)行聊天，而且還增添了其他功能，例如現(xiàn)在大多數(shù)電話(huà)增添了錄音功能，借助單片機(jī)可以對(duì)相關(guān)語(yǔ)音信息進(jìn)行采集和匯總，并向電話(huà)對(duì)總的控制信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。如果此時(shí)信號(hào)突然中斷，將會(huì)增加技術(shù)人員的控制難度，由此單片機(jī)就可以獲得更多電壓，進(jìn)而使上述問(wèn)題得到有效解決。在手機(jī)中，單片機(jī)的運(yùn)用也同樣如此，其涵蓋了多種語(yǔ)音功能，并對(duì)手機(jī)中的語(yǔ)音信息給予分類(lèi)和匯總。

2.4 在醫(yī)療器械領(lǐng)域中的應(yīng)用

在醫(yī)療器械領(lǐng)域中，要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)、完善的醫(yī)療體系，其不僅可以使城市整體功能環(huán)境得到完善，而且還可以提供完善的治療方案，以此來(lái)提高患者的治療效果和生活質(zhì)量。在醫(yī)療器械領(lǐng)域應(yīng)用單片機(jī)，可以在基于醫(yī)療需求的同時(shí)來(lái)提供有效的數(shù)據(jù)分析和查詢(xún)功能，以保證診斷下藥的準(zhǔn)確性，在提高整體醫(yī)療水平的同時(shí)，還可以為提高患者的身體健康奠定良好基礎(chǔ)。例如，在超聲波儀器檢測(cè)中應(yīng)用單片機(jī)，可以對(duì)各種疾病進(jìn)行準(zhǔn)確分析，做到對(duì)癥治療，并降低誤診和漏診的發(fā)生率。此外，單片機(jī)的發(fā)展也可以使醫(yī)療器械朝著精確智能化的方向發(fā)展，其中超聲波檢測(cè)系統(tǒng)、健康檢測(cè)儀器和X光檢測(cè)儀等是最常用的單片機(jī)醫(yī)用儀器。

2.5 在儀器儀表領(lǐng)域中的應(yīng)用

通過(guò)構(gòu)建儀器儀表體系，可以對(duì)工業(yè)制造水平的整體高低給予直觀反映，此時(shí)引入單片機(jī)技術(shù)，不僅可以有效延伸整體智能化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，而且還可以基于內(nèi)部集成來(lái)為整體儀器儀表數(shù)據(jù)分析提供參考，并推動(dòng)儀器儀表設(shè)備朝著智能化與數(shù)字化的方向發(fā)展，進(jìn)而提高儀器儀表的整體監(jiān)控水平。例如，在航空儀器儀表環(huán)境中，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)整體儀器儀表的安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還可以有效降低事故發(fā)生率，在滿(mǎn)足現(xiàn)有航空電子系統(tǒng)基本需求的同時(shí)，為信息傳遞提供保障。

2.6 在電腦病毒中的應(yīng)用

目前，電腦和網(wǎng)絡(luò)是人們?nèi)粘９ぷ?、生活中必不可少的組成部分，在網(wǎng)絡(luò)正常使用過(guò)程中，病毒會(huì)突然襲擊電腦，導(dǎo)致電腦無(wú)法正常運(yùn)行。通常情況下，電腦上網(wǎng)時(shí)，容易遭受木馬病毒入侵，主要是由于電腦有一個(gè)外部接入設(shè)備，其是木馬病毒傳播的主要媒介，稍有疏忽就有可能感染病毒，其中最常見(jiàn)的外部接入設(shè)備是USB接口和開(kāi)關(guān)。為了避免電腦遭受病毒入侵，則可以選擇單片機(jī)座位媒介來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以此來(lái)確保電腦的安全、高效運(yùn)行。

3 在電子技術(shù)中單片機(jī)的開(kāi)發(fā)

3.1 CPU的開(kāi)發(fā)

（1）開(kāi)發(fā)CPU的實(shí)際結(jié)構(gòu)。單片機(jī)主要是以CPU運(yùn)行為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)功能的有效發(fā)揮，在對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)與開(kāi)發(fā)后，能夠?qū)崿F(xiàn)2-3個(gè)CPU的同步運(yùn)行，進(jìn)而使單片機(jī)的整體性能得到提升；

（2）開(kāi)發(fā)CPU總線寬度。通常情況下，CPU地址總線寬度將會(huì)對(duì)尋址具體范圍起到?jīng)Q定性作用，而單次可以獲得的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度由數(shù)據(jù)總線決定。實(shí)際上，CPU地址總線寬度在初期只是8位，并且在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下和實(shí)際需求的不斷增長(zhǎng)，需要擴(kuò)展為32位或48位，這樣不僅可以使單片機(jī)信息梳理功能得到改善，而且還可以使信息梳理效率與速度得到提升。

3.2 程序的開(kāi)發(fā)

如今，在各領(lǐng)域中單片機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，這樣就需要做好單片機(jī)的改良工作，而對(duì)于單片機(jī)的開(kāi)發(fā)不在簡(jiǎn)單的局限于裸機(jī)，需要借助自身對(duì)程序的換算及識(shí)別來(lái)確保任務(wù)的獨(dú)自完成。單片機(jī)除了在數(shù)據(jù)運(yùn)算、儲(chǔ)存及傳輸?shù)确矫婢哂斜容^強(qiáng)的能力，而且還可以在識(shí)別周邊環(huán)境的同時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)外部物理參數(shù)的運(yùn)算，具有快速、準(zhǔn)確、高效的運(yùn)算特點(diǎn)，滿(mǎn)足快節(jié)奏的生活模式。

3.3 計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)

每一個(gè)單片機(jī)都配備了通信接口，其能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)間數(shù)據(jù)的有效連接，不僅可以確保數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確、有效，而且還可以為通信設(shè)施設(shè)備與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的合理應(yīng)用提供保障。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化和開(kāi)發(fā)，則需要對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過(guò)與通信數(shù)據(jù)的連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效傳遞。

3.4 存儲(chǔ)器的開(kāi)發(fā)

在單片機(jī)中，存儲(chǔ)功能是其中最實(shí)用和強(qiáng)大的一項(xiàng)功能，因此要對(duì)存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)給予重視。在存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)過(guò)程中，最好以傳統(tǒng)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)功能為核心來(lái)對(duì)閃速型存儲(chǔ)器進(jìn)行分析，并注重對(duì)新型存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)讀寫(xiě)，而且還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)讀寫(xiě)，使其存儲(chǔ)性能得到改善，避免由于單片機(jī)掉電而誘發(fā)信息丟失，使單片機(jī)的有效性與便捷性得到提升。

3.5 C語(yǔ)言程序的開(kāi)發(fā)

在復(fù)雜的計(jì)算機(jī)與控制體系中，為了確保單片機(jī)的正常有序運(yùn)行，則需要注重C語(yǔ)言程序的開(kāi)發(fā)，以確保單片機(jī)在電子技術(shù)中得到廣泛、高效的應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)作為集成性電路芯片具有便攜、能耗低、可靠等優(yōu)點(diǎn)，在家用電器、工業(yè)控制、通訊行業(yè)、醫(yī)療器械、儀器儀表及電腦病毒中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了比較好的應(yīng)用效果。在電子技術(shù)中，為了進(jìn)一步推動(dòng)單片機(jī)的發(fā)展，還需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以此來(lái)充分發(fā)揮單片機(jī)的功能，提高電子技術(shù)發(fā)展水平。