試析電子技術(shù)中的單片機(jī)應(yīng)用

一、單片機(jī)的特點(diǎn)與基本組成

與其它的嵌入式系統(tǒng)相比，單片機(jī)的體積小，但是集成度高，具備較高的可靠性與控制功能;功耗低且采用低電壓，因此對(duì)便攜式產(chǎn)品的制造與生產(chǎn)十分有利;具備較好的擴(kuò)展性與優(yōu)異的性能比，其應(yīng)用范圍十分廣泛，包括辦公室自動(dòng)化設(shè)備、實(shí)時(shí)過(guò)程的控制、各類儀器儀表、醫(yī)療領(lǐng)域相關(guān)設(shè)備、汽車(chē)電子產(chǎn)品以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等等，由此可見(jiàn)，單片機(jī)是一種實(shí)用性非常強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)。其基本組成包括以下幾個(gè)部分：第一，運(yùn)算器，其核心是ALU部件，主要作用就是完成二進(jìn)制算術(shù)與邏輯運(yùn)算，運(yùn)算器的輔助設(shè)備包括暫存器TMP、寄存器B、累加器 ACC、布爾處理器以及程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器 PSW 等等;第二，控制器，其為CPU的神經(jīng)中樞，包括定時(shí)控制邏輯電路、指令寄存器以及譯碼器等模塊;第三，存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中的每個(gè)存儲(chǔ)單元均對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，其利用2位16進(jìn)制數(shù)表示;第四，輸入設(shè)備與輸出設(shè)備等。

二、電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用

(一)單片機(jī)的工作原理

可以說(shuō)單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，這得益于其優(yōu)良的存儲(chǔ)功能，并且與單片機(jī)RAM外存儲(chǔ)器發(fā)生聯(lián)系時(shí)必須通過(guò)A累加器才能順利實(shí)現(xiàn)，即所有數(shù)據(jù)如果要向外部RAM傳輸只能通過(guò)A累加器，同樣在數(shù)據(jù)讀取過(guò)程中也要經(jīng)過(guò)A累加器才能實(shí)現(xiàn)讀入。這種工作機(jī)制與內(nèi)部RAM有著明顯的區(qū)別，即內(nèi)部RAM之間能夠直接傳送、讀入數(shù)據(jù)，但是外部RAM不可以。單片機(jī)其實(shí)是一種高集成的電路芯片，其執(zhí)行程序的過(guò)程就是逐條執(zhí)行指令的過(guò)程。此處所謂的指令是指需要單片機(jī)執(zhí)行的相關(guān)操作采用命令的形式寫(xiě)出來(lái)，通常一種基本操作對(duì)應(yīng)一條指令，主要是由設(shè)計(jì)人員賦予單片機(jī)的指令系統(tǒng)來(lái)決定的。由于單片機(jī)在執(zhí)行指令的過(guò)程中需要遵循特定的順序，所以程序中的指令也是根據(jù)同樣的順序逐條存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)只需逐條取出這些指令然后執(zhí)行即可，不過(guò)要求具備一個(gè)程序計(jì)數(shù)器PC對(duì)指令地址進(jìn)行追蹤，在程序執(zhí)行過(guò)程中，給PC賦予執(zhí)行程序中對(duì)應(yīng)指令的地址，那么PC獲取該條命令時(shí)會(huì)自動(dòng)增加相應(yīng)的內(nèi)容，通常指令的長(zhǎng)度決定其增加量。

(二)電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用

1、在家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)在在家用電器的更新、市場(chǎng)開(kāi)拓等方面，單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，比如電子玩具或者高級(jí)的電視游戲機(jī)中，會(huì)應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其控制功能;而洗衣機(jī)可以利用單片機(jī)識(shí)別衣服的種類與臟污程度，從而自動(dòng)選擇洗滌強(qiáng)度與洗滌時(shí)間;在冰箱冷柜中采用單片機(jī)控制可以識(shí)別食物的種類與保鮮程度，實(shí)現(xiàn)冷藏溫度與冷藏時(shí)間的自動(dòng)選擇;微波爐也可以通過(guò)單片機(jī)識(shí)別食物種類從而自動(dòng)確定加熱溫度與加熱時(shí)間等等，這些家用電器在應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)后，無(wú)論是性能還是功能，與傳統(tǒng)技術(shù)相比均有長(zhǎng)足的進(jìn)步。

2、在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)代醫(yī)療條件越來(lái)越發(fā)達(dá)，人們對(duì)醫(yī)療滅菌消毒技術(shù)也越來(lái)越重視，但是一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的小醫(yī)院、小診所其消毒滅菌設(shè)備還十分簡(jiǎn)陋，無(wú)法有效的控制消毒質(zhì)量。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其體積較小、功能強(qiáng)大、具有靈活的擴(kuò)展性、應(yīng)用方便的特點(diǎn)也越來(lái)越突出，因此在醫(yī)用呼吸機(jī)、分析儀與監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷設(shè)備、病床呼叫系統(tǒng)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。

3、在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用

其實(shí)最早的單片機(jī)正是從工業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始興起的，至今其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用仍然十分廣泛，利用單片機(jī)技術(shù)構(gòu)成多種多樣的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與智能控制系統(tǒng)，比如工廠流水線的智能化管理、智能化電梯、報(bào)警系統(tǒng)等等，均是通過(guò)單片機(jī)技術(shù)與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)。

4、在儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用

上文中也談到單片機(jī)具備集成度高、體積小、較強(qiáng)的控制功能與擴(kuò)展的靈活性等特點(diǎn)，并且處理速度快，具有較高的可靠性，所以在智能儀器儀表領(lǐng)域其應(yīng)用也十分廣泛。從某種程度而言，單片機(jī)帶動(dòng)了傳統(tǒng)測(cè)量、控制儀器儀表技術(shù)的一項(xiàng)革命，通過(guò)單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了儀器儀表技術(shù)的數(shù)字化、智能化、綜合化以及多功能化，與傳統(tǒng)的電子電路或者數(shù)字電路相比，其功能更強(qiáng)大，綜合性更突出。

三、中職單片機(jī)的應(yīng)用

(一)單片機(jī)型號(hào)與編程語(yǔ)言的選擇

①型號(hào)的選擇。目前單片機(jī)種類有很多，有 8051、PIC、MS430、 AVR等。單片機(jī)雖然型號(hào)不同，但是芯片內(nèi)部的資源種類都差不多，而且這些資源的使用方法也大同小異?？梢哉f(shuō)學(xué)會(huì)一種，其他種類皆融會(huì)貫通。8051系列是老型號(hào)，這種單片機(jī)雖不是目前功能最強(qiáng)大的，但卻是用得最廣泛的，教學(xué)資源最多，軟件支持和硬件開(kāi)發(fā)都很成熟。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，我們選擇由Atmel公司生產(chǎn)的，具有ISP可在線編程功能的AT89S52這一型號(hào)。②編程語(yǔ)言的選擇。由于單片機(jī)的C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言相比，具有對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求有任何的了解，就可以用C語(yǔ)言直接編程操作單片機(jī);具有方便的模塊化編程技術(shù)，使已編好的程序很容易移植;單片機(jī)的C語(yǔ)言常用語(yǔ)法少，有益于編寫(xiě)小而快的程序等優(yōu)點(diǎn)，我們選擇C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。

(二)教學(xué)目標(biāo)通過(guò)廣泛調(diào)研分析，我們一致認(rèn)為，對(duì)于中等職業(yè)學(xué)校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)完單片機(jī)這門(mén)課程后，應(yīng)該達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)是：①了解單片機(jī)的功能與應(yīng)用、基礎(chǔ)知識(shí)及其最小工作系統(tǒng)。②學(xué)會(huì)相關(guān)軟件如Keil和 SLISP的使用。③初步學(xué)會(huì)單片機(jī)在端口操作、顯示、高級(jí)輸入、時(shí)間控制等工程方面的典型應(yīng)用。④學(xué)會(huì)C51基本語(yǔ)句與相關(guān)函數(shù)的用法。 ⑤進(jìn)一步激發(fā)學(xué)有余力的學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣和欲望，使總的教學(xué)目標(biāo)最終都被分解到一個(gè)個(gè)具體的教學(xué)項(xiàng)目中而得到落實(shí)。

(三)實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

單片機(jī)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)、非常注重動(dòng)手的課程。學(xué)習(xí)單片機(jī)最有效的方法是理論與實(shí)踐并重，邊學(xué)習(xí)，邊演練，循序漸進(jìn)，這樣能將用到的指令理解、吃透。因此，在進(jìn)行教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)之前，必須先設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)好學(xué)習(xí)用的實(shí)驗(yàn)板，使每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目都可以在實(shí)驗(yàn)板上完成。實(shí)驗(yàn)板可以買(mǎi)現(xiàn)成的，也可以根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)。我們?cè)诰帉?xiě)過(guò)程中，根據(jù)教學(xué)需要設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了5個(gè)實(shí)驗(yàn)用模塊板，分別是單片機(jī)模塊、指令(按鍵)模塊、LED顯示模塊、七段數(shù)碼管模塊、LCD顯示模塊。

“延時(shí)小燈的設(shè)計(jì)”教學(xué)項(xiàng)目，其項(xiàng)目情境描述為：用單片機(jī)的P1.0 腳去控制一個(gè)發(fā)光二極管按1s時(shí)間間隔進(jìn)行亮滅閃爍，即延時(shí)小燈的設(shè)計(jì)。同時(shí)給出的學(xué)習(xí)目標(biāo)是：①了解單片機(jī) C 語(yǔ)言程序的基本結(jié)構(gòu)。②學(xué)會(huì)while()語(yǔ)句、for語(yǔ)句及不帶參數(shù)函數(shù)的用法。③學(xué)會(huì)進(jìn)入 Kiel軟件的仿真模擬調(diào)試狀態(tài)，會(huì)利用寄存器窗口“sec”一欄的參數(shù)來(lái)計(jì)算程序執(zhí)行的相關(guān)時(shí)間。這樣就能讓學(xué)生從一開(kāi)始就明確教學(xué)項(xiàng)目所要求完成的工作任務(wù)和應(yīng)掌握的相關(guān)知識(shí)，即學(xué)習(xí)目標(biāo)既具體又明確。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，從某種程度而言，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，而單片機(jī)作為一種最典型、應(yīng)用最廣泛、普及度最高的嵌入式系統(tǒng)，更是在現(xiàn)代電子系統(tǒng)的發(fā)展歷程中占據(jù)著重要的地位。