電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用研究

徐美娟

（蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州，215000）

0 引言

目前，我們生活在信息化和自動(dòng)化迅速發(fā)展的時(shí)代，無論是工業(yè)生產(chǎn)還是生活中，各種先進(jìn)的設(shè)備都需要用電作為能量來源，而這些設(shè)備往往可以通過微小的按鈕或者指令進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，這便是電子技術(shù)帶給我們的巨大改變。利用傳感器感知外界條件的變化，然后通過模電之間的轉(zhuǎn)換形成一個(gè)可以被利用的電信號(hào)，在通過數(shù)字技術(shù)也就是邏輯電路的運(yùn)算過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精確控制。在整個(gè)過程中，單片機(jī)作為運(yùn)算與控制的中心，承擔(dān)著數(shù)據(jù)處理、邏輯分析和控制輸出的重要任務(wù)。就像一臺(tái)小型電腦，將程序設(shè)定好的指令，傳達(dá)到各個(gè)執(zhí)行環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行。不僅僅是自動(dòng)化設(shè)備的工作需要用到單片機(jī)，即使現(xiàn)在熱門的智能化設(shè)備的工作，同樣也離不開單片機(jī)，只是現(xiàn)在的單片機(jī)相比于之前其計(jì)算和存儲(chǔ)的能力得到了進(jìn)一步強(qiáng)化，能夠處理更加復(fù)雜的指令，也能夠擁有完成龐大運(yùn)算的能力。電子技術(shù)的發(fā)展使得技術(shù)獲得了飛躍式的發(fā)展，而單片機(jī)的應(yīng)用讓電子技術(shù)獲得了更大的發(fā)展空間。

1 單片機(jī)功能實(shí)現(xiàn)的分析

單片機(jī)是將數(shù)字電子技術(shù)與模擬電子技術(shù)相結(jié)合的一個(gè)應(yīng)用平臺(tái)，它的運(yùn)行不僅僅需要內(nèi)部的中央處理器、存儲(chǔ)器等部件，同時(shí)也需要外部的模擬電路。而要想用單片機(jī)去控制外部的器件，還需要利用外接傳感器獲取外部的模擬信號(hào)，通過電路的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對(duì)外部控制的輸出。從整體來看，單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)過程較為復(fù)雜，但是應(yīng)用的范圍卻是非常廣泛。單片機(jī)主要由運(yùn)算器、控制器和寄存器三大部分構(gòu)成。其中，運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、寄存器等構(gòu)成，首先累加器和寄存器向ALU輸入兩個(gè)8位源數(shù)據(jù)，其次ALU完成源數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算，最后將運(yùn)算結(jié)果存入寄存器中；控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等構(gòu)成，是一個(gè)下達(dá)命令的“組織”，用于協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)各部分之間的運(yùn)作；寄存器主要有累加器A、數(shù)據(jù)寄存器DR、指令寄存器IR、指令譯碼器 ID、程序計(jì)數(shù)器PC、地址寄存器AR等。在微處理器內(nèi)部運(yùn)算器、控制器、寄存器之間是相互連接的，由控制器向各部分發(fā)布操作命令，運(yùn)算器接到命令后進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算，并將運(yùn)算后結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器中。

圖1 51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)然，單片機(jī)的工作并不僅僅是通過硬件模塊實(shí)現(xiàn)的，硬件模塊是實(shí)現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)，而軟件則是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制的方式。單片機(jī)的工作也正是將軟件中的語言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言，進(jìn)而控制硬件電路的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部電路的控制。以51單片機(jī)點(diǎn)亮LED燈的實(shí)驗(yàn)為例：

發(fā)光二極管的陽極連接到正極極，陰極接到負(fù)極就能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光的功能。所以，利用單片機(jī)控制LED的點(diǎn)亮就是讓正常的電壓接入到二極管中。#include "reg52.h"

在實(shí)現(xiàn)的過程中，利用上述的一段程序，能夠?yàn)槎O管兩端施加對(duì)應(yīng)的電壓，此時(shí)二極管便能夠點(diǎn)亮。在程序中sbit用于定義變量，LED為自定義變量，將P2.0孔賦給變量LED。在外部電路中，LED一端接了正極電壓，此時(shí)只需要將P2.0口，也就是二極管的另一端電壓變?yōu)樨?fù)極就能夠?qū)崿F(xiàn)二極管工作，所以將LED變量賦值為零，這樣二極管兩端形成了通路，實(shí)驗(yàn)也就完成了。

通過上述的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩闯?，通過合理的外部電路，能夠很容易的利用單片機(jī)進(jìn)行控制外部器件的工作，因此，在其他領(lǐng)域中，同樣可以推廣單片機(jī)的使用。

2 電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用分析

在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)課程中，經(jīng)常會(huì)用單片機(jī)做一些簡(jiǎn)單的控制實(shí)現(xiàn)，比如常見的流水燈、電機(jī)控制，而這些實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)恰恰是信息時(shí)代工業(yè)生產(chǎn)的縮影。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)在各行各業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用，并且已經(jīng)起到了重要的作用。

2.1 單片機(jī)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用

單片機(jī)在通信技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，比如我們現(xiàn)在經(jīng)常聽到的智能通信設(shè)備、語音控制設(shè)備以及自動(dòng)控制設(shè)備等。這些設(shè)備通過設(shè)計(jì)合理的硬件電路和程序，就能夠保證系統(tǒng)有條不紊的運(yùn)行下去。

（1）電子通信的硬件設(shè)施

在電子通信系統(tǒng)中，單片機(jī)的主要硬件設(shè)施包括聲音信號(hào)搜集元件、帶通濾波器、微控制器等，其中微控制器處于核心地位，負(fù)責(zé)信號(hào)的加工與數(shù)據(jù)的處理，在預(yù)處理的基礎(chǔ)上，將相應(yīng)的處理結(jié)果通過指令信息進(jìn)行傳遞。通常情況下，單片機(jī)的相對(duì)容量極為有限，因此需要將存儲(chǔ)語音信號(hào)進(jìn)行外置化處理，利用外部存儲(chǔ)器的空間進(jìn)行分類存儲(chǔ)。受語音輸入環(huán)境等方面要素的影響，智能移動(dòng)通信終端所收集到的聲音信號(hào)往往存在一定強(qiáng)度的雜音，影響信號(hào)識(shí)別的精確度，而通過帶通濾波器的作用，則可將多余的雜音信號(hào)進(jìn)行有效濾除，確保了識(shí)別有效性。此外，鍵盤控制模塊與信息顯示模塊則分別承擔(dān)信號(hào)識(shí)別控制、信息顯示等相應(yīng)功能。

圖2 電子通信的硬件設(shè)施

（2）電子通信的控制軟件

在電子通信領(lǐng)域，軟件設(shè)計(jì)一般會(huì)應(yīng)用到定時(shí)器、中斷和循環(huán)等處理過程，通過定時(shí)、中斷程序能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制優(yōu)先級(jí)的定義，當(dāng)有輸入信號(hào)同時(shí)進(jìn)入時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的輸入就能夠獲得優(yōu)先處理的權(quán)利。通過這種方式能夠有效降低系統(tǒng)處理過程中的沖突問題，同時(shí)能夠保證系統(tǒng)的最優(yōu)化流程。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，越來越多的智能算法也應(yīng)用在其中，比如常見的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊算法和自適應(yīng)算法等，這些算法能夠有效的提升單片機(jī)控制的處理能力，提升控制的效果。與此同時(shí)，算法對(duì)于單片機(jī)中央處理器運(yùn)算能力的考研也更大，需要不斷提升處理器的性能，保證單片機(jī)的運(yùn)算處理速度。

2.2 單片機(jī)在工業(yè)控制中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的工業(yè)控制環(huán)節(jié)中，由于對(duì)控制器的穩(wěn)定性要求較高，所以一般會(huì)選擇可編程邏輯控制器進(jìn)行控制。但是，隨著單片機(jī)技術(shù)的可靠性不斷增強(qiáng)，其在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍也在進(jìn)一步擴(kuò)大。工業(yè)生產(chǎn)過程中，應(yīng)用到最多的執(zhí)行機(jī)構(gòu)便是電機(jī)，而單片機(jī)在工控中的應(yīng)用便是實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)設(shè)備的精確控制。現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)過程中大量用到伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等精確控制設(shè)備，而單片機(jī)能夠在控制過程中進(jìn)一步簡(jiǎn)化控制過程。

步進(jìn)電機(jī)是通過脈沖控制轉(zhuǎn)動(dòng)的，只要能夠控制脈沖數(shù)量，就能夠達(dá)到精確控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的目的，所以，利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)也就變成了通過單片機(jī)在固定輸出端口輸出合適的脈沖數(shù)量，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精確控制。

如上所示，為步進(jìn)電機(jī)控制的主函數(shù)，在該函數(shù)中會(huì)調(diào)用一系列的子函數(shù)，這樣就能夠大大簡(jiǎn)化主函數(shù)的復(fù)雜程度，保證主函數(shù)的清晰和條例。通過調(diào)整脈沖寬度，能夠改變其占空比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)0、1輸出時(shí)間的控制，這樣也就改變了輸出脈沖的速度，從而對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

3 結(jié)束語

電子技術(shù)在21世紀(jì)中獲得了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，模擬電子和數(shù)字電子技術(shù)的進(jìn)步使得設(shè)備體積不斷縮小，但是功能卻進(jìn)一步增強(qiáng)。將電子技術(shù)與單片機(jī)相結(jié)合，能夠?qū)⑺麄兏髯缘膬?yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來。我們可以看到，相比從前，控制設(shè)備日趨小型化，控制精度進(jìn)步度得到了提升。這些都是利用單片機(jī)技術(shù)獲得的成果，同樣也是電子技術(shù)不斷進(jìn)步的成效。隨著智能化時(shí)代的來臨，電子技術(shù)與單片機(jī)的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，在生產(chǎn)生活中的影響力也會(huì)不斷加強(qiáng)。