电子技术中单片机的应用研究

徐美娟

（苏州工业园区职业技术学院，江苏苏州，215000）

0 引言

目前，我们生活在信息化和自动化迅速发展的时代，无论是工业生产还是生活中，各种先进的设备都需要用电作为能量来源，而这些设备往往可以通过微小的按钮或者指令进行控制，实现自动运行，这便是电子技术带给我们的巨大改变。利用传感器感知外界条件的变化，然后通过模电之间的转换形成一个可以被利用的电信号，在通过数字技术也就是逻辑电路的运算过程，实现对设备的精确控制。在整个过程中，单片机作为运算与控制的中心，承担着数据处理、逻辑分析和控制输出的重要任务。就像一台小型电脑，将程序设定好的指令，传达到各个执行环节中，实现自动化设备的运行。不仅仅是自动化设备的工作需要用到单片机，即使现在热门的智能化设备的工作，同样也离不开单片机，只是现在的单片机相比于之前其计算和存储的能力得到了进一步强化，能够处理更加复杂的指令，也能够拥有完成庞大运算的能力。电子技术的发展使得技术获得了飞跃式的发展，而单片机的应用让电子技术获得了更大的发展空间。

1 单片机功能实现的分析

单片机是将数字电子技术与模拟电子技术相结合的一个应用平台，它的运行不仅仅需要内部的中央处理器、存储器等部件，同时也需要外部的模拟电路。而要想用单片机去控制外部的器件，还需要利用外接传感器获取外部的模拟信号，通过电路的转换实现对外部控制的输出。从整体来看，单片机的实现过程较为复杂，但是应用的范围却是非常广泛。单片机主要由运算器、控制器和寄存器三大部分构成。其中，运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、寄存器等构成，首先累加器和寄存器向ALU输入两个8位源数据，其次ALU完成源数据的逻辑运算，最后将运算结果存入寄存器中；控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等构成，是一个下达命令的“组织”，用于协调整个系统各部分之间的运作；寄存器主要有累加器A、数据寄存器DR、指令寄存器IR、指令译码器 ID、程序计数器PC、地址寄存器AR等。在微处理器内部运算器、控制器、寄存器之间是相互连接的，由控制器向各部分发布操作命令，运算器接到命令后进行相应运算，并将运算后结果存入相应的寄存器中。

图1 51单片机的结构图

当然，单片机的工作并不仅仅是通过硬件模块实现的，硬件模块是实现其功能的基础，而软件则是实现单片机控制的方式。单片机的工作也正是将软件中的语言转换为机器语言，进而控制硬件电路的运行，实现对外部电路的控制。以51单片机点亮LED灯的实验为例：

发光二极管的阳极连接到正极极，阴极接到负极就能够实现发光的功能。所以，利用单片机控制LED的点亮就是让正常的电压接入到二极管中。#include "reg52.h"

在实现的过程中，利用上述的一段程序，能够为二极管两端施加对应的电压，此时二极管便能够点亮。在程序中sbit用于定义变量，LED为自定义变量，将P2.0孔赋给变量LED。在外部电路中，LED一端接了正极电压，此时只需要将P2.0口，也就是二极管的另一端电压变为负极就能够实现二极管工作，所以将LED变量赋值为零，这样二极管两端形成了通路，实验也就完成了。

通过上述的简单实验能够看出，通过合理的外部电路，能够很容易的利用单片机进行控制外部器件的工作，因此，在其他领域中，同样可以推广单片机的使用。

2 电子技术中单片机的应用分析

在学校的实验课程中，经常会用单片机做一些简单的控制实现，比如常见的流水灯、电机控制，而这些实验的实现恰恰是信息时代工业生产的缩影。同时可以发现，单片机在各行各业中都得到了广泛的应用，并且已经起到了重要的作用。

2.1 单片机在通信领域的应用

单片机在通信技术领域的应用非常广泛，比如我们现在经常听到的智能通信设备、语音控制设备以及自动控制设备等。这些设备通过设计合理的硬件电路和程序，就能够保证系统有条不紊的运行下去。

（1）电子通信的硬件设施

在电子通信系统中，单片机的主要硬件设施包括声音信号搜集元件、带通滤波器、微控制器等，其中微控制器处于核心地位，负责信号的加工与数据的处理，在预处理的基础上，将相应的处理结果通过指令信息进行传递。通常情况下，单片机的相对容量极为有限，因此需要将存储语音信号进行外置化处理，利用外部存储器的空间进行分类存储。受语音输入环境等方面要素的影响，智能移动通信终端所收集到的声音信号往往存在一定强度的杂音，影响信号识别的精确度，而通过带通滤波器的作用，则可将多余的杂音信号进行有效滤除，确保了识别有效性。此外，键盘控制模块与信息显示模块则分别承担信号识别控制、信息显示等相应功能。

图2 电子通信的硬件设施

（2）电子通信的控制软件

在电子通信领域，软件设计一般会应用到定时器、中断和循环等处理过程，通过定时、中断程序能够实现对控制优先级的定义，当有输入信号同时进入时，优先级高的输入就能够获得优先处理的权利。通过这种方式能够有效降低系统处理过程中的冲突问题，同时能够保证系统的最优化流程。随着现代科技的发展，越来越多的智能算法也应用在其中，比如常见的神经网络算法、模糊算法和自适应算法等，这些算法能够有效的提升单片机控制的处理能力，提升控制的效果。与此同时，算法对于单片机中央处理器运算能力的考研也更大，需要不断提升处理器的性能，保证单片机的运算处理速度。

2.2 单片机在工业控制中的应用

在传统的工业控制环节中，由于对控制器的稳定性要求较高，所以一般会选择可编程逻辑控制器进行控制。但是，随着单片机技术的可靠性不断增强，其在工业控制领域中的应用范围也在进一步扩大。工业生产过程中，应用到最多的执行机构便是电机，而单片机在工控中的应用便是实现对电机设备的精确控制。现在工业生产过程中大量用到伺服电机、步进电机等精确控制设备，而单片机能够在控制过程中进一步简化控制过程。

步进电机是通过脉冲控制转动的，只要能够控制脉冲数量，就能够达到精确控制步进电机运动速度的目的，所以，利用单片机控制步进电机也就变成了通过单片机在固定输出端口输出合适的脉冲数量，这样就能够实现对步进电机的精确控制。

如上所示，为步进电机控制的主函数，在该函数中会调用一系列的子函数，这样就能够大大简化主函数的复杂程度，保证主函数的清晰和条例。通过调整脉冲宽度，能够改变其占空比，进而实现对0、1输出时间的控制，这样也就改变了输出脉冲的速度，从而对步进电机的转速进行控制。

3 结束语

电子技术在21世纪中获得了广泛的应用与发展，模拟电子和数字电子技术的进步使得设备体积不断缩小，但是功能却进一步增强。将电子技术与单片机相结合，能够将他们各自的优点充分发挥出来。我们可以看到，相比从前，控制设备日趋小型化，控制精度进步度得到了提升。这些都是利用单片机技术获得的成果，同样也是电子技术不断进步的成效。随着智能化时代的来临，电子技术与单片机的应用范围将进一步扩大，在生产生活中的影响力也会不断加强。