孫靜

（天津城市建設(shè)管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津市 300134）

1 單片機(jī)的概念

單片機(jī)是一種集成電路芯片，通過把各種功能集成到一塊硅片上，從而形成一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，被廣泛運(yùn)用到工業(yè)控制之中。所謂微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其也就具備計(jì)算機(jī)的相關(guān)功能，比如實(shí)現(xiàn)中央處理器數(shù)據(jù)處理，隨機(jī)儲(chǔ)存器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、只讀存儲(chǔ)器等等[1]。在具體運(yùn)用中，單片機(jī)又被稱之為單片微控制器，在我們生活中隨處可見，比如智能儀表、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)，以及家用電器等。單片機(jī)是從上世紀(jì)后期發(fā)展起來的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，該技術(shù)也在不斷地優(yōu)化和成熟，逐漸的被運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)結(jié)構(gòu)組成含有多個(gè)部分，有著一定的復(fù)雜性。其中包括：運(yùn)算器，執(zhí)行各種算術(shù)的運(yùn)算以及邏輯運(yùn)算，并且進(jìn)行邏輯測(cè)試；控制器，有程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器和時(shí)序發(fā)生器以及操作控制器等組成，可以實(shí)現(xiàn)從內(nèi)部取出指令，對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試、便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作，指揮控制數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向；主要寄存器，包括了各種寄存器。

2 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

2.1 運(yùn)算器

單片機(jī)的核心部分便是運(yùn)算器，運(yùn)算器主要執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算、各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較[2]。

2.2 控制器

控制器中包括定時(shí)控制邏輯電路、寄存器、計(jì)數(shù)器、PC 等，控制器可以從寄存器中取出一條指令，并指出下一條指令在寄存器中的位置；對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作；指揮并控制CPU、寄存器和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。

2.3 存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是單片機(jī)的又一個(gè)重要組成部分，其中每個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，256 個(gè)單元共有256 個(gè)地址，用兩位16 進(jìn)制數(shù)表示。存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)八位二進(jìn)制信息，通常用兩位16 進(jìn)制數(shù)來表示[3]。

3 單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用

單片機(jī)最早是應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，有著體積小，質(zhì)量輕，價(jià)格便宜的特點(diǎn)，并且使用過程中能耗低，所以它也被廣泛的應(yīng)用到各種便攜式的電子設(shè)備中。

3.1 在家用電器中的應(yīng)用

就目前我們的生活現(xiàn)狀來說，各種家用電器和我們的日常生活息息相關(guān)，在我們每個(gè)人的家里，都有著家用電器的存在，為我們的生活給予了極大便利。單片機(jī)在家用電器的作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是提高了家用電器的工作效率，另一個(gè)就是提高了家用電器自身性能，給人們生活帶來更多選擇和享受。在這種情況下，單片機(jī)在家用電器的應(yīng)用中也是越來越多[4]。

3.2 在工業(yè)控制中的應(yīng)用

改革開放以來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展日新月異，各行各業(yè)都迎來了新的機(jī)遇和前所未有的挑戰(zhàn)，工業(yè)發(fā)展也不例外。在工業(yè)發(fā)展過程中，單片機(jī)的應(yīng)用也隨之深入普及，目前為止，單片機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的運(yùn)用已占據(jù)半壁江山。尤其在工業(yè)控制系統(tǒng)和收據(jù)采集系統(tǒng)中體現(xiàn)的更為明顯。工業(yè)生產(chǎn)過程中，單片機(jī)常被用來連接計(jì)算機(jī)，建立管理模型，然后形成一個(gè)符合工業(yè)生產(chǎn)需求的管理系統(tǒng)，理順企業(yè)的管理流程，讓企業(yè)的管理工作更好的進(jìn)行。

3.3 在智能儀器儀表中的應(yīng)用

智能化是目前社會(huì)市場(chǎng)上一個(gè)熱門，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展變化，單片機(jī)在新興技術(shù)中的應(yīng)用得以在智能化儀器儀表中完全體現(xiàn)[5]。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，單片機(jī)的運(yùn)用程度也在不斷加深，而對(duì)于對(duì)測(cè)量精度有著較高要求的測(cè)量?jī)x器儀表，單片機(jī)的深化應(yīng)用無疑是為其打開了另一扇大門。它讓傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器儀表使用起來更為簡(jiǎn)單便捷，智能化測(cè)量?jī)x器儀表的功能也要比傳統(tǒng)的更為強(qiáng)大，應(yīng)用范圍也隨之?dāng)U大。帶給人們生活和工作中更多的方便。

3.4 在醫(yī)療設(shè)備方面的應(yīng)用

對(duì)于所有普通群眾來說，醫(yī)療問題是件關(guān)乎生計(jì)的大事，尤其隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們生活水平的增高，再加之現(xiàn)代病情種類的復(fù)雜多變，人們對(duì)于醫(yī)療方面的關(guān)注度也越來越高。就醫(yī)一般離不開醫(yī)療器械的輔助，而醫(yī)療器械在應(yīng)用中對(duì)檢測(cè)方法有著相當(dāng)之高的要求，而目前現(xiàn)狀是部分醫(yī)療器材并未達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，所以導(dǎo)致醫(yī)生診斷失誤，對(duì)病人健康造成不良影響。當(dāng)隨著單片機(jī)被用到醫(yī)療器械的生產(chǎn)并投以使用后，醫(yī)療器械的檢測(cè)水平明顯提升，避免了因醫(yī)療器械檢測(cè)水平問題而導(dǎo)致求醫(yī)者身體健康受損的事情。同時(shí)，醫(yī)療器械中加入單片機(jī)后醫(yī)生的工作效率有了明顯的提高，診斷和治療率俱有顯著提高。隨著單片機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步深化應(yīng)用，醫(yī)療設(shè)備朝著智能化、自動(dòng)化方向的發(fā)展，未來人們求醫(yī)問診也必然有更深一層的保障。

3.5 在手機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

現(xiàn)下手機(jī)已然成為每個(gè)人必備的物品之一，單片機(jī)的應(yīng)用就手機(jī)而言，主要表現(xiàn)在語(yǔ)音和電話記錄功能方面，當(dāng)然語(yǔ)音也包括手機(jī)聲音這塊。手機(jī)聲音對(duì)于手機(jī)而言，其重要性眾所周知，所以單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)手機(jī)至關(guān)重要。除了聲音之外，單片機(jī)在手機(jī)中還關(guān)系到電話記錄這一功能，作為手機(jī)的基礎(chǔ)功能之一，單片機(jī)所發(fā)揮的電話記錄作用同樣是手機(jī)所倚重的功能[6]。

4 單片機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

4.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性高

單片機(jī)在電子技術(shù)領(lǐng)域中的科學(xué)應(yīng)用能夠有效增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中會(huì)受到諸多因素的影響而改變輸入和輸出產(chǎn)量、降低系統(tǒng)分辨率和靈敏度，這些問題的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性不斷降低，威脅系統(tǒng)安全的運(yùn)行。而將單片機(jī)應(yīng)用其中，可很好的避免上述問題的產(chǎn)生，并對(duì)存在問題的傳感設(shè)備進(jìn)行修復(fù)，改變非線性系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，以此促進(jìn)各項(xiàng)工作的有效開展，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.2 系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)

單片機(jī)在電子領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)可有效完善系統(tǒng)運(yùn)行中的抗干擾性能。具體體現(xiàn)在：一是提升抗確定干擾的能力。系統(tǒng)在日常運(yùn)行中會(huì)受到外界與系統(tǒng)內(nèi)部自身的影響而出現(xiàn)一些干擾性問題，單片機(jī)的應(yīng)用可有效解決這些問題，防止危險(xiǎn)的產(chǎn)生。二是增強(qiáng)抗隨機(jī)干擾的能力。系統(tǒng)運(yùn)行所處的環(huán)境存在復(fù)雜性特征，常會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)波動(dòng)的問題，進(jìn)而對(duì)信噪比帶來不同程度的影響，削弱信號(hào)傳輸及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性[7]。所以需要利用單片機(jī)對(duì)這些干擾問題予以有效處理和優(yōu)化，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

4.3 促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，各系統(tǒng)設(shè)備也得到了一定程度的完善，其性能得到顯著優(yōu)化，而單片機(jī)在系統(tǒng)中的科學(xué)應(yīng)用，不僅改善了系統(tǒng)性能，還很好地保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并能夠根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求實(shí)行功能上的調(diào)整和優(yōu)化，解決運(yùn)行過程中存在的各種問題，進(jìn)而強(qiáng)化系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行效果，這無疑提升了產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行整體水平，為行業(yè)的快速發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

5.1 朝著更低能耗，更小體積，更多功能的方向發(fā)展

目前我們常見的單片機(jī)是一枚小芯片，隨著科技水平的不斷提高，以及市場(chǎng)需求的變化，單片機(jī)以后還會(huì)朝著更小體積、更低能耗和更多功能的方向發(fā)展。

5.2 配套更簡(jiǎn)練的操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的應(yīng)用軟件

當(dāng)下單片機(jī)的應(yīng)用還處于一個(gè)發(fā)展的階段，隨著技術(shù)進(jìn)步和成熟，為應(yīng)對(duì)多元化的市場(chǎng)需求和滿足人們個(gè)性化要求，單片機(jī)的操作系統(tǒng)必將更為簡(jiǎn)練，相應(yīng)的應(yīng)用軟件也必然豐富。

6 單片機(jī)的技術(shù)開發(fā)

單片機(jī)的應(yīng)用為各領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)新提供了更多機(jī)遇，不過單片機(jī)技術(shù)在目前的推廣應(yīng)用中仍存在一些問題有待解決，所以應(yīng)加大對(duì)單片機(jī)技術(shù)的研究和開發(fā)力度，改善單片機(jī)技術(shù)水平，為各產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造更多空間。

6.1 更新CPU數(shù)據(jù)

CPU 作為單片機(jī)技術(shù)中較為重要的內(nèi)容，涵蓋的數(shù)據(jù)內(nèi)容對(duì)于單片機(jī)位數(shù)寬度有著直接影響。所以在未來單片機(jī)的研究中，應(yīng)加大對(duì)CPU 的重視力度，擴(kuò)大CPU 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，為單片機(jī)性能的發(fā)揮提供保障。另外，CPU 運(yùn)行壽命也是需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，以往CPU 的使用壽命相對(duì)較短，最多不超過20 年，這使得單片機(jī)的應(yīng)用頻率逐漸降低，造成了較多的浪費(fèi)現(xiàn)象。在現(xiàn)今及未來研究中，延長(zhǎng)CPU 使用壽命成為提高單片機(jī)應(yīng)用效率，創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。尤其是在半導(dǎo)體和MUP 快速發(fā)展的今天，對(duì)CPU 研發(fā)力度的加大，能夠有效提升單片機(jī)技術(shù)水平，加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)在半導(dǎo)體及MUP 技術(shù)快速更新的引導(dǎo)下，單片機(jī)的應(yīng)用范圍也得到了一定擴(kuò)展，不僅在工業(yè)控制領(lǐng)域中發(fā)揮了顯著功效，在日常生活中也起到更為顯著的作用。

6.2 降低能耗，提升運(yùn)轉(zhuǎn)速度

MUP 技術(shù)在單片機(jī)中的應(yīng)用為單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的加快帶來了保證，不過運(yùn)轉(zhuǎn)速度的加快會(huì)直接增加單片機(jī)的振幅及運(yùn)動(dòng)頻率，這在一定程度上會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)運(yùn)行中消耗過多的能源，同時(shí)縮短單片機(jī)的運(yùn)行壽命，出現(xiàn)資源浪費(fèi)問題。再者，以往單片機(jī)在使用中，運(yùn)行速率的增加還會(huì)造成噪音污染的產(chǎn)生，對(duì)周邊環(huán)境及人群帶來較大影響。所以在對(duì)單片機(jī)進(jìn)行研發(fā)時(shí)，工作人員并未將運(yùn)轉(zhuǎn)速率過多提升，希望能夠降低能耗及污染的產(chǎn)生，不過在日后研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)通過改變單片機(jī)內(nèi)部順序的方式來解決因運(yùn)轉(zhuǎn)速度過快而引發(fā)的問題，這不僅可以提高單片機(jī)的運(yùn)行效率，滿足各種不同系統(tǒng)作業(yè)的需求，也能夠規(guī)避能耗及污染的產(chǎn)生，將單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展推向新的高度，進(jìn)而為我國(guó)科技水平及競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的增強(qiáng)提供有效保障[9]。

6.3 減噪處理技術(shù)

單片機(jī)因其自身優(yōu)勢(shì)特征在目前很多行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，再加上該技術(shù)穩(wěn)定性和抵抗能力較強(qiáng)，將其應(yīng)用到各領(lǐng)域系統(tǒng)運(yùn)行中，可加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，延長(zhǎng)使用壽命，為行業(yè)發(fā)展提供更多支持。目前單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)不單純的局限于工業(yè)控制領(lǐng)域，日常生活也得到了較大推廣，并深受人們喜愛。隨著單片機(jī)技術(shù)的改善，人們對(duì)其研究力度也在不斷加大，其中EFT 技術(shù)在單片機(jī)中的應(yīng)用就是最為明顯的例子。該技術(shù)的融入一方面提升了單片機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。另一方面也降低了電磁波帶來的不利干擾，加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，進(jìn)而為單片機(jī)使用市場(chǎng)的擴(kuò)展提供保障。不過單片機(jī)在系統(tǒng)設(shè)備中的應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生一些噪音，雖然研究人員通過降低單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的方式解決噪音污染問題，但隨著技術(shù)水平的提高，單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的降低勢(shì)必會(huì)影響其應(yīng)用效率，阻礙行業(yè)發(fā)展。所以如何高效解決單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的噪音問題成為未來研究的主流方向。通過不斷研究發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)噪音問題大多集中在集成電路上，是由電源噪音裝機(jī)電子芯片導(dǎo)致的，為解決這一問題，可通過改變?cè)须娫次恢茫蛟陔娫磁c芯片間設(shè)置遮擋物等方式，來降低噪音污染，增強(qiáng)單片機(jī)的使用效果。

7 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)主要就是針對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)與處理，并且提高數(shù)據(jù)的可靠性與集成性，通過單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用，分析單片機(jī)主要構(gòu)成和工作原理，研究了單片機(jī)能夠得到開發(fā)的領(lǐng)域，希望有利于促進(jìn)單片機(jī)提升人們生活和工作效率。