单片机在电子技术中的应用

张勃

（许昌电气职业学院，河南 许昌 461000）

电子技术当今已经成为我们生活中必不可少的部分，这项技术被广泛应用在各个方面，我们生活中所见的电子设备无论大小都有其参与。而在我们享受电子技术为我们带来便利的同时，这项技术也在不断向前发展，近年来，为了实现嵌入式应用，单片机技术也逐渐成为电子技术中的重点，单片机进入电子技术中是科技与时代发展的必然趋势。

1 单片机的结构及特点

单片机的结构组成。较之其他计算机系统单片机的优势，在于其体积较小但却能实现许多复杂功能，其本身结构与大多数计算机并无二致。在工艺构成上由于单片机采用了大规模集成电路，可以使其占用较少的空间。单片机的具体结构仍旧没有脱离传统的冯诺依曼结构。

运算器由“算术逻辑单元（ALU）、累加器（ADD）、寄存器（B）”等几种不同功能的运算部件组成。累加器与寄存器作为算数逻辑单元运算数据的来源，这些数据一般是八位二进制数据。而ALU 则能够将输送进来的数据进行两种不同模式的运算，即算数与逻辑运算。算数逻辑单元能够对输送进来的两个八位数据进行加、减、与、或、比较大小等运算，然后，将运算结果输送到累加器中。运算器拥有执行各种算术运算和执行逻辑运算并进行逻辑测试两个主要功能，第二个功能的具体操作例子有零值测试或者两个值的比较。

第二部分是控制器，它主要由“程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器、操作控制器”等几部分组成，控制器能够控制单片机的运行，是“神经中枢”。它可以提取单片机内部所存储的具体指令，并利用指针提取单片机所要执行的下一条指令的地址。它的主要功能有：对具体指令进行转化使其能够指导单片机进行下一步动作，而且会产生反馈信号；调整并规划单片机内部数据流动方向。

存储器能够将单片机计算相关的数据进行储存调用，是配合单片机其他部分完成整体运算必不可少的一部分。它的每个单元能够储存一个八位二进制数据，一般使用时，是将两个八位数据结合构成十六位二进制数据来调用。

2 单片机在电子技术应用层面的优势

利用单片机构建的产品往往具有更长的服役年限，一方面，对于产品使用者而言，无疑极大地降低了因频繁更换产品而带来的经济成本。另一方面，微处理器本身一般都具备长期服役的能力。以半导体技术的发展速度，单片机的中央处理器的更新速度越来越快，这使得用户在选择具体产品时有了更多的选择，多种类型的单片机的共同应用是当下电子技术应用的主流趋势，但是，就长远来看，单片机仍旧会以八位机为主，在这种大趋势下，用户无须为相关设施的更新换代投入过多资金，只需要对有需求的部件进行升级即可，其余部分八位机仍旧可以很好地完成任务。

单片机有着高可靠性和较快的运行速度。其灵活的使用方式使得单片机成为受众广泛的电子器件。为了使单片机在电子技术的应用过程中具有了更强的竞争性，扩展单片机的适用领域，相关从业者也做出了各种努力。比如，一是过优化单片机的时序列表从而在不影响内部时钟频率的前提下，提升运算速度；二是提高单片机的抗干扰能力，用于抵抗确定干扰及随机干扰，进一步提升其安全性以及可靠性，其中较为著名的技术有降噪布线、驱动技术等。

3 单片机在电子技术中的具体应用

3.1 单片机在工业控制领域的具体应用

在单片机发展早期，单片机的应用领域一般局限在无线通讯、图像处理等领域，一方面，由于早期单片机成本高昂，一般多用于高端领域；另一方面，由于此时单片机的相关研制与开发技术还不够完善，随着单片机逐渐向着专业化、功能化方向进行发展，以1997 年美国德州仪器公司研发的微处理器TMS320F240 为标志，单片机正式进军工业控制领域。在单片机正式进入工业控制领域后，凭借着单片机优秀的内部结构以及较高的性价比，单片机迅速取代了以往数字门电路在该领域的垄断地位。而在工业控制领域应用最广泛的当属DSP 系列单片机，其优异的信号处理能力以及数据传输能力使工业控制迈入了一个新的阶段。在某些容易对人体造成伤害的工业项目中，单片机发挥了巨大作用，例如，在核工业以及电力高压部门中，单片机可以代替工作人员完成诸多复杂操作，且准确率较人工有着较为巨大的提升。而就单片机本身的系统优势而言，由于其优异的数据采集能力以及控制能力，其在流水线作业以及某些项目的自动化过程中发挥了巨大的作用，尤其是在流水线的自动组装方面，单片机发挥了其他电子器件所不能比拟的作用。

3.2 电子仪器表盘中单片机的应用

电子技术在电子仪器中正逐渐走向智能化，而这对于没有人为干预的电子仪器是比较困难的。单片机这样的嵌入式系统因为其体积较小，并且运用了超大规模集成电路技术使得其数据处理能力极其强大和可靠，这一优点能够很好地用在电子仪器的智能化研究中。电子仪器借助于单片机的稳定性与强大的计算能力，可以很好地实现测控、处理等功能。单片机结构稳定，很少会因为外界的环境变化而影响自身的运行能力，因而单片机也时常运用在极端环境下电子仪器中，如航空科技，单片机在升空过程以及太空中的工作能力极为稳定，可以很好地提升航空设备的稳定性与可靠性，为国家走向太空提供了可靠助力。

3.3 单片机在家用电器中的具体应用

随着经济的发展，人们的生活水平不断提升，与之对应的是广大人民群众对家居环境的要求不断提高。而与人民群众需求相对应的智能家居产业也就在近年开始如火如荼地迅速发展，在国内较为有代表性的智能家居公司当属小米的米家智能产业链，而仔细观察这些智能家居产品不难发现，单片机在其中发挥了很大的作用，小到台灯大到自动窗帘机，其中都能看到单片机的身影。单片机有效地提升了家用电器的性能，使得家用电器具备了采集信息，处理信息和响应远程操作的能力。例如利用单片机构建的智能家居体系可以做到当室内温度高于设定值时自动开启空调和风扇，以及用语音直接对家用电器实现控制。而且基于单片机建立的智能门窗感应系统能够记录门窗开关次数并且可以在设定时间内发出警报，大大地提升了家居安全水平。而在另一方面，在家用电器中安装单片机也能够有效地提升家用电器本职工作的效率。单片机可以替代家用电器中原本的机械结构，代替人类完成某些信息的处理工作，协助人类。例如，现在的许多洗衣机已经能够识别衣物的赃污程度，并将此作为依据判断洗涤时间以及洗涤剂的用量，方便使用者的同时也节约了资源。综上所述，智能家电做到了单片机和家电本身职能的完美统一，是在电子技术领域应用单片机的较好范例。

3.4 医疗器械中单片机的应用

在医疗器械设备中的应用非常广泛，常用的小型设备、外部中端、低功耗模式、看门狗、定时器等应用，最基础常见的就是人体血压测量仪。红外照射仪等等都运用了8 位，16 位，或者一部分32 位的单片机，单片机在这些医疗器械中主要存在位置有电源管理、显示屏或灯，或者能将数据传输到其他终端的无线连接设备。

4 单片机的未来发展方向

单片机因其强大的性能与简便稳定性，不仅在当下的各个领域中大放异彩，在未来的科技的发展中仍然有广阔的空间，例如，在物联网的研究中单片机也扮演着重要的角色。首先，可以肯定的是，物联网肯定是将来发展的一个大方向，这个毋庸置疑，但是，物联网的真正崛起可能还需要一段时间。要让物能联网，必须有一个微型的控制器，这个控制器就是所谓的单片机，这个单片机的功能不需要很强，但是，最好能低功耗。作为控制器，其实，需要实现的功能非常有限，也根本无须大规模的计算量，一个非常简单的单片机就能胜任。

5 结语

随着相关计算机技术的不断发展与完善，电子技术已经全面进入以计算机技术为核心的时代。其外在表现为相关生产生活活动的智能化趋势，而在这一过程中，作为嵌入式代表的单片机系统发挥了巨大作用，单片机的大规模应用改变了人类的生产生活方式。因此，大力发掘单片机在电子技术中的具体应用对于整个人类社会发展都有着重要意义。