單片機在電子技術中的應用和開發分析

任華魁

（開封市信息工程學校 河南省開封市 475000）

基于市場經濟體系下，嵌入式技術在我國電子技術領域中具有非常好的發展前景，取得了舉世矚目的應用效果。在電子技術和計算機技術快速發展過程中，單片機應運而生，其屬于目前比較流行的一種嵌入式系統，滲透到日常的生產和生活的各個角落，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，單片機具有功能齊全、抗干擾能力強、控制力強等優勢，推動電子技術的智能化發展，下面將會對電子技術中單片機的應用和開發情況進行分析。

1 單片機概述

1.1 單片機概念

單片機是在大規模集成電路基礎上發展起來的一類集成芯片，其在一塊硅片上將具有數據處理能力的隨機存儲器RAM、多種I/O接口、中斷系統、中央處理器CPU、只讀存儲器ROM、定時器/計數器等集成在一起構建微型計算機系統。其具有如下特點：

（1）主流單片機一般涉及到CPU、128B容量的RAM、4KB容量的ROM、4個8位并行口、2個16位定時/計數器、全雙工串口行口、SPI、I2C、ISP、ADC/DAC、IAP；

（2）處理功能強，速度快；

（3）系統結構簡單，可以實現模塊化；

（4）低功耗，低電壓，能夠生產便攜式產品；

（5）環境適應能力強；

（6）控制功能強。

1.2 單片機結構

單片機一般是以集成電路技術為核心，其組成部分比較多，但是其結構（圖1）主要包括下面三個部分：

（1）存儲器。存儲器在單片機所有組成部分中發揮著不可替代的作用，其可細分為256個單元，而且各個單元均采用了不同的地址，每一個地址均能夠借助16進制數來給予表示，即從“00H”到“FFH”。通過對存儲器內容進行分析可以發現，各存儲單元都可以實現對1個八位二進制信息的存放，并借助16進制數來給予顯示。

（2）控制器。對于單片機而言，控制器在CPU中一般發揮神經中樞功能，其一般是由程序計數器PC、定時控制邏輯電路、譯碼器、地址指針等部分組成，其中16位寄存器結合在一起組成了程序計數器PC。在具體操作階段，需要將對應的指令字節結合中央處理器所指定的地址給予正確的存放，并將指令代碼通過寄存器的功能翻譯成相匹配的控制信號，此時被攜帶的信號將會在相應的時間與時鐘脈沖實現結合，以此來在電路中產生規律變化的電平和時鐘，即所謂的控制信息，在中央控制器中，這些信息發揮著控制和協調作用。

（3）運算器。運算器的組成部分包括了布爾處理器、標志寄存器 PSW、邏輯運算部件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，其可以確保邏輯運算工作的順利完成，然而在單片機中，該部分的工作頻率并非是最高的部位，因為在具體操作階段，累加器 ACC是運用最多的部位，在進行邏輯運算時，第一個用到的便是累加器，這樣起來在開始運算之前，需要在累加器ACC中對操作數暫時存儲，且在運算完成后，把最后的結果借助累加器ACC保存起來。如果出現乘法和除法運算時，可以選擇寄存器B，或者借助標志寄存器PSW來對運算結果的某些特征進行暫存，如是否存在進位、是否出現錯位等。

1.3 單片機優勢

（1）保證可靠性。在單片機應用過程中，為了保證其可靠性，部分廠家在設計中開始注重對各種新型技術的應用，其中EFT技術得到了最為廣泛的應用。EFT技術屬于抗干擾技術，其主要是以單片機為基礎，并以正弦信號為載體來確保各項功能的順利實現。在EFT震蕩電路實際運行階段，當正弦信號遭受外界因素干擾時，將會導致其波形自動產生毛刺信號，在接收到警告信息時，用戶就能夠對單片機系統的干擾情況給予及時處理。同時，在單片機設計階段，要合理選擇可靠性較高的技術，這樣不僅可以實現對電子技術的深入開發，而且還可以有效提高單片機運行的可靠性。

（2）延長使用壽命。如今，半導體技術在我國得到了快速發展，進一步促進了MPU的更新，且在I/O功能模塊的推動下，新研發的CPU核心功能得以豐富。隨著CPU核心產品的拓展，在一定程度上推動了單片機各類型的快速發展，如8位、16位、32位，這樣一來用戶就可以從自身實際出發來對單片機類型進行合理選擇。在電子技術產品開發過程中，要結合自身需求來對單片機進行科學、合理的選擇，使其更好的滿足電子技術開發多元化發展。大量的調查與研究發現，在電子技術產品開發過程中，引入單片機，可以使電子技術的使用壽命得到有效延長。

2 在電子技術中單片機的應用情況

2.1 在家用電器中的應用

在城市建筑內部，家用電器是比較重要的組成部分，其不僅可以滿足人們的日常所需，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，并且智能化概念開始慢慢走入人們的日常生活環境中，借助單片機的應用既可以充分發揮家用電器的優勢，而且還可以實現對家用電器各項功能的有效延伸，進而滿足可持續性發展需求。同時，將單片機融入到家用電器中，還可以使其自身性能得到提升，在構建整體建筑空間功能體系的基礎上，為家電企業市場營造良好的競爭環境。例如，在冰箱中應用單片機能夠實現冰箱時間、溫度等的自動調節，而且還可以對冰箱中蔬菜水果的自動識別，并制定科學、合理的儲存方案；在洗衣機中應用單片機不僅能夠實現對洗滌時間、洗滌強度、洗滌劑用量的有效控制，而且洗衣機還可以對清洗衣物的種類給予自動識別和判斷，并自動提示可選擇的洗滌模式；在攝像機中應用單片機，可以根據外界環境來使攝像機的光圈和焦距實現自動調節，并為其自動推薦拍照模式，進而提高拍攝水平。

2.2 在工業控制領域中的應用

在現有工業生產過程中，單片機的應用不僅可以實現對工業控制領域各參數的有效調節，而且還可以有效提高其生產進度和質量。如今，隨著計算機、電力電子技術、信息技術的應用，工業生產和控制開始逐漸朝著智能化、自動化的方向發展。由于單片機具有體積小、集成性高、質量輕等優點，因此在智能儀表設計中取得了比較好的應用效果。通常情況下，工業控制系統需要具備強大的網絡通信能力，良好的數據處理能力，進而達到智能控制的效果。如今，大多數工業企業是由各種RTU、DCS、PLC、HMI、測控設備等集合在一起組成過程控制系統，其可以確保基本生產控制工作的順利進行。在工業控制領域應用單片機，既能夠完成實時自動控制和數據采集，而且還可以實現自動化控制和管理，進而達到降低人工成本的目的。例如，門禁系統中引入單片機可以借助感應設備實現大門的自動打開和關閉；在自動消防和警報系統中引入單片機，能夠基于環境變化來構建智能化統籌平臺，以確保消防職能的充分發揮。

2.3 在通訊行業中的運用

目前，通訊科技在我國已經取得了比較好的成就，其表現方式呈現出多元化的特點，在加劇電子通訊行業間競爭的同時，有效推動了通訊行業的發展。如今，隨著經濟社會條件的發展，手機和電話產品層出不窮，也涌現出大量的通訊企業。與之前有所不同，現在的電話不僅能夠進行聊天，而且還增添了其他功能，例如現在大多數電話增添了錄音功能，借助單片機可以對相關語音信息進行采集和匯總，并向電話對總的控制信號進行發送。如果此時信號突然中斷，將會增加技術人員的控制難度，由此單片機就可以獲得更多電壓，進而使上述問題得到有效解決。在手機中，單片機的運用也同樣如此，其涵蓋了多種語音功能，并對手機中的語音信息給予分類和匯總。

2.4 在醫療器械領域中的應用

在醫療器械領域中，要結合實際情況來構建系統、完善的醫療體系，其不僅可以使城市整體功能環境得到完善，而且還可以提供完善的治療方案，以此來提高患者的治療效果和生活質量。在醫療器械領域應用單片機，可以在基于醫療需求的同時來提供有效的數據分析和查詢功能，以保證診斷下藥的準確性，在提高整體醫療水平的同時，還可以為提高患者的身體健康奠定良好基礎。例如，在超聲波儀器檢測中應用單片機，可以對各種疾病進行準確分析，做到對癥治療，并降低誤診和漏診的發生率。此外，單片機的發展也可以使醫療器械朝著精確智能化的方向發展，其中超聲波檢測系統、健康檢測儀器和X光檢測儀等是最常用的單片機醫用儀器。

2.5 在儀器儀表領域中的應用

通過構建儀器儀表體系，可以對工業制造水平的整體高低給予直觀反映，此時引入單片機技術，不僅可以有效延伸整體智能化技術的優勢，而且還可以基于內部集成來為整體儀器儀表數據分析提供參考，并推動儀器儀表設備朝著智能化與數字化的方向發展，進而提高儀器儀表的整體監控水平。例如，在航空儀器儀表環境中，通過對單片機的應用可以實現整體儀器儀表的安全、穩定運轉，同時還可以有效降低事故發生率，在滿足現有航空電子系統基本需求的同時，為信息傳遞提供保障。

2.6 在電腦病毒中的應用

目前，電腦和網絡是人們日常工作、生活中必不可少的組成部分，在網絡正常使用過程中，病毒會突然襲擊電腦，導致電腦無法正常運行。通常情況下，電腦上網時，容易遭受木馬病毒入侵，主要是由于電腦有一個外部接入設備，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，其中最常見的外部接入設備是USB接口和開關。為了避免電腦遭受病毒入侵，則可以選擇單片機座位媒介來進行數據傳輸，以此來確保電腦的安全、高效運行。

3 在電子技術中單片機的開發

3.1 CPU的開發

（1）開發CPU的實際結構。單片機主要是以CPU運行為基礎來實現對功能的有效發揮，在對其進行改進與開發后，能夠實現2-3個CPU的同步運行，進而使單片機的整體性能得到提升；

（2）開發CPU總線寬度。通常情況下，CPU地址總線寬度將會對尋址具體范圍起到決定性作用，而單次可以獲得的數據長度由數據總線決定。實際上，CPU地址總線寬度在初期只是8位，并且在科學技術的推動下和實際需求的不斷增長，需要擴展為32位或48位，這樣不僅可以使單片機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 程序的開發

如今，在各領域中單片機得到了廣泛應用，這樣就需要做好單片機的改良工作，而對于單片機的開發不在簡單的局限于裸機，需要借助自身對程序的換算及識別來確保任務的獨自完成。單片機除了在數據運算、儲存及傳輸等方面具有比較強的能力，而且還可以在識別周邊環境的同時來實現外部物理參數的運算，具有快速、準確、高效的運算特點，滿足快節奏的生活模式。

3.3 計算機的開發

每一個單片機都配備了通信接口，其能夠實現計算機與單片機間數據的有效連接，不僅可以確保數據信息的準確、有效，而且還可以為通信設施設備與計算機網絡的合理應用提供保障。為了實現對單片機的進一步優化和開發，則需要對現有計算機系統進行分析，通過與通信數據的連接，來實現數據信息的有效傳遞。

3.4 存儲器的開發

在單片機中，存儲功能是其中最實用和強大的一項功能，因此要對存儲器開發給予重視。在存儲器開發過程中，最好以傳統存儲器讀寫功能為核心來對閃速型存儲器進行分析，并注重對新型存儲器開發，這樣不僅可以實現靜態讀寫，而且還可以實現動態讀寫，使其存儲性能得到改善，避免由于單片機掉電而誘發信息丟失，使單片機的有效性與便捷性得到提升。

3.5 C語言程序的開發

在復雜的計算機與控制體系中，為了確保單片機的正常有序運行，則需要注重C語言程序的開發，以確保單片機在電子技術中得到廣泛、高效的應用。

4 結束語

綜上所述，隨著科學技術的發展，單片機作為集成性電路芯片具有便攜、能耗低、可靠等優點，在家用電器、工業控制、通訊行業、醫療器械、儀器儀表及電腦病毒中得到了廣泛應用，并取得了比較好的應用效果。在電子技術中，為了進一步推動單片機的發展，還需要結合實際情況來對其進行開發，以此來充分發揮單片機的功能，提高電子技術發展水平。