試析電子技術(shù)中的單片機(jī)應(yīng)用

一、單片機(jī)的特點與基本組成

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，包括辦公室自動化設(shè)備、實時過程的控制、各類儀器儀表、醫(yī)療領(lǐng)域相關(guān)設(shè)備、汽車電子產(chǎn)品以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等等，由此可見，單片機(jī)是一種實用性非常強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)。其基本組成包括以下幾個部分：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，包括定時控制邏輯電路、指令寄存器以及譯碼器等模塊;第三，存儲器，存儲器中的每個存儲單元均對應(yīng)一個地址，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

可以說單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用越來越普遍，這得益于其優(yōu)良的存儲功能，并且與單片機(jī)RAM外存儲器發(fā)生聯(lián)系時必須通過A累加器才能順利實現(xiàn)，即所有數(shù)據(jù)如果要向外部RAM傳輸只能通過A累加器，同樣在數(shù)據(jù)讀取過程中也要經(jīng)過A累加器才能實現(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)其實是一種高集成的電路芯片，其執(zhí)行程序的過程就是逐條執(zhí)行指令的過程。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出來，通常一種基本操作對應(yīng)一條指令，主要是由設(shè)計人員賦予單片機(jī)的指令系統(tǒng)來決定的。由于單片機(jī)在執(zhí)行指令的過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)行程序時只需逐條取出這些指令然后執(zhí)行即可，不過要求具備一個程序計數(shù)器PC對指令地址進(jìn)行追蹤，在程序執(zhí)行過程中，給PC賦予執(zhí)行程序中對應(yīng)指令的地址，那么PC獲取該條命令時會自動增加相應(yīng)的內(nèi)容，通常指令的長度決定其增加量。

(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、市場開拓等方面，單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，比如電子玩具或者高級的電視游戲機(jī)中，會應(yīng)用單片機(jī)實現(xiàn)其控制功能;而洗衣機(jī)可以利用單片機(jī)識別衣服的種類與臟污程度，從而自動選擇洗滌強(qiáng)度與洗滌時間;在冰箱冷柜中采用單片機(jī)控制可以識別食物的種類與保鮮程度，實現(xiàn)冷藏溫度與冷藏時間的自動選擇;微波爐也可以通過單片機(jī)識別食物種類從而自動確定加熱溫度與加熱時間等等，這些家用電器在應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)后，無論是性能還是功能，與傳統(tǒng)技術(shù)相比均有長足的進(jìn)步。

2、在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)代醫(yī)療條件越來越發(fā)達(dá)，人們對醫(yī)療滅菌消毒技術(shù)也越來越重視，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)備還十分簡陋，無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)用方便的特點也越來越突出，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

其實最早的單片機(jī)正是從工業(yè)領(lǐng)域開始興起的，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、報警系統(tǒng)等等，均是通過單片機(jī)技術(shù)與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(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，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)帶動了傳統(tǒng)測量、控制儀器儀表技術(shù)的一項革命，通過單片機(jī)技術(shù)實現(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)型號與編程語言的選擇

①型號的選擇。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學(xué)會一種，其他種類皆融會貫通。8051系列是老型號，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，軟件支持和硬件開發(fā)都很成熟。對于初學(xué)者來說，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。②編程語言的選擇。由于單片機(jī)的C語言與匯編語言相比，具有對單片機(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語言常用語法少，有益于編寫小而快的程序等優(yōu)點，我們選擇C語言作為編程語言。

(二)教學(xué)目標(biāo)通過廣泛調(diào)研分析，我們一致認(rèn)為，對于中等職業(yè)學(xué)校的學(xué)生來說，學(xué)完單片機(jī)這門課程后，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)知識及其最小工作系統(tǒng)。②學(xué)會相關(guān)軟件如Keil和 SLISP的使用。③初步學(xué)會單片機(jī)在端口操作、顯示、高級輸入、時間控制等工程方面的典型應(yīng)用。④學(xué)會C51基本語句與相關(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個具體的教學(xué)項目中而得到落實。

(三)實驗板的設(shè)計與開發(fā)

單片機(jī)是一門實踐性很強(qiáng)、非常注重動手的課程。學(xué)習(xí)單片機(jī)最有效的方法是理論與實踐并重，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)項目設(shè)計之前，必須先設(shè)計開發(fā)好學(xué)習(xí)用的實驗板，使每個教學(xué)項目都可以在實驗板上完成。實驗板可以買現(xiàn)成的，也可以根據(jù)教學(xué)的實際需要自行設(shè)計。我們在編寫過程中，根據(jù)教學(xué)需要設(shè)計并開發(fā)了5個實驗用模塊板，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。

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

四、結(jié)語

總之，從某種程度而言，嵌入式計算機(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。