單片機在現(xiàn)代電子系統(tǒng)的地位綜述

現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的速度越來越快，其基本核心技術(shù)為嵌入式計算機系統(tǒng)，而作為嵌入式系統(tǒng)之一的單片機，以其明顯的典型性、廣泛性、普及性的特點，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)發(fā)展歷程中占據(jù)著重要的地位。本文就針對電子技術(shù)中單片機的應(yīng)用進行綜述性討論，介紹其基本組成與特點，對其應(yīng)用進行分析，最后提出其未來的發(fā)展方向。

一、單片機的特點與基本組成

與其它的嵌入式系統(tǒng)相比，單片機的體積小，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)品以及計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等等，由此可見，單片機是一種實用性非常強的嵌入式系統(tǒng)。其基本組成包括以下幾個部分：第一，運算器，其核心是ALU部件，主要作用就是完成二進制算術(shù)與邏輯運算，運算器的輔助設(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)中單片機的應(yīng)用

（一）單片機的工作原理

可以說單片機在電子技術(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)計人員賦予單片機的指令系統(tǒng)來決定的。由于單片機在執(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中，會應(yīng)用單片機實現(xiàn)其控制功能；而洗衣機可以利用單片機識別衣服的種類與臟污程度，從而自動選擇洗滌強度與洗滌時間；在冰箱冷柜中采用單片機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，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。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，其體積較小、功能強大、具有靈活的擴展性、應(yīng)用方便的特點也越來越突出，因此在醫(yī)用呼吸機、分析儀與監(jiān)護儀、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，均是通過單片機技術(shù)與計算機聯(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具備集成度高、體積小、較強的控制功能與擴展的靈活性等特點，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，其功能更強大，綜合性更突出。

三、單片機的應(yīng)用

（一）單片機型號與編程語言的選擇

①型號的選擇。目前單片機種類有很多，有8051、PIC、MS430、AVR等。單片機雖然型號不同，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，這種單片機雖不是目前功能最強大的，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。由于單片機的C語言與匯編語言相比，具有對單片機的指令系統(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；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)目標通過廣泛調(diào)研分析，我們一致認為，對于中等職業(yè)學(xué)校的學(xué)生來說，學(xué)完單片機這門課程后，應(yīng)該達到的教學(xué)目標是：

①了解單片機的功能與應(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進一步激發(fā)學(xué)有余力的學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)單片機的興趣和欲望，使總的教學(xué)目標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)

單片機是一門實踐性很強、非常注重動手的課程。學(xué)習(xí)單片機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，這樣能將用到的指令理解、吃透。因此，在進行教學(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：用單片機的P1.0腳去控制一個發(fā)光二極管按1s時間間隔進行亮滅閃爍，即延時小燈的設(shè)計。同時給出的學(xué)習(xí)目標是：

①了解單片機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。