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摘要:新時代我國的科學技術發展非常迅速,科學技術領域對于單片機的關注越來越多,在電子技術領域給予了單片機更大的發展空間,而我國對于單片機的研究雖然起步時間較晚,但在技術研究方面也取得了一定的成果,就單片機的發展現狀分析來看,實際的應用與開發都離不開電子技術的理論,因此對電子技術中的單片機應用進行詳細的研究,是有助于單片機后續開發的。本文從單片機技術及應用原理進行簡要的分析,解讀了單片機在電子技術中的應用優勢,深入研究了單片機在電子技術中的具體應用與開發,并對未來的發展做出合理的展望。
關鍵詞:單片機;電子技術;應用開發
單片機是現代科學技術發展的必然產物,也是新時代人類智慧的結晶,將單片機應用于電子技術領域可以優化許多產業的生產結構,對大眾生活的方式形成一種轉變,提升了各個領域運作的效率,使許多復雜、繁瑣的過程變得簡單化、高效化。所謂單片機,就是指在電子芯片的基礎上構成的相對完整的計算機系統,可以在單片機中達到計算機的一些日常功能,而這些功能都是通過芯片實現的,包括計算機外部的總線及內存等部分,由此可以看出,單片機的功能是非常強大的,僅在一塊芯片上就可以集成計算機的一些功能,如網絡、圖像與聲音的輸出功能[1]。單片機的出現讓現代人的生活更加豐富多彩,人們對信息的需求可以從單片機中得到滿足,推動著我國電子技術的快速發展。
1單片機在電子技術中的應用原理
單片機的構成包括控制器、運算設備及儲存器等系統,而今已經發展為一種十分常用的控制系統,在社會的各個領域、人們的生活中隨處可見,包括工業生產的自動化設備、各個領域所使用的儀表盤、終端移動電子通訊設備等,都包含著單片機的應用。單片機的構成原理并不簡單,是通過集成可編程性的電路,完成各部分組件所發出的指令的過程。也就是將集成電路作為編寫指令的單元,再分配給電路中的各個部件完成指令任務,實際操作中,各個部分都可以協同完成操作,而不是獨立的某一個單元完成操作。在單片機的集成電路中,完成指令任務的部分便被稱為程序,不同類型的單片機所具備的任務完成能力是各不相同的。與洽談嵌入式的系統相比,單片機的優勢非常明顯,其體積較小、易于攜帶,比其他系統的集成度更高,而且對能源的消耗速度較慢,本質上屬于一種微型計算機的處理結構,具有強大的數據儲存與指令功能[2]。在現代電子技術發展的過程中,單片機的應用越來越廣泛,其應用價值也體現在為人們的生活提供便利,操作穩定、流暢性高,適用于更多的現代電子產品中。
2單片機在電子技術中的應用優勢
2.1增強系統的穩定性。單片機對數據處理的流程非常清晰,是先將相關數據收集起來,存在儲存器中,在系統下達指令以后,單片機進入工作模式的狀態,對數據進行處理。單片機在運行的過程中,由數據庫為各部分程序輸送相關參數信息,完成數據的備份工作并履行相關指令,與相關系統聯合展開操作,根據指令代碼完成相關的任務。單片機可以實現計算機的控制,所以在電子技術領域的優勢非常明顯,單片機需要在下達指令時了解指令的內容,并對數據加以編輯,可以準確的識別信息,使整個工作中的電子技術運行狀態更加穩定和可靠。
2.2增強系統抗干擾性。應用于電子技術中的單片機與傳統的單片機技術有所不同,在性能方面得到了顯著優化,既改變了系統原有的非線性行為,使穩定性得到大幅的提升,在工作效率方面也明顯提升,外界的許多干擾因素無法擾亂單片機的正常運行。如內部結構的影響、外部環境的影響等,這兩個方面對單片機的運行干擾性明顯降低,由此可見,現代單片機在電子技術中的應用可以有效增強該系統的抗干擾性。
2.3延長系統使用壽命?,F代電子技術中的半導體技術發展十分迅速,對中央處理器的革新使其應用效果更好,經過單片機技術的調整,可以實現8位、16位、32位的同步發展,那么用戶就可以根據自己的實際需求來選擇產品。從實際的調查中可以發現,融入單片機的電子技術產品的使用壽命更長,其微處理器的應用效果更好,而且在成本方面,單片機的操作成本明顯更低,經濟性優勢非常顯著。
3單片機在電子技術中的具體應用
3.1家用電器?,F代社會已經進入智能化的時代,許多家用電器中融入了智能化的功能,將單片機應用于電子技術中,可以提升家用電器的智能化水平,拓展了現代家用電器的發展空間。如高級游戲機及相關電子玩具,在單片機的融合下,功能更加強大、流暢性更好;家用電器的智能洗衣機,可以在單片機的作用下調節洗滌強度與洗滌時間,便于人們在生活中使用,甚至能夠對清洗衣物的潔凈度進行識別,這對于傳統的家用洗衣機來說,無疑是一次巨大的創新;家用電器的智能冰箱,可以對蔬菜水果的保鮮程度加以識別,從而智能地調節溫度,其中都是將單片機作為核心系統制造的;還有使用單片機制造的現代攝影機,外部的環境及光圈的速度都會影響攝影的效果,在單片機的作用下,攝影機可以自動地調節情景模式及光圈速度,用更加智能化的方式優化性能[3]。
3.2醫用領域。現代醫療科技已經非常發達,解決了許多人類醫療事業中的疑難雜癥,而這些先進的醫療設備中也有單片機的應用,如醫院中使用的X光機、CT機等等,還有近年出現的自動報告機、自助掛號機等,優化了醫院的服務功能,減少了患者就醫的時間。在快節奏的現代社會中,因單片機在電子技術中的應用,提升了醫療機構設備的優越性,一方面可以切實提升醫療機構的治療水平,為患者帶來更好的診治服務,曾經的一些難以確診的疾病,在先進的設備應用中可以為患者提供更準確的診斷結果;另一方面可以優化了傳統就醫通道,讓患者節省許多就醫過程中浪費的時間,單片機的靈活性與擴展性非常強,這些優勢在現代的醫療設備中得到了良好的體現,如醫院中的監控系統及病房呼叫系統,在融合單片機技術以后,呼叫的效率更快,便于醫院方面及時做出應急安排[4]。
3.3工業領域。現代電子技術中融入單片機技術以后,在工業生產中也促成了自動化流水生產線的升級,具體來講,就是在現代工業的發展中,由于單片機技術的融合,使科技發展的水平更高,工業生產的操作更加流暢,而我國現代工業的發展進程更快。如工業信息數據系統中融入了單片機技術以后,工業生產系統的控制效果更好,從主機向下級的生產線生產命令時,下級設備的響應更加迅速,尤其是在工業流水生產線上,單片機的應用優勢更加明顯[5]。傳統的自動化生產系統往往需要人為操作加以監督和管理,在單片機的控制下,人力的需求明顯降低,技術人員可以在流水生產線中設置報警系統,一旦系統中出現問題,報警系統會迅速反饋信息給主系統,主系統會發出指令給管理人員,并采用一定的措施應對,提升了對系統故障的響應效率,可以推動現代工業生產力的進步。
3.4硬件設計。單片機的操控形式相對單一,可以通過接口來控制后續的設備而且控制的效果較好,無論軟件還是硬件,都可以達到兼容的效果,在一定程度上減少了主機對下屬設備操控所需要的時間。單片機在硬件設計中的應用可以表現為多種形式,有的是簡單的系統,有的是復雜的系統,根據工業生產或人們生活需求的不同,單片機的應用是非常廣泛的。以人們的日常生活為例,小區的門禁卡系統也屬于一種常見的單片機在電子技術中應用的形式,其自動化的操作是顯著的技術特征,通過計算機發出的指令就可以實現自動開門與關門的操作,可以有效地提升工作的效率,節省了人力與響應的時間。信號在進入通道以后由相關設備完成采集,再通過不同的渠道將搜集來的信號發射出去,達到主機的指令部得到指令。單片機中的I/O模塊可以用于收集信息,但不僅是這一模塊收集信息,工業控制領域中也有諸多部分可以用于傳輸信號,單片機的內部擁有完整的數據保存、邏輯運算系統,可以實現定時操作,或是對設備系統進行嚴格的控制與管理,故常用于工業的硬件設計中[6]。
3.5智能化設備?,F代工業生產涉及諸多智能化的設備,這些設備在自動化技術的應用下,有效地提升了工業的生產效率。不僅是工業的生產,現代社會的公共服務系統也因單片機的應用得到優化,而工業生產中所使用的自動化智能設備,需要應用單片機技術來縮小體積,實現功能的集約化管理。為達到更精準采集數據的目標,在智能化設備中應用單片機已經并不少見,如工業生產中的報警系統和雷達監控系統,就需要應用單片機的結構,拓展其使用功能,越來越多的工業生產將單片機納入發展規劃中,也正是因為單片機的功能優勢過于明顯,主機通過查看數據庫就可以檢測到各類設備的運行情況,并獲得相關信息。一旦系統發生異常,由單片機負責收集系統信息及分析信息的單元,會快速響應,發出故障信號。一般來說,現代工業生產中系統的功能非常復雜,如果技術人員無法在短期內及時的處理故障問題,那么就可能會浪費大量的時間去排查故障,難以提升工業生產的效率,可能會使工業企業蒙受一定的經濟損失,將單片機引入電氣化生產設備中,不僅能夠提升系統的集成能力,還可以對生產的狀態進行實時的監測,尤其是故障診斷的過程中,在單片機系統的支持下,技術人員可以快速查找故障點,及時排除工業生產系統中的安全隱患,滿足現代工業安全生產的需求。
3.6通信設備?,F代人的主要通信設備是手機,屬于終端移動電子通信設備,此外還有一些平板電腦、筆記本電腦等,這些設備在人們的日常生活中非常重要,現代通信行業的發展與單片機的運用密切相關,人們可以從生活中發現,現代電子產品的體積越來越小而且功能越來越強大,這正是由于單片機的應用,使電子產品的功能拓展性更高。如手機設備中的電話錄音及語音方面的功能,就是依賴單片機完成的,單片機系統可以輸入語音并作出針對性的識別,將語音信息傳輸到其他組件中。單片機可以利用自身的介質完成錄音操作并進行記錄,在用戶下達指令以后,單片機系統會立即向其他功能單元發送命令信號,則錄音就已儲存在單片機系統中。
4單片機在電子技術中的重要開發
4.1CPU開發。單片機在CPU方面的開發改進可以從兩個層次分析,分別是CPU總線寬度的改進和CPU實際結構的改進。在CPU總線寬度的改進方面,以往的標準是8位基礎上,目前可以擴展至32位甚至48位,是對原有基礎的大幅改進,而改進CPU總線的寬度可以解決單片機處理過程緩慢的問題,大幅提升單片機運行的效率,增強單片機對信息的處理功能;在CPU的實際結構改進方面,以往的單片機是建立在單獨的CPU運行基礎上,改進以后可以將其調整為兩個至三個單元協作運行,能夠提升多個CPU之間的運行效率,促進各個CPU單元的功能合作。
4.2儲存器開發。單片機的實際開發包括儲存器方面的內容,通過對讀寫功能的研究分析,技術人員可以在原有基礎上將單片機調整為閃存型的設備,用動態化與靜態化兩種形式的操作來滿足實際的功能需求,可以有效地避免單片機在運行中丟失信息或者掉電的情況,這也有助于單片機提升自身的便捷性。關于單片機儲存器的開發還有很大的空間,需要技術人員深入研究單片機的系統結構,根據單片機的運行原理來優化單片機的運行過程,更多的關注儲存器對信息的錄入效率與儲存安全性,以發揮其強大的儲存功能。
4.3微型化發展。單片機在運行過程中需要各個模塊相對獨立但又總體結合的方式,維持一個系統的正常運轉,然而明顯擴大的體積可能會影響單片機的運行質量,相關設備的運行能耗也會非常巨大。單片機將CPU、RAM、ROM融為一體,并將這些功能模塊儲存于一個小體積的芯片部件中,部分增益性質的單片機在功能上會更加強大,對PMW及WDT程序的應用程度更高,依照這種方式來研究單片機的系統,聯系單片機的通信結構、儲存器、定時電路等單元,就可以看到單片機在正常運行狀態下單元電路的發展趨勢。技術人員需要注意的是,現代的單片機要朝向更微型、更多元的方向發展,對于各個領域單片機體積要求的不同,其體積與質量也需要不斷地縮小,在此基礎上保留單片機的應用功能就成為技術人員需要研究的難題。
4.4半導體工藝。單片機在傳統生產中正常的能耗約為600MW,由于各個領域對單片機運行的要求趨于低能化,所以這些標準被限制在了100MW左右,那么現代單片機的生產必須要更加精準、生產技術更加先進,才能滿足低功耗運行的現實要求。多數的單片機制造企業嘗試引入新的生產工藝,即互補金屬氧化物的半導體生產工藝,在不斷的生產實踐與研究的過程中,又發展為互補性的高密度金屬氯化物半導體生產工藝。至此,單片機的生產徹底脫離了傳統的生產工藝,解決了以往單片機工作效率不高的問題,也能夠在一定程度上保證低功耗運行的需求,維持單片機正常運作狀態中的穩定性。如現代工業生產有一些特殊的生產領域,由于工作的環境較為特殊,單片機的設備可能會在運行中發生電池損壞的情況,在高密度金屬氯化物半導體生產工藝的支持下,單片機的電池及其他部分組件會具有較強的抗干擾能力,意味著單片機設備的使用壽命更長,受環境因素的影響更小,不僅可以發揮低耗能的優勢,還可以大幅提升單片機運行的可靠性,而這種生產工藝在全球范圍內屬于一種全新的生產工藝,要想大范圍的推廣仍會面臨一些困難。
5結束語
在現代社會中,工業的發展十分迅速,電子技術的應用已經占據了人們的生活。在電子技術中應用單片機技術,可以借助互聯網的發展優勢,推動工業領域的自動化建設,應用于社會的公共服務系統及人們的日常生活中。從宏觀的角度講,單片機應用于工業的電子技術中,有助于推動社會經濟的發展;從微觀的角度講,單片機應用于人們的通訊設備中,促進了人與人之間的交流,更加快速地完成了社會信息的交換。面對這種技術的發展,技術人員要緊握時代的發展步伐,深入研究單片機與電子技術之間融合的發展應用,捕捉單片機微型化、集成化發展的趨勢,增強單片機的低功耗性能,使其在現代電子技術中得到更好的應用。
作者:王娟穎 單位:衡水學院