電子技術(shù)中單片機的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)探討

摘要：單片機在人們生活中的應(yīng)用越來越廣泛，本文研究和探討了電子技術(shù)中單片機的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)，這對電子技術(shù)發(fā)展將產(chǎn)生重大意義。

單片機作為一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模的集成電路技術(shù)將具備數(shù)據(jù)處理能力的CPU（中央處理器）RAM（隨機存儲器）、ROM（只讀存儲器）、多種I/O口、定時器/計時器、中斷系統(tǒng)等諸多功能集成至一塊硅片上從而構(gòu)成一個雖小但十分完備的計算機系統(tǒng)。當(dāng)前在我們生活的各個領(lǐng)域都有應(yīng)用，像飛機儀表的控制、工業(yè)自動化中的實時控制與數(shù)據(jù)處理等都廣泛地用到了各種各樣的智能IC卡等，而這些均依賴于單片機。

一、單片機簡介

（一）基本組成

單片機由1、運算器：將ALU部件作為核心來完成二進(jìn)制算術(shù)/邏輯運算，輔助以暫存器TMP、寄存器B、累加器ACC、布爾處理器、程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW等；2、控制器：作為CPU神經(jīng)中樞，由定時控制邏輯電路、指令寄存器和譯碼器等組成；3、存儲器：每個存儲單元便對應(yīng)了一個地址，256個單元總計256個地址，采用2位16進(jìn)制數(shù)來表示存儲器的地址，即00H-FFH；3、輸入輸出設(shè)備組成。單片機功能結(jié)構(gòu)圖如下：

（二）單片機的特點

單片機的特點主要體現(xiàn)在：集成度高、體積小；可靠性高；控制功能強；低電壓、低功耗，利于制造便攜式產(chǎn)品；易擴(kuò)展；性能比優(yōu)異等。其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛涉及辦公室自動化設(shè)備、實時過程的控制、各類儀表、計算機網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域、醫(yī)用設(shè)備、汽車電子產(chǎn)品等，單片機的實用性及重要性則不言而喻。

二、單片機分析

在電子技術(shù)中單片機的使用已經(jīng)相當(dāng)普遍，這是因為單片機具有優(yōu)良的存儲功能，而且只能通過A累加器與RAM外存儲器發(fā)生聯(lián)系。任何需要傳輸?shù)酵獠縍AM的數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過A累加器來實現(xiàn)，同時，所有讀入外部RAM的數(shù)據(jù)也只能通過A才能讀入。與內(nèi)部RAM很明顯的區(qū)別在于：內(nèi)部RAM之間可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送與讀入，外部RAM則不能。單片機作為一種高集成度的電路芯片，能夠自動完成“交給”它的任務(wù)，即單片機執(zhí)行程序過程，也即一條條執(zhí)行指令的過程。所謂指令是指將要求單片機執(zhí)行相應(yīng)的操作以命令的形式寫出來，一條指令便對應(yīng)一種基本的操作，這取決于設(shè)計人員賦予單片機的指令系統(tǒng)；通常程序按順序來執(zhí)行，因此，在程序中指令也是按照順序一條條存放，單片機在執(zhí)行程序時只要將這些指令一條條地取出，然后加以執(zhí)行即可，但是必須存在一個追蹤指令地址的部件：程序計數(shù)器PC，在執(zhí)行程序時，給PC賦予執(zhí)行程序中相應(yīng)指令的所在地址，在獲取這條執(zhí)行命令的同時，就會在PC中自動增加內(nèi)容，增加量取決于該指令的長度，指向下條指令所在的起始地址，從而確保指令順利地順序執(zhí)行。

三、單片機應(yīng)用與開發(fā)

（一）單片機應(yīng)用于計算機技術(shù)

單片機在計算機技術(shù)中應(yīng)用極其廣泛，假如將能夠處理海量數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)定義為通用的計算機系統(tǒng)，我們就可以將嵌入到對象體系像飛機、機車、艦船等的計算機系統(tǒng)命名為嵌入式計算機，不難看出，這兩個系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向大不相同。對海量數(shù)據(jù)的存儲、吞吐，對數(shù)據(jù)高速處理分析和傳輸?shù)耐ㄓ糜嬎銠C系統(tǒng)與在對象環(huán)境中實現(xiàn)可靠運行，高速采集、邏輯分析處理外部物理參數(shù)，對外部對象進(jìn)行快速控制的嵌入式計算機系統(tǒng)相比，處理出來的數(shù)據(jù)、處理速度截然不同。早期的研究人們在通用計算機系統(tǒng)外加數(shù)據(jù)采集單元和輸出驅(qū)動電路，勉為其難構(gòu)成了一個熱處理爐溫控系統(tǒng)，顯然，這不可能滿足大多的電子系統(tǒng)的要求而獲得采用，并且需要考慮到，當(dāng)通用計算機系統(tǒng)在滿足嵌入式應(yīng)用的要求時必然會影響到高速處理數(shù)據(jù)方面技術(shù)的發(fā)展。在單片機中采用的應(yīng)用軟件其設(shè)計同硬件一樣重要，兩者緊密聯(lián)系、相輔相成，因此，缺乏控制軟件的單片機毫無用處。加上硬件軟件具有一定程度的互換性，我們可以在應(yīng)用系統(tǒng)中采用可用硬件來實現(xiàn)某些功能，這勢必會增加產(chǎn)品成本，但是以軟件替代硬件不僅可以直接降低成本還提高了系統(tǒng)的可靠性，增加了技術(shù)難度不易被模仿制造，不過不可避免的是研究周期長，系統(tǒng)軟件復(fù)雜，工作量大，運行速度可能會有所降低。因此，必須整體考慮綜合分析，才能合理制定執(zhí)行某些功能的硬軟件的比例。

（二）單片機的開發(fā)

（1）單片機在電子技術(shù)中的開發(fā)

在電子技術(shù)中開發(fā)單片機主要體現(xiàn)在三個方面：1、單片機和計算機應(yīng)用：單片機普遍帶有通信接口，方便了同計算機進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信，也為計算機網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備之間的應(yīng)用提供有利的物質(zhì)條件，現(xiàn)在通信設(shè)備基本均實現(xiàn)單片機智能控制；單片機同其他計算機或其他外部設(shè)備交換信息采用并行、串行通信兩種方式；2、采用C語言優(yōu)化程序；3、當(dāng)代的單片機系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用在程序上不只針對裸機環(huán)境，已在全系列單片機上應(yīng)用了大量的嵌入式操作系統(tǒng)。

（2）單片機的開發(fā)技術(shù)與方向

1、使用壽命長

一方面是采用單片機開發(fā)的產(chǎn)品能夠穩(wěn)定可靠工作一二十年，另一方面指單片機的長壽命堪比微處理器。半導(dǎo)體技術(shù)快速發(fā)展導(dǎo)致MPU更新?lián)Q代越來越快。另外，新CPU類型的加盟壯大了單片機的隊伍。當(dāng)前單片機發(fā)展的一個動向就是8、16、32位共同發(fā)展。

2、運行速度快

降低噪音，提高單片機的抗干擾能力，降低始終頻率，但不犧牲運算速度，這是單片機的發(fā)展所追求的技。對于單片機，改善內(nèi)部時序，在沒有提高時鐘頻率前提下，極大地提高了運算速度。

3、高可靠性技術(shù)

可靠性是單片機應(yīng)用中首要考慮的因素，提升其可靠性無疑可以擴(kuò)大單片機應(yīng)用領(lǐng)域與范圍。這種可靠性技術(shù)體現(xiàn)在： EFT抗干擾技術(shù)、低噪聲布線技術(shù)以及驅(qū)動技術(shù)。

4、OTP與掩膜

過去認(rèn)為掩膜單片機是單片機產(chǎn)品成熟的標(biāo)志，由于研磨需要相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)周期，隨著OTP（一次性寫入單片機）單片機價格逐漸下降，促使直接使用OTP來完成最終產(chǎn)品的制造，其優(yōu)點在于生產(chǎn)周期短和風(fēng)險小。為適應(yīng)這種需求，許多單片機普遍采用在編程技術(shù)。編程OTP芯片可采用裸片bonding或表面貼技術(shù)，很好得解決了在批量寫OTP芯片時芯片寫入器接觸不良問題。

參考文獻(xiàn)：

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