单片机在电子技术中的应用和技术开发

刘 刚，姜天水

（烟台职业学院，山东 烟台 264670）

伴随电子技术发展水平的不断提升，嵌入式技术的运用在社会各界都得到非常大的关注.早在20世纪70年代，单片机就已经成为一种有代表性的嵌入式系统技术，著名的英特尔公司将单片机称为嵌入式微控制器.在此之后，单片机开始在更大的范围内得到运用，其开发技术也逐渐趋于完善，类型和功能的多元化，为单片机在各行各业的应用起到了极大的推动作用.

1 单片机的基本构造

所谓单片机，实际上就是一种集成性的电路芯片，同时也是一个小型的计算机系统，它主要通过规模较大的集成电路技术将各种处理器集中到一起，包括只读存储器、随机存储器、计时器、转换器、中央处理器等，这些组成部分都集中在一个小小的硅片之上.当前，单片机的应用领域不断扩大，已经渗透到我们日常生产生活的方方面面，不管是哪个行业，几乎都已经离不开单片机的运用，其中比较典型的就是计算机网络数据传递、飞机上各类仪表的管控、工业自动化生产中的数据分析与处理、远程控制等，此外，我们日常工作和生活中比较常用的IC卡也是单片机应用的体现.总的来说，单片机的基本构造大体可分为存储器、运算器和控制器三个部分，以下是具体介绍：

1.1 存储器

在单片机的所有组成部分中，存储器是非常重要的部分之一，一般来说，存储器可细分为256个单元，且每一个单元均都具有不同的地址，这些地址可以用16进制数来一一表示，也就是从“00H”到“FFH”，从存储器的内容上来看，各个存储单元都能存放1个八位的二进制信息，一般是通过16进制数来显示.

1.2 运算器

单片机的存储器一般是由布尔处理器、累加器ACC、标志寄存器PSW、寄存器B、逻辑运算部件ALU、暂存器TMP等组成，其中，最为核心的组成部分是负责完成逻辑运算的部件ALU，但该部分并非单片机中工作频率最高的部位，实际上，在实际操作中运用得最多的部位是累加器ACC，在开展逻辑运算的时候，最先运用到的是累加器，因为在运算开始以前必须将操作数暂时存储在累加器ACC之中，同时，在运算结束之后也需要运用累加器ACC把最后的结果保存起来.当涉及除法和乘法运算的时候，则需要用到寄存器B.作为一个八位寄存器，标志寄存器PSW也需要用来暂存运算结果的某些特征，包括是否出现错位、是否存在进位等.

1.3 控制器

在单片机的CPU中，控制器主要发挥神经中枢的功能，它由程序计数器PC、译码器、定时控制逻辑电路、地址指针等部分构成，其中，程序计数器PC是一种16位寄存器所组成的计数器，在实际操作的过程中，根据中央处理器所指定的地址，将对应的指令字节放在正确的寄存器中存放，之后，通过寄存器的功能，可将指令代码翻译为对应的控制信号，被携带的信号将和时钟脉冲在相应的时间实现结合，从而在电路中产生有一定变化规律的时钟和电平.也就是通常所说的控制信息，这些信息可在中央控制器内部发挥协调控制的作用.

2 单片机的主要特点

单片机作为一种新型的电路芯片，具有其独特的优势，包括低能耗、可控性好、安全可靠、所占空间小、集成化水平高等，属于便携式高技术产品，同时还具有较高的性价比、功能扩展性好，极大地方便了当今社会各相关领域.从当前的现状来看，单片机在机电一体化、家电操作、实施管控、自动化办公等领域的应用比较广泛，把单片机合理运用于多样化的仪器仪表之中，可大大提升仪器仪表的智能化、自动化水平，使得仪器的测量信度和效度得到大幅提升，不仅如此，单片机的引入还能进一步简化仪器的内部构造，提高仪器的精密度，并优化其性价比.除了这些比较常见的应用和功能以外，单片机也在一些高端领域具有不可或缺的地位，例如国防军事、高端武器设备、航空航天体系等方面.总而言之，单片机凭借其自身的优势已经在各领域、各行业占据一席之地，相信随着其功能的不断改进和完善，应用前景也将不断拓展.

3 单片机在电子技术中的应用

3.1 单片机在智能仪器仪表生产方面的应用

在智能技术、自动化技术等新兴技术不断发展进步的时代背景下，仪器仪表的发展速度也十分迅猛，单片机以其便携、占空间小、集成化水平高等特点，极大地促进了仪器仪表领域的发展，其中，比较典型的就是实现了仪器仪表行业的智能化、数字化变革，使得数字化仪表在很多方面得到大量应用，仪器设备的控制功能、分析与处理功能、可预见性功能也得以增强.这就大大提升了仪器仪表在实际测量中的安全性、可靠性和精确性，促进了事故出现概率的降低.

3.2 单片机在工业控制方面的应用

在工业生产领域中，存在许多危险系数极高的作业类型，包括电力带电检修、和工业生产等，工人在这些危险度高的作业中很容易出现身体受伤，严重的还会危及生命.随着技术的不断改进和革新，工业生产领域的自动化水平也不断提升，绝大多数作业环节都实现了自动化控制，特别是一些危险系数高的作业环节，这就使得工人的安全得到更好的保障，把单片机与工业控制相结合，能通过单片机的数据搜集和实时控制功能，完美地实现工业工程的智能化、精细化管控，例如比较常见的流水线作业体系、自动喷漆系统、报警装置等.

3.3 单片机在医疗卫生领域的应用

当今社会，随着科学技术的不断发展，人们的生活水平也随之上升，越来越多的人开始更加关注自身身体的健康，一旦发现身体出现问题，就会直奔医院，这一方面给医院带来了更大的客流量，但同时也对医院的医疗卫生水平提出了更高的要求，然而，从整体上来看，我国的医疗卫生体系还存在许多瑕疵，包括覆盖面不够、部分地区的住院条件差、医疗技术水平偏低等问题，这对居民的就医治疗效果产生了严重影响，同时也阻碍了国民身体素质的提升.近些年，一些医院为了改进医疗条件，提升医疗质量，开始将单片机引入医疗设备之中，运用单片机自身独特的优势，可方便医生全方位了解和分析病人的综合情况，在病因的寻找方面也更加准确，同时还能根据病情提供可供选择的治疗方法，这就促进了医院医疗水平的大幅提升，进一步推动了我国医疗卫生事业的发展.

3.4 单片机在家用电器方面的应用

近几年，我国的综合国力不断增强，人们的生活质量也得到显著改善，跟以前相比，居民对家庭生活质量提出了更高的要求，各种家用电器几乎成了各家各户不可或缺的“家庭成员”，为了更好地满足人们对家用电器功能的需求，许多家电生产商开始争先对其产品进行改进和优化，应用单片机是一种比较常见的家用电器产品改造方法，它能实现各种家电的电气智能化控制，实现家用电器产品的升级换代，例如，在电饭煲中应用单片机，可利用单片机的智能化技术，实现电饭煲对煮饭时间的自动选择，用户只需要设置煮饭的相关信息即可.又如，在微波炉中应用单片机，可实现微波炉根据食物特征对加热温度、时长的自动选择.从以上实例中都可以看出单片机在家用电器中的应用极大地促进了家电智能化水平的提升.

4 单片机的技术开发

4.1 基于单片机程序的开发

当前，嵌入式操作系统可以说已经实现在单片机中的全方位运用，已经不仅仅限制于在裸机条件下的应用了，单片机可自动执行程序，即将所有指令付诸行动，这些指令会在单片机上明确显示出来，且每一条指令均只对应一项操作，设计人员会在单片机中设置好指令操作程序，从而为单片机自动执行指令提供保障，对于智能手机、平板电脑中的单片机来说，通常是安装专门的Linux或Windows系统，和专用处理器相比较，单片机在嵌入式系统中的应用具有更加显著的优势，其在各行各业的应用也要广泛得多.从近年的现状来看，单片机已经凭借其数据传输和处理的高效化、数据存储的大容量，在计算机系统中得到有效应用，大大提升了计算机系统运行的安全性和可靠性.

4.2 基于计算机的开发

目前，单片机普遍都具备通信接口，该接口能和计算机数据信息互联互通，同时还具备为计算机网络的应用提供数据支撑的作用，现代化通信设备大都通过单片机技术来时间对设备的智能化、自动化控制，我们生活中常用的智能手机、无线对讲机等都和单片机息息相关.在进行信息沟通的时候，主要可通过并行和串行两种通信方式来实现，而串行通信又可分为同步和异步两种方式，若采用同步通信的方式，要求所有字符必须具备固定的格式，这样才能方便数据接收方对信号传输时间的判断，整个同步通信的过程中，字符通常包括停止位、数据位、奇偶校验位和起始位.若采用异步通信的方式，要求所有数据必须将一个字符作为单位来进行传输，对于不同的字符来说，它们之间可采用间接传输或直接传输的方式，这主要由发送者的要求决定，不管是接收信息的一方还是传输信息的一方，均能实现对接收和传送的实时智能控制.

5 结语

总之，随着科技的进步与革新，单片机在电子技术中的应用越发广泛，其应用效果也越来越显著，单片机作为一种集成性的电路芯片，主要由控制器、存储器和运算器等部分组成，具有能耗低、便携、可靠等优点.目前单片机主要应用于工业控制、家用电器等领域，其应用功能越来越强大，应用领域也呈现出不断扩大的趋势.为了进一步提升单片机在电子技术中的应用水平，相关领域的专家也越来越关注单片机的技术开发，不断创新单片机技术开发模式和方法，这对单片机技术的再创新高具有十分关键的意义.

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