樊國強(qiáng)

摘要：物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，使越來越多的電子產(chǎn)品進(jìn)入人們的生活中，而其中許多電子產(chǎn)品都應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)，在單片機(jī)技術(shù)的帶動下，為人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利.本文通過對基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的單片機(jī)的發(fā)展歷程進(jìn)行探討，明確了單片機(jī)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的發(fā)展方式，并以多機(jī)通信系統(tǒng)作為實例來分析單片機(jī)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中所發(fā)揮的重要作用，進(jìn)一步明確了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下單片機(jī)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，以期能夠為單片機(jī)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用提供參考.

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);單片機(jī);技術(shù)研究

中圖分類號：TP368? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）01-0069-03

隨著我國現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平得到了顯著的提高，這也使人們能夠應(yīng)用更多的電子產(chǎn)品來進(jìn)行生產(chǎn)和生活，從而給人們帶來了極大的便利.現(xiàn)如今，電子產(chǎn)品已經(jīng)在當(dāng)今社會中占據(jù)了非常重要的地位，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的帶動下，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度不斷加快，產(chǎn)品類型不斷豐富的同時，產(chǎn)品性能也得到不斷提升，物聯(lián)網(wǎng)時代正式來臨.與此同時，在電子產(chǎn)品不斷研發(fā)的同時，單片機(jī)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中也起到重要的支撐作用，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，是實現(xiàn)電子產(chǎn)品功能的關(guān)鍵所在.為此，本文便對基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的單片機(jī)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行深入的研究.

1 基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的單片機(jī)技術(shù)發(fā)展歷程

所謂單片機(jī)，其實質(zhì)是一種被微型化的計算機(jī)系統(tǒng)，正是由于單片機(jī)的體積微小，因此常常集成于電路芯片之中.

現(xiàn)階段，單片機(jī)已經(jīng)在各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展勢頭非常迅猛，有著非常廣闊的發(fā)展前景.在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有很長時間，自20世紀(jì)70年代起，科研人員便試圖在一個芯片中將計算機(jī)系統(tǒng)集成進(jìn)去，這也是單片機(jī)的雛形.隨后，單片機(jī)的應(yīng)用變得愈發(fā)廣泛，并已經(jīng)開始在各個領(lǐng)域中嶄露頭角，時至今日，單片機(jī)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下已經(jīng)經(jīng)歷了三個發(fā)展時期，分別是SCM發(fā)展時期、MCU發(fā)展時期和SOC發(fā)展時期.在SCM發(fā)展時期中，科研人員在研究單片機(jī)技術(shù)時，主要是對其嵌入體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究，在這一時期中使單片機(jī)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)得到了不斷的完善、優(yōu)化與創(chuàng)新.歷經(jīng)較長時間的發(fā)展與研究，從而使計算機(jī)發(fā)展與SCM之間得以實現(xiàn)分離.隨后，MCU發(fā)展時期的來臨，使科研人員將單片機(jī)技術(shù)作為一種微控制器來進(jìn)行研究，在這一時期中主要是對單片機(jī)在系統(tǒng)中進(jìn)行嵌入式應(yīng)用的具體情況進(jìn)行深入的分析，從而為單片機(jī)技術(shù)在各類系統(tǒng)中的實踐積累了大量寶貴的經(jīng)驗.也正是在這一時期，使單片機(jī)技術(shù)的接口電路與外圍電路等得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展，并推動了單片機(jī)技術(shù)的智能化控制與應(yīng)用.在SOC發(fā)展時期，物聯(lián)網(wǎng)、微電子等技術(shù)的高速發(fā)展，為單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶來了一個嶄新的環(huán)境，在該時期中，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用方式有了巨大的改變，其設(shè)計理念也愈發(fā)新潮、先進(jìn)，SOC單片機(jī)系統(tǒng)也由此應(yīng)運而生，并已經(jīng)成為現(xiàn)如今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的核心技術(shù).從以上三個發(fā)展時期可以了解到，單片機(jī)技術(shù)歷經(jīng)三個階段的發(fā)展，其在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中正占據(jù)著越來越重要的地位，并在電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代中起到了不可估量的推進(jìn)作用.

2 單片機(jī)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的發(fā)展方式

2.1 監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展

在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域中得到了廣泛的普及與應(yīng)用，其發(fā)展速度愈發(fā)迅猛.在監(jiān)控領(lǐng)域中，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能夠使電子產(chǎn)品具備監(jiān)控功能，比如車輛監(jiān)控系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)等.以車輛監(jiān)控系統(tǒng)為例，單片機(jī)技術(shù)在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中是一項核心控制技術(shù)，通過與通信技術(shù)和全球定位系統(tǒng)之間的有機(jī)結(jié)合，并利用無線通信網(wǎng)絡(luò)來對過往車輛進(jìn)行監(jiān)控，能夠使系統(tǒng)對車輛的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化接收，并將其顯示在地圖中.此外，用戶還可通過監(jiān)控中心來下達(dá)控制指令，并通過單片機(jī)來實現(xiàn)車輛的管理、調(diào)度以及動態(tài)跟蹤等功能.現(xiàn)如今，單片機(jī)技術(shù)在監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)成熟化，并為我國智慧城市建設(shè)做出了突出的貢獻(xiàn).

2.2 儀表測量領(lǐng)域的發(fā)展

單片機(jī)在儀表測量領(lǐng)域的發(fā)展也十分快速，單片機(jī)技術(shù)的集成性高、可靠性好，通過在微小的硅片中集成單片機(jī)技術(shù)，能夠大大提高儀表的精確度，從而使儀表的測量變得更加準(zhǔn)確，并幫助人們通過這些測量數(shù)據(jù)來解決實際問題.

2.3 工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展

在工業(yè)控制領(lǐng)域中，單片機(jī)技術(shù)是最為常用的一種技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制中來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域的自動化、智能化控制，大大提高了工業(yè)生產(chǎn)中的安全性，提高了工業(yè)生產(chǎn)效率.

2.4 電子通信領(lǐng)域的發(fā)展

在電子通信領(lǐng)域中，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下能夠使人們獲取到任何物體的相關(guān)信息，并借助于單片機(jī)技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信.單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，還使得電子產(chǎn)品除了具有通訊功能以外，還能進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲，并使通訊速度及數(shù)據(jù)容量得到大幅提高，大大促進(jìn)了電子通訊領(lǐng)域的發(fā)展.

2.5 醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的帶動下，使單片機(jī)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展也變得十分迅猛，許多電子產(chǎn)品的出現(xiàn)，大大提高了醫(yī)療水平，如監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷系統(tǒng)、分析儀等，這些都是典型的單片機(jī)電子產(chǎn)品，從而使我國醫(yī)療質(zhì)量得到了大幅提高.

2.6 語言識別領(lǐng)域的發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，人們在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)通訊的同時，還致力于機(jī)器語言的開發(fā)，這也使單片機(jī)技術(shù)進(jìn)一步拓展到語言識別領(lǐng)域中，通過語言合成，能夠為人際通信提供更大的便利.利用單片機(jī)技術(shù)來研發(fā)專用的語言處理芯片，能夠使其通過波形編碼等技術(shù)手段來進(jìn)行語音合成，并實現(xiàn)語音信號的編解碼，由單片機(jī)對這些語音數(shù)字信號進(jìn)行壓縮，從而在需要的時候?qū)⑦@些語音數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，通過信息讀取來對語音進(jìn)行還原，從而實現(xiàn)人機(jī)之間的語音互通.在設(shè)計過程中，應(yīng)對硬件進(jìn)行合理的布局，使能耗得到降低的同時，盡量縮短CPU的處理時間，并盡可能地減少芯片的應(yīng)用數(shù)量，同時利用中斷使用的方法來達(dá)到低功耗的目的.

2.7 自動化監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展

在自動化監(jiān)控領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)在極大程度上滿足了人們的監(jiān)控需求.現(xiàn)如今，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，單片機(jī)監(jiān)控產(chǎn)品的不斷增多，使其能夠根據(jù)不同信號種類來進(jìn)行各種類別的聲光報警，并自動控制設(shè)備的啟動和關(guān)閉，同時在必要情況下還能通知相關(guān)人員來進(jìn)行確認(rèn).

3 基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用實例分析

為了進(jìn)一步分析基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的單片機(jī)技術(shù)，以下便以多機(jī)通信系統(tǒng)為實例，以此分析單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用.

3.1 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下多機(jī)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，多機(jī)通信系統(tǒng)便是一種典型的單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品，其不僅采用了單片機(jī)技術(shù)，還應(yīng)用了計算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過這些技術(shù)的靈活運用，能夠使其更好應(yīng)用于通訊領(lǐng)域中.在多機(jī)通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是其運行基礎(chǔ)，并且也是數(shù)據(jù)交換過程中所必須遵循的規(guī)則.因為多機(jī)通信系統(tǒng)的通信機(jī)有很多臺，但其服務(wù)機(jī)只有一個，因此需要采用TCP/IP協(xié)議，為了使多臺通信機(jī)能夠彼此實現(xiàn)通信，需要建立一個新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議.在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，由服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)咨詢指令，該指令會重復(fù)發(fā)送兩次，第一次是對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和答案進(jìn)行咨詢，當(dāng)檢測到既定值不同時，服務(wù)端會第二次發(fā)送咨詢命令，并自動繞開該客戶端，和下一客戶端進(jìn)行通信咨詢，直至客戶端回簽和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的既定信息相同為止，這樣便可實現(xiàn)服務(wù)端和該客戶端的數(shù)據(jù)傳輸.當(dāng)客戶端中斷接收數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)會按照原來的路徑返回至服務(wù)端.

3.2 單片機(jī)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)多機(jī)通信的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在多機(jī)通信系統(tǒng)中，基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的單片機(jī)技術(shù)要想實現(xiàn)多機(jī)通信功能，就必須要設(shè)計一個合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)采用總線型，這樣能夠方便服務(wù)機(jī)對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行統(tǒng)一的分配與管理.服務(wù)端則會向每個客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)咨詢指令，當(dāng)具備一個發(fā)配時間時，會通過網(wǎng)絡(luò)總線來對發(fā)配時間進(jìn)行分配，否則會自動跳過該客戶端.在多機(jī)通信系統(tǒng)中，所有客戶端都能看到其他機(jī)器的數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài).如圖1所示為基于單片機(jī)技術(shù)的多機(jī)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).

3.3 基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的單片機(jī)接口電路應(yīng)用

在基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的單片機(jī)技術(shù)發(fā)展中，對于多機(jī)通信系統(tǒng)的設(shè)計，除了要對其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計以外，其接口電路的設(shè)計也是非常重要的.通過單片機(jī)技術(shù)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收、提交與中繼等功能，使其能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提供系統(tǒng)信號，并確保各端口之間實現(xiàn)同構(gòu).在設(shè)計過程中，應(yīng)確保其滿足多機(jī)通信系統(tǒng)的功能要求，利用四個單片機(jī)來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的共同接收，各個單片機(jī)都配備有相應(yīng)的端口.在系統(tǒng)運行過程中，如果系統(tǒng)空閑，則不會進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此時四個單片機(jī)會將接口信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，并由單片機(jī)來支撐整個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)接收與傳輸時，系統(tǒng)會根據(jù)實際需要利用單片機(jī)來調(diào)用相應(yīng)的接口.

3.4 單片機(jī)在其他結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

在基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的多機(jī)通信系統(tǒng)中，單片機(jī)技術(shù)在應(yīng)用過程中需要設(shè)計服務(wù)端與客戶端的電路，通過模塊化設(shè)計方法來分別設(shè)計電路，然后與同一電路板進(jìn)行連接，其中客戶機(jī)電路要進(jìn)行編址，服務(wù)機(jī)電路則采用固定地址，并由單片機(jī)對ADC數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，然后在顯示器中進(jìn)行顯示，使系統(tǒng)人員能夠通過顯示器來查看各個客戶端的工作狀態(tài)，并利用單片機(jī)來實現(xiàn)各個客戶機(jī)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管.如圖2所示為基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的多機(jī)通信系統(tǒng)功能模塊.

在多機(jī)通信系統(tǒng)中，每臺設(shè)備均有著相應(yīng)的驅(qū)動程序，這些驅(qū)動程序都可利用單片機(jī)來進(jìn)行控制與調(diào)用.除此之外，用戶在下達(dá)指令時，可利用鍵盤來進(jìn)行控制命令的輸入，而這就需要設(shè)計一個鍵盤程序，通過在鍵盤程序中輸入各個部件的工作參數(shù)，并在顯示器中進(jìn)行參數(shù)對比，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性等方面的檢驗.

4 單片機(jī)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的發(fā)展趨勢

基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的單片機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在四個方面，分別是CPU、微型化、低功耗半導(dǎo)體以及存儲器.首先，對于單片機(jī)技術(shù)來說，CPU是其核心所在，隨著CPU性能的不斷提高，必然會促進(jìn)單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)如今，CPU經(jīng)過不斷的改進(jìn)與變革，使其在數(shù)據(jù)處理方面的適用性得以不斷提高，而在此過程中，總線寬度得以不斷拓展，并由原來的8位逐漸拓展至32位.在不久的將來，總線寬度不僅會得到進(jìn)一步的拓展，CPU結(jié)構(gòu)也將從原來的單CPU結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殡pCPU結(jié)構(gòu)，從而更加快速的推動單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展.其次，單片機(jī)技術(shù)必將向著微型化的方向發(fā)展，其芯片體積在縮小的同時，功能模塊也將得到進(jìn)一步的擴(kuò)展，從而使單片機(jī)能夠同時兼顧低功耗與功能性.再次，單片機(jī)技術(shù)所采用的半導(dǎo)體將得到進(jìn)一步的革新，傳統(tǒng)的CMOS半導(dǎo)體雖然有著較低的功耗，但其運行速度卻較慢，這也使科研人員更致力于將能耗更低、速度更快的CHMOS半導(dǎo)體應(yīng)用于單片機(jī)技術(shù)中.最后，在存儲器發(fā)展方面，將持續(xù)對存儲器進(jìn)行優(yōu)化與革新，并發(fā)展為利用閃速存儲器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫與存儲，以此防止因意外斷電而造成數(shù)據(jù)丟失的問題，使單片機(jī)技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到簡化的同時，還能大幅提高單片機(jī)存儲器的容量.

總而言之，隨著物聯(lián)網(wǎng)在各個領(lǐng)域中的普及與應(yīng)用，使單片機(jī)電子產(chǎn)品得以不斷增多，這在很大程度上促進(jìn)了單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，并在不斷發(fā)展過程中，將與更多現(xiàn)代化技術(shù)方法相結(jié)合，從而研發(fā)出功能更加強(qiáng)大、性能更加先進(jìn)的電子產(chǎn)品，使其能夠在人類的生產(chǎn)生活中發(fā)揮更為重要的作用.

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