徐美娟

（蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學院，江蘇蘇州，215000）

0 引言

目前，我們生活在信息化和自動化迅速發(fā)展的時代，無論是工業(yè)生產(chǎn)還是生活中，各種先進的設(shè)備都需要用電作為能量來源，而這些設(shè)備往往可以通過微小的按鈕或者指令進行控制，實現(xiàn)自動運行，這便是電子技術(shù)帶給我們的巨大改變。利用傳感器感知外界條件的變化，然后通過模電之間的轉(zhuǎn)換形成一個可以被利用的電信號，在通過數(shù)字技術(shù)也就是邏輯電路的運算過程，實現(xiàn)對設(shè)備的精確控制。在整個過程中，單片機作為運算與控制的中心，承擔著數(shù)據(jù)處理、邏輯分析和控制輸出的重要任務。就像一臺小型電腦，將程序設(shè)定好的指令，傳達到各個執(zhí)行環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)自動化設(shè)備的運行。不僅僅是自動化設(shè)備的工作需要用到單片機，即使現(xiàn)在熱門的智能化設(shè)備的工作，同樣也離不開單片機，只是現(xiàn)在的單片機相比于之前其計算和存儲的能力得到了進一步強化，能夠處理更加復雜的指令，也能夠擁有完成龐大運算的能力。電子技術(shù)的發(fā)展使得技術(shù)獲得了飛躍式的發(fā)展，而單片機的應用讓電子技術(shù)獲得了更大的發(fā)展空間。

1 單片機功能實現(xiàn)的分析

單片機是將數(shù)字電子技術(shù)與模擬電子技術(shù)相結(jié)合的一個應用平臺，它的運行不僅僅需要內(nèi)部的中央處理器、存儲器等部件，同時也需要外部的模擬電路。而要想用單片機去控制外部的器件，還需要利用外接傳感器獲取外部的模擬信號，通過電路的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對外部控制的輸出。從整體來看，單片機的實現(xiàn)過程較為復雜，但是應用的范圍卻是非常廣泛。單片機主要由運算器、控制器和寄存器三大部分構(gòu)成。其中，運算器由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、寄存器等構(gòu)成，首先累加器和寄存器向ALU輸入兩個8位源數(shù)據(jù)，其次ALU完成源數(shù)據(jù)的邏輯運算，最后將運算結(jié)果存入寄存器中；控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等構(gòu)成，是一個下達命令的“組織”，用于協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)各部分之間的運作；寄存器主要有累加器A、數(shù)據(jù)寄存器DR、指令寄存器IR、指令譯碼器 ID、程序計數(shù)器PC、地址寄存器AR等。在微處理器內(nèi)部運算器、控制器、寄存器之間是相互連接的，由控制器向各部分發(fā)布操作命令，運算器接到命令后進行相應運算，并將運算后結(jié)果存入相應的寄存器中。

圖1 51單片機的結(jié)構(gòu)圖

當然，單片機的工作并不僅僅是通過硬件模塊實現(xiàn)的，硬件模塊是實現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)，而軟件則是實現(xiàn)單片機控制的方式。單片機的工作也正是將軟件中的語言轉(zhuǎn)換為機器語言，進而控制硬件電路的運行，實現(xiàn)對外部電路的控制。以51單片機點亮LED燈的實驗為例：

發(fā)光二極管的陽極連接到正極極，陰極接到負極就能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光的功能。所以，利用單片機控制LED的點亮就是讓正常的電壓接入到二極管中。#include "reg52.h"

在實現(xiàn)的過程中，利用上述的一段程序，能夠為二極管兩端施加對應的電壓，此時二極管便能夠點亮。在程序中sbit用于定義變量，LED為自定義變量，將P2.0孔賦給變量LED。在外部電路中，LED一端接了正極電壓，此時只需要將P2.0口，也就是二極管的另一端電壓變?yōu)樨摌O就能夠?qū)崿F(xiàn)二極管工作，所以將LED變量賦值為零，這樣二極管兩端形成了通路，實驗也就完成了。

通過上述的簡單實驗能夠看出，通過合理的外部電路，能夠很容易的利用單片機進行控制外部器件的工作，因此，在其他領(lǐng)域中，同樣可以推廣單片機的使用。

2 電子技術(shù)中單片機的應用分析

在學校的實驗課程中，經(jīng)常會用單片機做一些簡單的控制實現(xiàn)，比如常見的流水燈、電機控制，而這些實驗的實現(xiàn)恰恰是信息時代工業(yè)生產(chǎn)的縮影。同時可以發(fā)現(xiàn)，單片機在各行各業(yè)中都得到了廣泛的應用，并且已經(jīng)起到了重要的作用。

2.1 單片機在通信領(lǐng)域的應用

單片機在通信技術(shù)領(lǐng)域的應用非常廣泛，比如我們現(xiàn)在經(jīng)常聽到的智能通信設(shè)備、語音控制設(shè)備以及自動控制設(shè)備等。這些設(shè)備通過設(shè)計合理的硬件電路和程序，就能夠保證系統(tǒng)有條不紊的運行下去。

（1）電子通信的硬件設(shè)施

在電子通信系統(tǒng)中，單片機的主要硬件設(shè)施包括聲音信號搜集元件、帶通濾波器、微控制器等，其中微控制器處于核心地位，負責信號的加工與數(shù)據(jù)的處理，在預處理的基礎(chǔ)上，將相應的處理結(jié)果通過指令信息進行傳遞。通常情況下，單片機的相對容量極為有限，因此需要將存儲語音信號進行外置化處理，利用外部存儲器的空間進行分類存儲。受語音輸入環(huán)境等方面要素的影響，智能移動通信終端所收集到的聲音信號往往存在一定強度的雜音，影響信號識別的精確度，而通過帶通濾波器的作用，則可將多余的雜音信號進行有效濾除，確保了識別有效性。此外，鍵盤控制模塊與信息顯示模塊則分別承擔信號識別控制、信息顯示等相應功能。

圖2 電子通信的硬件設(shè)施

（2）電子通信的控制軟件

在電子通信領(lǐng)域，軟件設(shè)計一般會應用到定時器、中斷和循環(huán)等處理過程，通過定時、中斷程序能夠?qū)崿F(xiàn)對控制優(yōu)先級的定義，當有輸入信號同時進入時，優(yōu)先級高的輸入就能夠獲得優(yōu)先處理的權(quán)利。通過這種方式能夠有效降低系統(tǒng)處理過程中的沖突問題，同時能夠保證系統(tǒng)的最優(yōu)化流程。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，越來越多的智能算法也應用在其中，比如常見的神經(jīng)網(wǎng)絡算法、模糊算法和自適應算法等，這些算法能夠有效的提升單片機控制的處理能力，提升控制的效果。與此同時，算法對于單片機中央處理器運算能力的考研也更大，需要不斷提升處理器的性能，保證單片機的運算處理速度。

2.2 單片機在工業(yè)控制中的應用

在傳統(tǒng)的工業(yè)控制環(huán)節(jié)中，由于對控制器的穩(wěn)定性要求較高，所以一般會選擇可編程邏輯控制器進行控制。但是，隨著單片機技術(shù)的可靠性不斷增強，其在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應用范圍也在進一步擴大。工業(yè)生產(chǎn)過程中，應用到最多的執(zhí)行機構(gòu)便是電機，而單片機在工控中的應用便是實現(xiàn)對電機設(shè)備的精確控制?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)過程中大量用到伺服電機、步進電機等精確控制設(shè)備，而單片機能夠在控制過程中進一步簡化控制過程。

步進電機是通過脈沖控制轉(zhuǎn)動的，只要能夠控制脈沖數(shù)量，就能夠達到精確控制步進電機運動速度的目的，所以，利用單片機控制步進電機也就變成了通過單片機在固定輸出端口輸出合適的脈沖數(shù)量，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對步進電機的精確控制。

如上所示，為步進電機控制的主函數(shù)，在該函數(shù)中會調(diào)用一系列的子函數(shù)，這樣就能夠大大簡化主函數(shù)的復雜程度，保證主函數(shù)的清晰和條例。通過調(diào)整脈沖寬度，能夠改變其占空比，進而實現(xiàn)對0、1輸出時間的控制，這樣也就改變了輸出脈沖的速度，從而對步進電機的轉(zhuǎn)速進行控制。

3 結(jié)束語

電子技術(shù)在21世紀中獲得了廣泛的應用與發(fā)展，模擬電子和數(shù)字電子技術(shù)的進步使得設(shè)備體積不斷縮小，但是功能卻進一步增強。將電子技術(shù)與單片機相結(jié)合，能夠?qū)⑺麄兏髯缘膬?yōu)點充分發(fā)揮出來。我們可以看到，相比從前，控制設(shè)備日趨小型化，控制精度進步度得到了提升。這些都是利用單片機技術(shù)獲得的成果，同樣也是電子技術(shù)不斷進步的成效。隨著智能化時代的來臨，電子技術(shù)與單片機的應用范圍將進一步擴大，在生產(chǎn)生活中的影響力也會不斷加強。