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

王娟穎

（衡水學院，河北 衡水 053000）

單片機是現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是新時代人類智慧的結(jié)晶，將單片機應(yīng)用于電子技術(shù)領(lǐng)域可以優(yōu)化許多產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，對大眾生活的方式形成一種轉(zhuǎn)變，提升了各個領(lǐng)域運作的效率，使許多復雜、繁瑣的過程變得簡單化、高效化。所謂單片機，就是指在電子芯片的基礎(chǔ)上構(gòu)成的相對完整的計算機系統(tǒng)，可以在單片機中達到計算機的一些日常功能，而這些功能都是通過芯片實現(xiàn)的，包括計算機外部的總線及內(nèi)存等部分，由此可以看出，單片機的功能是非常強大的，僅在一塊芯片上就可以集成計算機的一些功能，如網(wǎng)絡(luò)、圖像與聲音的輸出功能[1]。單片機的出現(xiàn)讓現(xiàn)代人的生活更加豐富多彩，人們對信息的需求可以從單片機中得到滿足，推動著我國電子技術(shù)的快速發(fā)展。

1 單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用原理

單片機的構(gòu)成包括控制器、運算設(shè)備及儲存器等系統(tǒng)，而今已經(jīng)發(fā)展為一種十分常用的控制系統(tǒng)，在社會的各個領(lǐng)域、人們的生活中隨處可見，包括工業(yè)生產(chǎn)的自動化設(shè)備、各個領(lǐng)域所使用的儀表盤、終端移動電子通訊設(shè)備等，都包含著單片機的應(yīng)用。單片機的構(gòu)成原理并不簡單，是通過集成可編程性的電路，完成各部分組件所發(fā)出的指令的過程。也就是將集成電路作為編寫指令的單元，再分配給電路中的各個部件完成指令任務(wù)，實際操作中，各個部分都可以協(xié)同完成操作，而不是獨立的某一個單元完成操作。在單片機的集成電路中，完成指令任務(wù)的部分便被稱為程序，不同類型的單片機所具備的任務(wù)完成能力是各不相同的。與洽談嵌入式的系統(tǒng)相比，單片機的優(yōu)勢非常明顯，其體積較小、易于攜帶，比其他系統(tǒng)的集成度更高，而且對能源的消耗速度較慢，本質(zhì)上屬于一種微型計算機的處理結(jié)構(gòu)，具有強大的數(shù)據(jù)儲存與指令發(fā)布功能[2]。在現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的過程中，單片機的應(yīng)用越來越廣泛，其應(yīng)用價值也體現(xiàn)在為人們的生活提供便利，操作穩(wěn)定、流暢性高，適用于更多的現(xiàn)代電子產(chǎn)品中。

2 單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性

單片機對數(shù)據(jù)處理的流程非常清晰，是先將相關(guān)數(shù)據(jù)收集起來，存在儲存器中，在系統(tǒng)下達指令以后，單片機進入工作模式的狀態(tài)，對數(shù)據(jù)進行處理。單片機在運行的過程中，由數(shù)據(jù)庫為各部分程序輸送相關(guān)參數(shù)信息，完成數(shù)據(jù)的備份工作并履行相關(guān)指令，與相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)合展開操作，根據(jù)指令代碼完成相關(guān)的任務(wù)。單片機可以實現(xiàn)計算機的控制，所以在電子技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢非常明顯，單片機需要在下達指令時了解指令的內(nèi)容，并對數(shù)據(jù)加以編輯，可以準確的識別信息，使整個工作中的電子技術(shù)運行狀態(tài)更加穩(wěn)定和可靠。

2.2 增強系統(tǒng)抗干擾性

應(yīng)用于電子技術(shù)中的單片機與傳統(tǒng)的單片機技術(shù)有所不同，在性能方面得到了顯著優(yōu)化，既改變了系統(tǒng)原有的非線性行為，使穩(wěn)定性得到大幅的提升，在工作效率方面也明顯提升，外界的許多干擾因素無法擾亂單片機的正常運行。如內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響、外部環(huán)境的影響等，這兩個方面對單片機的運行干擾性明顯降低，由此可見，現(xiàn)代單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用可以有效增強該系統(tǒng)的抗干擾性。

2.3 延長系統(tǒng)使用壽命

現(xiàn)代電子技術(shù)中的半導體技術(shù)發(fā)展十分迅速，對中央處理器的革新使其應(yīng)用效果更好，經(jīng)過單片機技術(shù)的調(diào)整，可以實現(xiàn)8 位、16 位、32 位的同步發(fā)展，那么用戶就可以根據(jù)自己的實際需求來選擇產(chǎn)品。從實際的調(diào)查中可以發(fā)現(xiàn)，融入單片機的電子技術(shù)產(chǎn)品的使用壽命更長，其微處理器的應(yīng)用效果更好，而且在成本方面，單片機的操作成本明顯更低，經(jīng)濟性優(yōu)勢非常顯著。

3 單片機在電子技術(shù)中的具體應(yīng)用

3.1 家用電器

現(xiàn)代社會已經(jīng)進入智能化的時代，許多家用電器中融入了智能化的功能，將單片機應(yīng)用于電子技術(shù)中，可以提升家用電器的智能化水平，拓展了現(xiàn)代家用電器的發(fā)展空間。如高級游戲機及相關(guān)電子玩具，在單片機的融合下，功能更加強大、流暢性更好；家用電器的智能洗衣機，可以在單片機的作用下調(diào)節(jié)洗滌強度與洗滌時間，便于人們在生活中使用，甚至能夠?qū)η逑匆挛锏臐崈舳冗M行識別，這對于傳統(tǒng)的家用洗衣機來說，無疑是一次巨大的創(chuàng)新；家用電器的智能冰箱，可以對蔬菜水果的保鮮程度加以識別，從而智能地調(diào)節(jié)溫度，其中都是將單片機作為核心系統(tǒng)制造的；還有使用單片機制造的現(xiàn)代攝影機，外部的環(huán)境及光圈的速度都會影響攝影的效果，在單片機的作用下，攝影機可以自動地調(diào)節(jié)情景模式及光圈速度，用更加智能化的方式優(yōu)化性能[3]。

3.2 醫(yī)用領(lǐng)域

現(xiàn)代醫(yī)療科技已經(jīng)非常發(fā)達，解決了許多人類醫(yī)療事業(yè)中的疑難雜癥，而這些先進的醫(yī)療設(shè)備中也有單片機的應(yīng)用，如醫(yī)院中使用的X光機、CT機等等，還有近年出現(xiàn)的自動報告機、自助掛號機等，優(yōu)化了醫(yī)院的服務(wù)功能，減少了患者就醫(yī)的時間。在快節(jié)奏的現(xiàn)代社會中，因單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用，提升了醫(yī)療機構(gòu)設(shè)備的優(yōu)越性，一方面可以切實提升醫(yī)療機構(gòu)的治療水平，為患者帶來更好的診治服務(wù)，曾經(jīng)的一些難以確診的疾病，在先進的設(shè)備應(yīng)用中可以為患者提供更準確的診斷結(jié)果；另一方面可以優(yōu)化了傳統(tǒng)就醫(yī)通道，讓患者節(jié)省許多就醫(yī)過程中浪費的時間，單片機的靈活性與擴展性非常強，這些優(yōu)勢在現(xiàn)代的醫(yī)療設(shè)備中得到了良好的體現(xiàn)，如醫(yī)院中的監(jiān)控系統(tǒng)及病房呼叫系統(tǒng)，在融合單片機技術(shù)以后，呼叫的效率更快，便于醫(yī)院方面及時做出應(yīng)急安排[4]。

3.3 工業(yè)領(lǐng)域

現(xiàn)代電子技術(shù)中融入單片機技術(shù)以后，在工業(yè)生產(chǎn)中也促成了自動化流水生產(chǎn)線的升級，具體來講，就是在現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展中，由于單片機技術(shù)的融合，使科技發(fā)展的水平更高，工業(yè)生產(chǎn)的操作更加流暢，而我國現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展進程更快。如工業(yè)信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)中融入了單片機技術(shù)以后，工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的控制效果更好，從主機向下級的生產(chǎn)線發(fā)布生產(chǎn)命令時，下級設(shè)備的響應(yīng)更加迅速，尤其是在工業(yè)流水生產(chǎn)線上，單片機的應(yīng)用優(yōu)勢更加明顯[5]。傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)往往需要人為操作加以監(jiān)督和管理，在單片機的控制下，人力的需求明顯降低，技術(shù)人員可以在流水生產(chǎn)線中設(shè)置報警系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)中出現(xiàn)問題，報警系統(tǒng)會迅速反饋信息給主系統(tǒng)，主系統(tǒng)會發(fā)出指令給管理人員，并采用一定的措施應(yīng)對，提升了對系統(tǒng)故障的響應(yīng)效率，可以推動現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)力的進步。

3.4 硬件設(shè)計

單片機的操控形式相對單一，可以通過接口來控制后續(xù)的設(shè)備而且控制的效果較好，無論軟件還是硬件，都可以達到兼容的效果，在一定程度上減少了主機對下屬設(shè)備操控所需要的時間。單片機在硬件設(shè)計中的應(yīng)用可以表現(xiàn)為多種形式，有的是簡單的系統(tǒng)，有的是復雜的系統(tǒng)，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)或人們生活需求的不同，單片機的應(yīng)用是非常廣泛的。以人們的日常生活為例，小區(qū)的門禁卡系統(tǒng)也屬于一種常見的單片機在電子技術(shù)中應(yīng)用的形式，其自動化的操作是顯著的技術(shù)特征，通過計算機發(fā)出的指令就可以實現(xiàn)自動開門與關(guān)門的操作，可以有效地提升工作的效率，節(jié)省了人力與響應(yīng)的時間。信號在進入通道以后由相關(guān)設(shè)備完成采集，再通過不同的渠道將搜集來的信號發(fā)射出去，達到主機的指令部得到指令。單片機中的I/O模塊可以用于收集信息，但不僅是這一模塊收集信息，工業(yè)控制領(lǐng)域中也有諸多部分可以用于傳輸信號，單片機的內(nèi)部擁有完整的數(shù)據(jù)保存、邏輯運算系統(tǒng)，可以實現(xiàn)定時操作，或是對設(shè)備系統(tǒng)進行嚴格的控制與管理，故常用于工業(yè)的硬件設(shè)計中[6]。

3.5 智能化設(shè)備

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)涉及諸多智能化的設(shè)備，這些設(shè)備在自動化技術(shù)的應(yīng)用下，有效地提升了工業(yè)的生產(chǎn)效率。不僅是工業(yè)的生產(chǎn)，現(xiàn)代社會的公共服務(wù)系統(tǒng)也因單片機的應(yīng)用得到優(yōu)化，而工業(yè)生產(chǎn)中所使用的自動化智能設(shè)備，需要應(yīng)用單片機技術(shù)來縮小體積，實現(xiàn)功能的集約化管理。為達到更精準采集數(shù)據(jù)的目標，在智能化設(shè)備中應(yīng)用單片機已經(jīng)并不少見，如工業(yè)生產(chǎn)中的報警系統(tǒng)和雷達監(jiān)控系統(tǒng)，就需要應(yīng)用單片機的結(jié)構(gòu)，拓展其使用功能，越來越多的工業(yè)生產(chǎn)將單片機納入發(fā)展規(guī)劃中，也正是因為單片機的功能優(yōu)勢過于明顯，主機通過查看數(shù)據(jù)庫就可以檢測到各類設(shè)備的運行情況，并獲得相關(guān)信息。一旦系統(tǒng)發(fā)生異常，由單片機負責收集系統(tǒng)信息及分析信息的單元，會快速響應(yīng)，發(fā)出故障信號。一般來說，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中系統(tǒng)的功能非常復雜，如果技術(shù)人員無法在短期內(nèi)及時的處理故障問題，那么就可能會浪費大量的時間去排查故障，難以提升工業(yè)生產(chǎn)的效率，可能會使工業(yè)企業(yè)蒙受一定的經(jīng)濟損失，將單片機引入電氣化生產(chǎn)設(shè)備中，不僅能夠提升系統(tǒng)的集成能力，還可以對生產(chǎn)的狀態(tài)進行實時的監(jiān)測，尤其是故障診斷的過程中，在單片機系統(tǒng)的支持下，技術(shù)人員可以快速查找故障點，及時排除工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的安全隱患，滿足現(xiàn)代工業(yè)安全生產(chǎn)的需求。

3.6 通信設(shè)備

現(xiàn)代人的主要通信設(shè)備是手機，屬于終端移動電子通信設(shè)備，此外還有一些平板電腦、筆記本電腦等，這些設(shè)備在人們的日常生活中非常重要，現(xiàn)代通信行業(yè)的發(fā)展與單片機的運用密切相關(guān)，人們可以從生活中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代電子產(chǎn)品的體積越來越小而且功能越來越強大，這正是由于單片機的應(yīng)用，使電子產(chǎn)品的功能拓展性更高。如手機設(shè)備中的電話錄音及語音方面的功能，就是依賴單片機完成的，單片機系統(tǒng)可以輸入語音并作出針對性的識別，將語音信息傳輸?shù)狡渌M件中。單片機可以利用自身的介質(zhì)完成錄音操作并進行記錄，在用戶下達指令以后，單片機系統(tǒng)會立即向其他功能單元發(fā)送命令信號，則錄音就已儲存在單片機系統(tǒng)中。

4 單片機在電子技術(shù)中的重要開發(fā)

4.1 CPU開發(fā)

單片機在CPU 方面的開發(fā)改進可以從兩個層次分析，分別是CPU 總線寬度的改進和CPU 實際結(jié)構(gòu)的改進。在CPU總線寬度的改進方面，以往的標準是8位基礎(chǔ)上，目前可以擴展至32 位甚至48 位，是對原有基礎(chǔ)的大幅改進，而改進CPU 總線的寬度可以解決單片機處理過程緩慢的問題，大幅提升單片機運行的效率，增強單片機對信息的處理功能；在CPU 的實際結(jié)構(gòu)改進方面，以往的單片機是建立在單獨的CPU 運行基礎(chǔ)上，改進以后可以將其調(diào)整為兩個至三個單元協(xié)作運行，能夠提升多個CPU之間的運行效率，促進各個CPU單元的功能合作。

4.2 儲存器開發(fā)

單片機的實際開發(fā)包括儲存器方面的內(nèi)容，通過對讀寫功能的研究分析，技術(shù)人員可以在原有基礎(chǔ)上將單片機調(diào)整為閃存型的設(shè)備，用動態(tài)化與靜態(tài)化兩種形式的操作來滿足實際的功能需求，可以有效地避免單片機在運行中丟失信息或者掉電的情況，這也有助于單片機提升自身的便捷性。關(guān)于單片機儲存器的開發(fā)還有很大的空間，需要技術(shù)人員深入研究單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)單片機的運行原理來優(yōu)化單片機的運行過程，更多的關(guān)注儲存器對信息的錄入效率與儲存安全性，以發(fā)揮其強大的儲存功能。

4.3 微型化發(fā)展

單片機在運行過程中需要各個模塊相對獨立但又總體結(jié)合的方式，維持一個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，然而明顯擴大的體積可能會影響單片機的運行質(zhì)量，相關(guān)設(shè)備的運行能耗也會非常巨大。單片機將CPU、RAM、ROM融為一體，并將這些功能模塊儲存于一個小體積的芯片部件中，部分增益性質(zhì)的單片機在功能上會更加強大，對PMW 及WDT 程序的應(yīng)用程度更高，依照這種方式來研究單片機的系統(tǒng)，聯(lián)系單片機的通信結(jié)構(gòu)、儲存器、定時電路等單元，就可以看到單片機在正常運行狀態(tài)下單元電路的發(fā)展趨勢。技術(shù)人員需要注意的是，現(xiàn)代的單片機要朝向更微型、更多元的方向發(fā)展，對于各個領(lǐng)域單片機體積要求的不同，其體積與質(zhì)量也需要不斷地縮小，在此基礎(chǔ)上保留單片機的應(yīng)用功能就成為技術(shù)人員需要研究的難題。

4.4 半導體工藝

單片機在傳統(tǒng)生產(chǎn)中正常的能耗約為600MW，由于各個領(lǐng)域?qū)纹瑱C運行的要求趨于低能化，所以這些標準被限制在了100MW 左右，那么現(xiàn)代單片機的生產(chǎn)必須要更加精準、生產(chǎn)技術(shù)更加先進，才能滿足低功耗運行的現(xiàn)實要求。多數(shù)的單片機制造企業(yè)嘗試引入新的生產(chǎn)工藝，即互補金屬氧化物的半導體生產(chǎn)工藝，在不斷的生產(chǎn)實踐與研究的過程中，又發(fā)展為互補性的高密度金屬氯化物半導體生產(chǎn)工藝。至此，單片機的生產(chǎn)徹底脫離了傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，解決了以往單片機工作效率不高的問題，也能夠在一定程度上保證低功耗運行的需求，維持單片機正常運作狀態(tài)中的穩(wěn)定性。如現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)有一些特殊的生產(chǎn)領(lǐng)域，由于工作的環(huán)境較為特殊，單片機的設(shè)備可能會在運行中發(fā)生電池損壞的情況，在高密度金屬氯化物半導體生產(chǎn)工藝的支持下，單片機的電池及其他部分組件會具有較強的抗干擾能力，意味著單片機設(shè)備的使用壽命更長，受環(huán)境因素的影響更小，不僅可以發(fā)揮低耗能的優(yōu)勢，還可以大幅提升單片機運行的可靠性，而這種生產(chǎn)工藝在全球范圍內(nèi)屬于一種全新的生產(chǎn)工藝，要想大范圍的推廣仍會面臨一些困難。

5 結(jié)束語

在現(xiàn)代社會中，工業(yè)的發(fā)展十分迅速，電子技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)占據(jù)了人們的生活。在電子技術(shù)中應(yīng)用單片機技術(shù)，可以借助互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展優(yōu)勢，推動工業(yè)領(lǐng)域的自動化建設(shè)，應(yīng)用于社會的公共服務(wù)系統(tǒng)及人們的日常生活中。從宏觀的角度講，單片機應(yīng)用于工業(yè)的電子技術(shù)中，有助于推動社會經(jīng)濟的發(fā)展；從微觀的角度講，單片機應(yīng)用于人們的通訊設(shè)備中，促進了人與人之間的交流，更加快速地完成了社會信息的交換。面對這種技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)人員要緊握時代的發(fā)展步伐，深入研究單片機與電子技術(shù)之間融合的發(fā)展應(yīng)用，捕捉單片機微型化、集成化發(fā)展的趨勢，增強單片機的低功耗性能，使其在現(xiàn)代電子技術(shù)中得到更好的應(yīng)用。