江蘇自動(dòng)化研究所 崔周培 胡劍峰 張 琦

單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

江蘇自動(dòng)化研究所 崔周培 胡劍峰 張 琦

國(guó)內(nèi)信息科技行業(yè)迅速發(fā)展，使得不同行業(yè)都在一定程度上受到現(xiàn)代科技的沖擊。不管是工業(yè)還是其他行業(yè)，科技進(jìn)步幫助員工轉(zhuǎn)變了原有的生產(chǎn)方式，為企業(yè)帶來(lái)更多更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。但科技也是一把雙刃劍，在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)也給它們帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。單片機(jī)的出現(xiàn)為工業(yè)發(fā)展打下基礎(chǔ)，也正是工業(yè)手動(dòng)化向自動(dòng)化發(fā)展的產(chǎn)物，了解單片機(jī)對(duì)電子技術(shù)的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)非常關(guān)鍵。

單片機(jī)；電子技術(shù)；應(yīng)用開(kāi)發(fā)；研究分析

引言

為了適應(yīng)快速增長(zhǎng)的生產(chǎn)需要，單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，由此產(chǎn)生了單片機(jī)技術(shù)，而這項(xiàng)技術(shù)的提出也為生產(chǎn)行業(yè)帶來(lái)了更多契機(jī)，要想知道單片機(jī)如何幫助其運(yùn)作，就需要先了解它的組織構(gòu)造和基本原理。

1 單片機(jī)的基本構(gòu)造

用最簡(jiǎn)單的話來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是一種集成型的電路結(jié)構(gòu)，了解這種電路結(jié)構(gòu)能夠幫助技術(shù)人員研究出更多的自動(dòng)化器械。并且它的基本原理也比較簡(jiǎn)單，單片機(jī)是一種可以編程的電路組織，也就是說(shuō)，改變電路原有的結(jié)構(gòu)，可以把單片機(jī)變成每個(gè)組成部件分工協(xié)作的狀態(tài)。但是僅僅依靠一個(gè)結(jié)構(gòu)的改變是沒(méi)有辦法完成單片機(jī)工作的，這就說(shuō)明，設(shè)計(jì)者應(yīng)該根據(jù)單個(gè)指令對(duì)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行合理分配，從而保證單片機(jī)的有效運(yùn)作?？偟膩?lái)說(shuō)，單片機(jī)可以分為三個(gè)重要組成部分。

第一部分是控制器，控制器是單片機(jī)運(yùn)作的核心，是操作的中心環(huán)節(jié)，相當(dāng)于人體內(nèi)的大腦，在總體上起著控制的作用。另外，控制器部分是根據(jù)單片機(jī)中的不同結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)的，所以它能夠調(diào)整單片機(jī)工作的狀態(tài)，幫助各部分運(yùn)行協(xié)調(diào)到合理的狀態(tài)。

第二部分是儲(chǔ)存器，儲(chǔ)存器實(shí)際上就是一個(gè)記憶感應(yīng)器，單片機(jī)想要獲得更多的指令，就需要利用到儲(chǔ)存器，儲(chǔ)存器保存了各部分的不同地址劃分，為單片機(jī)中不同結(jié)構(gòu)部分的運(yùn)轉(zhuǎn)提供了保證。

第三部分運(yùn)算器，如果說(shuō)，控制器是單片機(jī)的大腦，那么運(yùn)算器就是單片機(jī)的心臟。運(yùn)算是電子技術(shù)的核心，只有通過(guò)運(yùn)算才能實(shí)現(xiàn)最基本的操作，而運(yùn)算器也正是單片機(jī)結(jié)構(gòu)中最忙碌的部分。

2 單片機(jī)在電子技術(shù)中的運(yùn)用

單片機(jī)為電子技術(shù)行業(yè)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但這并不意味著，單片機(jī)就是電子技術(shù)的核心，單片機(jī)和電子技術(shù)的發(fā)展都是經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的科研過(guò)程的，而在電子技術(shù)中，單片機(jī)的運(yùn)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。

2.1 在通訊行業(yè)的運(yùn)用

說(shuō)到電子科技，很多人第一反應(yīng)就是通訊科技。是的，要說(shuō)電子科技發(fā)展的最迅猛的行業(yè)，通訊行業(yè)是其中之一。就現(xiàn)階段而言，通訊科技已經(jīng)取得了較大突破，其表現(xiàn)方式多樣，并且各大電子通訊行業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)激烈。這和居民生產(chǎn)生活條件的提高有著密不可分的聯(lián)系，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的改善，電話和手機(jī)產(chǎn)品層出不窮，相關(guān)的企業(yè)也是像雨后春筍一般蜂擁發(fā)展。

和之前有所不同，電話除了可以聊天之外還增添了許多別的功能，舉個(gè)例子，現(xiàn)在大多數(shù)的電話都有一個(gè)錄音功能，其工作原理是，單片機(jī)在電話工作的過(guò)程中采集相關(guān)的語(yǔ)音信息并匯總，同時(shí)向電話發(fā)送總的控制信號(hào)，幫助錄音；如果在這個(gè)時(shí)候，信號(hào)突然中斷，那么有關(guān)技術(shù)人員就會(huì)很難控制它，這個(gè)時(shí)候，單片機(jī)要是能夠獲得更多電壓就能夠快速對(duì)其進(jìn)行控制。

單片機(jī)對(duì)手機(jī)的運(yùn)用也同樣如此，手機(jī)中蘊(yùn)含的多種語(yǔ)音功能也是單片機(jī)的作用，電子技術(shù)能夠?qū)κ謾C(jī)中的語(yǔ)音信息進(jìn)行區(qū)分匯總，并自動(dòng)進(jìn)行識(shí)別和輸入，這和單片機(jī)的使用脫不了關(guān)系，另外，單片機(jī)也變成了音頻的接入點(diǎn)，它會(huì)自動(dòng)識(shí)別語(yǔ)音并自主輸入。

2.2 對(duì)電腦病毒的作用

大部分上班族經(jīng)常會(huì)遇到這樣一種問(wèn)題，在正常使用網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，電腦會(huì)突然遭受病毒的襲擊。為什么電腦容易受到木馬病毒的侵害，其實(shí)是因?yàn)殡娔X有一個(gè)外部接入設(shè)備，這個(gè)設(shè)備是木馬病毒傳播的主要途徑之一，很多時(shí)候一不留心，在使用外來(lái)設(shè)備連接電腦時(shí)，就會(huì)感染病毒。而電腦病毒傳染的途徑主要有USB接口和開(kāi)關(guān)等重要接口。要是不想電腦遭受病毒的侵害，就可以使用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，從根本上減少電腦使用的危險(xiǎn)性。

2.3 對(duì)家用電器的影響

事實(shí)上，單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的時(shí)間變化，它的第一次使用也并不是電腦或是手機(jī)這樣的設(shè)備，而是更古老的電器；單片機(jī)的運(yùn)用也并不局限于新興科技，在日常生活中也隨處可見(jiàn)它的身影。比如說(shuō)，如果熟悉出租車(chē)的人就知道，出租車(chē)的計(jì)價(jià)器就是使用單片機(jī)的，包括路程感應(yīng)和傳輸設(shè)備，都離開(kāi)不了單片機(jī)的影響。單片機(jī)中的感應(yīng)設(shè)備可以讓系統(tǒng)自動(dòng)記錄路程的遠(yuǎn)近，并快速計(jì)算出所發(fā)生的價(jià)格，工作原理就是單片機(jī)使用搜集數(shù)據(jù)的方式來(lái)對(duì)信息中樞做出反饋并傳達(dá)出來(lái)。不僅僅是計(jì)價(jià)器，像生活中常用到的空調(diào)，都是以信息搜集處理的方式來(lái)進(jìn)行工作的。這就在一定程度上表明，單片機(jī)是和我們的日常生活息息相關(guān)的，了解單片機(jī)的主要作用，能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)的充分應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

2.4 在醫(yī)療領(lǐng)域的作用

不光是電子商品，單片機(jī)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也是相當(dāng)廣泛的，因?yàn)楝F(xiàn)代醫(yī)療科技的進(jìn)步需要更多科學(xué)技術(shù)的支持，這就使得單片機(jī)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域也能得到運(yùn)用。例如：病人在康復(fù)之后需要做健康檢查，這個(gè)時(shí)候，單片機(jī)技術(shù)幫助醫(yī)療設(shè)備獲取到更多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也能夠?yàn)獒t(yī)生提供更多的參考資料，進(jìn)而給病患提供合適的療養(yǎng)建議。單片機(jī)技術(shù)的進(jìn)步也為醫(yī)療儀器檢測(cè)出更精確的結(jié)果打下基礎(chǔ)，使得醫(yī)療設(shè)備變得更加精確智能。最常見(jiàn)的單片機(jī)醫(yī)用儀器主要有：健康檢測(cè)儀器、超聲波檢測(cè)系統(tǒng)和X光檢測(cè)儀等。這些設(shè)備的自動(dòng)化和精確化也為醫(yī)療行業(yè)做出了不小的貢獻(xiàn)。

2.5 在其他領(lǐng)域的作用

除了醫(yī)療領(lǐng)域之外，化工行業(yè)也少不了單片機(jī)的投入使用，因?yàn)榇蟛糠只瘜W(xué)工廠都存在著安全問(wèn)題，生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，而要是能夠大量使用單片機(jī)設(shè)備，那么不僅可以讓機(jī)器運(yùn)作得更加迅速，還能最大程度的減少工人工作時(shí)的危險(xiǎn)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)更安全的工作。

3 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

雖然說(shuō)單片機(jī)技術(shù)的使用為不少工業(yè)領(lǐng)域提供了更多的發(fā)展機(jī)遇，但是它還存在一些不足，還有更大的發(fā)展空間，所以對(duì)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究探索仍不能停止。

3.1 CPU數(shù)據(jù)的進(jìn)一步更新

CPU內(nèi)核是單片機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵，因?yàn)镃PU所包含的數(shù)據(jù)直接影響到了單片機(jī)位數(shù)的寬度。而之后的單片機(jī)制造中，也會(huì)增加對(duì)CPU的投入程度，使單片機(jī)的內(nèi)存容量得到最大程度的擴(kuò)充。傳統(tǒng)的CPU核心使用壽命較短，通常情況下可以支持十到二十年的設(shè)備使用，難以支撐更長(zhǎng)時(shí)間的使用，所以在單片機(jī)使用過(guò)程中，容易出現(xiàn)由于使用壽命短而廢棄較多的情況發(fā)生。如今，半導(dǎo)體技術(shù)的革新為單片機(jī)使用壽命的提升帶來(lái)了福音，而MUP的更新速度也要比之前快很多，因此，在面對(duì)越來(lái)越快的科技發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈的市場(chǎng)，單片機(jī)CPU內(nèi)核的革新為其發(fā)展提供了更好的機(jī)會(huì)。而和過(guò)去有所不同，MUP技術(shù)的變革也帶來(lái)了更加廣闊的市場(chǎng)，單片機(jī)在日常生活中的使用也更加廣泛了。

3.2 實(shí)現(xiàn)耗能低速度更快

MUP技術(shù)的發(fā)展為單片機(jī)的使用帶來(lái)了更快的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，而速度變快是根據(jù)時(shí)間內(nèi)的振幅快慢和運(yùn)動(dòng)頻率所決定的。單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度變快就證明它所需要的耗能就越大，而耗能大不僅減少單片機(jī)的使用壽命，還導(dǎo)致機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)了噪音較大的問(wèn)題，給生產(chǎn)者帶來(lái)了噪音污染，所以過(guò)快的運(yùn)行速度并不合理，因此，在過(guò)去有關(guān)的專(zhuān)業(yè)研發(fā)人員沒(méi)有將單片機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度提高到最快。目前，研發(fā)人員通過(guò)改變單片機(jī)內(nèi)部順序，在不改變單片機(jī)整體振動(dòng)頻率的情況下實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)運(yùn)行速度的提高，滿足更多的需求，而且也將耗能量降到最低。

3.3 系統(tǒng)減噪處理技術(shù)

單片機(jī)之所以得到眾多行業(yè)的青睞，就是因?yàn)樗兄煽啃暂^高的特點(diǎn)，相比起其他技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)速度均衡，使用壽命較長(zhǎng)，這些優(yōu)點(diǎn)也使得單片機(jī)逐漸從工業(yè)中解脫出來(lái)，在市場(chǎng)中變得越來(lái)越受歡迎。而更多生產(chǎn)廠家為了發(fā)揮這些有利條件，使用了EFT這項(xiàng)高新技術(shù)，增添了單片機(jī)在使用過(guò)程中的穩(wěn)定性，這樣一來(lái)，就算單片機(jī)在使用過(guò)程中受到磁波干擾，也能快速調(diào)整實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)作，進(jìn)而讓使用者在投入利用的過(guò)程中體會(huì)到單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)，從而形成源源不斷的單片機(jī)發(fā)展市場(chǎng)。

不管是什么樣的機(jī)器，在使用過(guò)程中都存在著噪音的問(wèn)題，單片機(jī)也不例外，雖然研發(fā)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中以犧牲單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度來(lái)降低工作過(guò)程中所產(chǎn)生的噪音，但是噪音污染仍舊是單片機(jī)占領(lǐng)市場(chǎng)的重大阻礙。面對(duì)這種情況，研發(fā)人員反復(fù)研究后得知，單片機(jī)噪音的主要來(lái)源是在集成電路上，電源噪音撞擊到電子芯片所發(fā)出的，知道了噪音來(lái)源之后，研發(fā)者改變了原本電源所在的位置，或者在電源和芯片的接口處安放隔絕物，進(jìn)而從根本上降低了整個(gè)系統(tǒng)的噪音，讓使用者的使用感受變得更好。

4.結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代電子科技將全人類(lèi)引領(lǐng)到了全新的世界，改變了日常生活方式。自從計(jì)算機(jī)面世以來(lái)，單片機(jī)這種嵌入式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生，并在生活中扮演著舉足輕重的角色。所以說(shuō)，研究單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)科技研究的重要領(lǐng)域之一。

[1]吳巖．單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)技術(shù)研究[J]．科技論壇,2011,3．