单片机技术在电子信息技术中的应用

2020-12-03孙静

电子技术与软件工程 2020年11期

孙静

（天津城市建设管理职业技术学院天津市 300134）

1 单片机的概念

单片机是一种集成电路芯片，通过把各种功能集成到一块硅片上，从而形成一个微型的计算机系统，被广泛运用到工业控制之中。所谓微型的计算机系统，其也就具备计算机的相关功能，比如实现中央处理器数据处理，随机储存器、定时器、计数器、只读存储器等等[1]。在具体运用中，单片机又被称之为单片微控制器，在我们生活中随处可见，比如智能仪表、通讯设备、导航系统，以及家用电器等。单片机是从上世纪后期发展起来的，随着科学技术的进步和发展，该技术也在不断地优化和成熟，逐渐的被运用到各个领域。单片机结构组成含有多个部分，有着一定的复杂性。其中包括：运算器，执行各种算术的运算以及逻辑运算，并且进行逻辑测试；控制器，有程序计数器、指令寄存器、指令译码器和时序发生器以及操作控制器等组成，可以实现从内部取出指令，对指令进行译码和测试、便于执行规定的动作，指挥控制数据的流动方向；主要寄存器，包括了各种寄存器。

2 单片机的结构

2.1 运算器

单片机的核心部分便是运算器，运算器主要执行各种算术运算、各种逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较[2]。

2.2 控制器

控制器中包括定时控制逻辑电路、寄存器、计数器、PC 等，控制器可以从寄存器中取出一条指令，并指出下一条指令在寄存器中的位置；对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，以便于执行规定的动作；指挥并控制CPU、寄存器和输入输出设备之间数据流动的方向。

2.3 存储器

存储器是单片机的又一个重要组成部分，其中每个存储单元对应一个地址，256 个单元共有256 个地址，用两位16 进制数表示。存储器中每个存储单元可存放一个八位二进制信息，通常用两位16 进制数来表示[3]。

3 单片机的实际应用

单片机最早是应用于工业控制领域，有着体积小，质量轻，价格便宜的特点，并且使用过程中能耗低，所以它也被广泛的应用到各种便携式的电子设备中。

3.1 在家用电器中的应用

就目前我们的生活现状来说，各种家用电器和我们的日常生活息息相关，在我们每个人的家里，都有着家用电器的存在，为我们的生活给予了极大便利。单片机在家用电器的作用主要表现在两个方面，一是提高了家用电器的工作效率，另一个就是提高了家用电器自身性能，给人们生活带来更多选择和享受。在这种情况下，单片机在家用电器的应用中也是越来越多[4]。

3.2 在工业控制中的应用

改革开放以来，我国的经济发展日新月异，各行各业都迎来了新的机遇和前所未有的挑战，工业发展也不例外。在工业发展过程中，单片机的应用也随之深入普及，目前为止，单片机在工业生产领域的运用已占据半壁江山。尤其在工业控制系统和收据采集系统中体现的更为明显。工业生产过程中，单片机常被用来连接计算机，建立管理模型，然后形成一个符合工业生产需求的管理系统，理顺企业的管理流程，让企业的管理工作更好的进行。

3.3 在智能仪器仪表中的应用

智能化是目前社会市场上一个热门，随着科学技术的进步发展变化，单片机在新兴技术中的应用得以在智能化仪器仪表中完全体现[5]。随着科学技术水平的提高，单片机的运用程度也在不断加深，而对于对测量精度有着较高要求的测量仪器仪表，单片机的深化应用无疑是为其打开了另一扇大门。它让传统的测量仪器仪表使用起来更为简单便捷，智能化测量仪器仪表的功能也要比传统的更为强大，应用范围也随之扩大。带给人们生活和工作中更多的方便。

3.4 在医疗设备方面的应用

对于所有普通群众来说，医疗问题是件关乎生计的大事，尤其随着社会经济的发展、人们生活水平的增高，再加之现代病情种类的复杂多变，人们对于医疗方面的关注度也越来越高。就医一般离不开医疗器械的辅助，而医疗器械在应用中对检测方法有着相当之高的要求，而目前现状是部分医疗器材并未达到检测标准，所以导致医生诊断失误，对病人健康造成不良影响。当随着单片机被用到医疗器械的生产并投以使用后，医疗器械的检测水平明显提升，避免了因医疗器械检测水平问题而导致求医者身体健康受损的事情。同时，医疗器械中加入单片机后医生的工作效率有了明显的提高，诊断和治疗率俱有显著提高。随着单片机技术的进一步深化应用，医疗设备朝着智能化、自动化方向的发展，未来人们求医问诊也必然有更深一层的保障。

3.5 在手机生产设计中的应用

现下手机已然成为每个人必备的物品之一，单片机的应用就手机而言，主要表现在语音和电话记录功能方面，当然语音也包括手机声音这块。手机声音对于手机而言，其重要性众所周知，所以单片机技术的应用对手机至关重要。除了声音之外，单片机在手机中还关系到电话记录这一功能，作为手机的基础功能之一，单片机所发挥的电话记录作用同样是手机所倚重的功能[6]。

4 单片机的应用优势

4.1 系统稳定性高

单片机在电子技术领域中的科学应用能够有效增强系统稳定性。系统在长时间运行过程中会受到诸多因素的影响而改变输入和输出产量、降低系统分辨率和灵敏度，这些问题的产生会导致系统稳定性不断降低，威胁系统安全的运行。而将单片机应用其中，可很好的避免上述问题的产生，并对存在问题的传感设备进行修复，改变非线性系统的相关参数，以此促进各项工作的有效开展，提高系统的稳定性。

4.2 系统抗干扰能力强

单片机在电子领域中应用时可有效完善系统运行中的抗干扰性能。具体体现在：一是提升抗确定干扰的能力。系统在日常运行中会受到外界与系统内部自身的影响而出现一些干扰性问题，单片机的应用可有效解决这些问题，防止危险的产生。二是增强抗随机干扰的能力。系统运行所处的环境存在复杂性特征，常会出现随机波动的问题，进而对信噪比带来不同程度的影响，削弱信号传输及系统运行的稳定性[7]。所以需要利用单片机对这些干扰问题予以有效处理和优化，提高系统运行效率。

4.3 促进相关产业的快速发展

随着电子技术的快速发展，各系统设备也得到了一定程度的完善，其性能得到显著优化，而单片机在系统中的科学应用，不仅改善了系统性能，还很好地保证了系统运行的稳定性，并能够根据系统运行要求实行功能上的调整和优化，解决运行过程中存在的各种问题，进而强化系统及设备的运行效果，这无疑提升了产业生产运行整体水平，为行业的快速发展奠定坚实基础。

5 单片机的发展趋势

5.1 朝着更低能耗，更小体积，更多功能的方向发展

目前我们常见的单片机是一枚小芯片，随着科技水平的不断提高，以及市场需求的变化，单片机以后还会朝着更小体积、更低能耗和更多功能的方向发展。

5.2 配套更简练的操作系统以及相应的应用软件

当下单片机的应用还处于一个发展的阶段，随着技术进步和成熟，为应对多元化的市场需求和满足人们个性化要求，单片机的操作系统必将更为简练，相应的应用软件也必然丰富。

6 单片机的技术开发

单片机的应用为各领域的发展创新提供了更多机遇，不过单片机技术在目前的推广应用中仍存在一些问题有待解决，所以应加大对单片机技术的研究和开发力度，改善单片机技术水平，为各产业发展创造更多空间。

6.1 更新CPU数据

CPU 作为单片机技术中较为重要的内容，涵盖的数据内容对于单片机位数宽度有着直接影响。所以在未来单片机的研究中，应加大对CPU 的重视力度，扩大CPU 数据存储容量，为单片机性能的发挥提供保障。另外，CPU 运行寿命也是需要关注的重点内容，以往CPU 的使用寿命相对较短，最多不超过20 年，这使得单片机的应用频率逐渐降低，造成了较多的浪费现象。在现今及未来研究中，延长CPU 使用寿命成为提高单片机应用效率，创造更大经济效益的基础。尤其是在半导体和MUP 快速发展的今天，对CPU 研发力度的加大，能够有效提升单片机技术水平，加强市场竞争力。同时在半导体及MUP 技术快速更新的引导下，单片机的应用范围也得到了一定扩展，不仅在工业控制领域中发挥了显著功效，在日常生活中也起到更为显著的作用。

6.2 降低能耗，提升运转速度

MUP 技术在单片机中的应用为单片机运转速度的加快带来了保证，不过运转速度的加快会直接增加单片机的振幅及运动频率，这在一定程度上会导致单片机运行中消耗过多的能源，同时缩短单片机的运行寿命，出现资源浪费问题。再者，以往单片机在使用中，运行速率的增加还会造成噪音污染的产生，对周边环境及人群带来较大影响。所以在对单片机进行研发时，工作人员并未将运转速率过多提升，希望能够降低能耗及污染的产生，不过在日后研究中，研究人员发现通过改变单片机内部顺序的方式来解决因运转速度过快而引发的问题，这不仅可以提高单片机的运行效率，满足各种不同系统作业的需求，也能够规避能耗及污染的产生，将单片机技术的发展推向新的高度，进而为我国科技水平及竞争实力的增强提供有效保障[9]。

6.3 减噪处理技术

单片机因其自身优势特征在目前很多行业中得到了广泛应用，再加上该技术稳定性和抵抗能力较强，将其应用到各领域系统运行中，可加强系统运行的稳定性和安全性，延长使用寿命，为行业发展提供更多支持。目前单片机技术已经不单纯的局限于工业控制领域，日常生活也得到了较大推广，并深受人们喜爱。随着单片机技术的改善，人们对其研究力度也在不断加大，其中EFT 技术在单片机中的应用就是最为明显的例子。该技术的融入一方面提升了单片机运行的稳定性。另一方面也降低了电磁波带来的不利干扰，加强系统运行的可靠性，进而为单片机使用市场的扩展提供保障。不过单片机在系统设备中的应用中会产生一些噪音，虽然研究人员通过降低单片机运转速度的方式解决噪音污染问题，但随着技术水平的提高，单片机运转效率的降低势必会影响其应用效率，阻碍行业发展。所以如何高效解决单片机运转中的噪音问题成为未来研究的主流方向。通过不断研究发现，单片机噪音问题大多集中在集成电路上，是由电源噪音装机电子芯片导致的，为解决这一问题，可通过改变原有电源位置，或在电源与芯片间设置遮挡物等方式，来降低噪音污染，增强单片机的使用效果。