淺談單片機(jī)的運(yùn)用領(lǐng)域

順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 車樹炎

淺談單片機(jī)的運(yùn)用領(lǐng)域

順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 車樹炎

本文以單片機(jī)的應(yīng)用為題展開論述，筆者先對本文的研究背景進(jìn)行了簡要介紹，進(jìn)而首先對單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，然后對單片機(jī)的主要類型進(jìn)行了概述，之后從智能臺燈、智能電視、智能洗衣機(jī)等方面對單片機(jī)在智能家電中的應(yīng)用，然后從軟件設(shè)計、系統(tǒng)升級、以及電路設(shè)計等方面對單片機(jī)在工業(yè)設(shè)備自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，最后分析了單片機(jī)在路燈節(jié)能方面的應(yīng)用。希望本次研究活動能夠起到拋磚引玉的作用。

單片機(jī)；智能家電；工業(yè)設(shè)備；路燈節(jié)能

1　引言

單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，本文則對單片機(jī)的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析探討。

2　單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

第一，運(yùn)算器。運(yùn)算器主要作用則是對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，而運(yùn)算器則是由寄存器、累加器以及算數(shù)邏輯單元等原件構(gòu)成，每一基本原件都有其自身的作用，如算數(shù)邏輯單元原件主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)計算，而累計器和寄存器則是則是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)積累和輸送。第二，控制器?？刂破魇菃纹瑱C(jī)的主體構(gòu)件，其主要作用是進(jìn)行命令輸送和傳達(dá)，所以指令寄存器和指令譯碼器是構(gòu)成，另外還有程序計數(shù)器以及操作控制器等。具體而言，控制器的作用包括三個方面：首先，將一條指令從內(nèi)存中指出，并且指明下一條指令所在的位置；其次，將上述指令進(jìn)行譯碼并做出相應(yīng)的測試，然后發(fā)出操作信號；再者，通過開展上述一系列工序，實現(xiàn)對中央處理器的控制，促進(jìn)輸入和輸出設(shè)備之間的信息流動。第三，主要寄存器。在實際應(yīng)用過程中，寄存器主要被分為以下幾種類型；第一類為累加器。累加器主要被用于微處理器中，在累加器的作用，微處理器所進(jìn)行過的運(yùn)算會被保存，其中包括運(yùn)算前保存和運(yùn)算后保存。第二類，數(shù)據(jù)寄存器。在數(shù)據(jù)寄存器的作用下，可以將讀寫數(shù)據(jù)向存儲器和輸入輸出設(shè)備輸送，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的存儲功能，其主要特點是可以將正在譯碼的指令甚至是一個數(shù)據(jù)字節(jié)都可以進(jìn)行保存。第三類，指令寄存器和指令譯碼器。前者主要作用是對正在執(zhí)行的指令進(jìn)行保存，在此過程中，被執(zhí)行的指令需要從內(nèi)存中被提取到數(shù)據(jù)寄存器，然后在實現(xiàn)指令存儲。指令譯碼器的主要作用是確保指令的正確傳達(dá)。第四類，程序計數(shù)器。在程序進(jìn)行過程中，如果先前的指令得到了確切的執(zhí)行，那么在程序計數(shù)器的作用，下一條指令的地址會被確立，所以，可以確保程序能夠持續(xù)執(zhí)行下去，所以，程序計數(shù)器也可以稱之為地址計數(shù)器。在具體操作過程中，相應(yīng)的程序開始執(zhí)行之前，先前指令的內(nèi)存單元地址會被發(fā)送到程序計數(shù)器之中，這樣可以使其始終都能夠指向下一條指令的地址。第五類，地址寄存器。與程序計數(shù)器所不同的是地址寄存器主要用于保存當(dāng)前所要訪問的內(nèi)存單元或者設(shè)備地址。

3　單片機(jī)的主要類型

通常情況下，不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，會產(chǎn)生不同的類型，總體而言，單片機(jī)可以被分為通用型和專用型、總線型和非總線型、工控型和家電型等。具體而言，根據(jù)單片機(jī)在當(dāng)前社會的應(yīng)用范圍來看，可以將其分為通用型和專用型。其次，根據(jù)是否提供并行總線，則可以將單片機(jī)分為總線型和非總線型對于前者而言，會配置相應(yīng)的并行地址總線，外部設(shè)備可以通過串口實現(xiàn)與單片機(jī)的對接。最后，根據(jù)具體的應(yīng)用領(lǐng)域，單片機(jī)可分為家電型和控制型。

4　單片機(jī)在智能家電中的應(yīng)用

4.1在智能臺燈中的應(yīng)用

在日常生活中，臺燈是重要的照明設(shè)備，傳統(tǒng)社會中所使用的臺燈無法對外部環(huán)境狀況進(jìn)行自動識別，多數(shù)情況下，主要通過手動調(diào)節(jié)來控制臺燈亮度，所以總體而言，傳統(tǒng)的臺燈實用性不強(qiáng)。而將單片機(jī)應(yīng)用于臺燈制作之后，臺燈的上述功能得到了明顯改善?，F(xiàn)代化的新型臺燈含有紅外傳感器和光電傳感器，在此類部件的作用下，臺燈可以對外部環(huán)境的變化進(jìn)行準(zhǔn)確感知，然后將感知到的變化傳遞給臺燈內(nèi)部的單片機(jī)中，然后在單片機(jī)的作用下對臺燈進(jìn)行控制，所以，臺燈的亮度可以得到自行調(diào)節(jié)，從而有效提高了臺燈的照明功能。如，當(dāng)光電傳感器檢測到外部環(huán)境中光線較暗且紅外傳感器檢測到有人員經(jīng)過時，在預(yù)先設(shè)定程序的驅(qū)動下，單片機(jī)發(fā)揮作用，自動增強(qiáng)臺燈亮度，當(dāng)人離開時，在單片機(jī)的作用下，臺燈變暗或關(guān)閉。由此可見，單片機(jī)在智能臺燈中的應(yīng)用，極大的增強(qiáng)了臺燈的照明功能。

4.2在智能電視中的應(yīng)用

智能電視的出現(xiàn)給人們的生活帶來了很大的便利和享受，在智能電視中，通常會置入數(shù)字網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其主體為硬盤儲存介質(zhì)，并且運(yùn)用了數(shù)字編碼技術(shù)，所以，所播放的電視節(jié)目會被壓縮存儲于硬盤之中，當(dāng)用戶根據(jù)自己的時間安排選擇觀看相應(yīng)的電視節(jié)目時，則可以通過簡單的遙控操作完成上述活動。如果用戶所熱衷的兩個電視節(jié)目同時在兩個電視頻道播放，則可以利用智能電視的記憶功能對其中的一個節(jié)目內(nèi)容進(jìn)行存儲，當(dāng)用戶需要時則可以隨時調(diào)用，而上述智能電視功能的實現(xiàn)，主要依賴于單片機(jī)的應(yīng)用。智能電視內(nèi)裝設(shè)的單片機(jī)會執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的程序，在單片機(jī)的作用下，電視頻道會被智能篩選并存儲于硬盤介質(zhì)中，從而有效增強(qiáng)用戶的觀看體驗。

4.3在智能洗衣機(jī)中的應(yīng)用

新型智能洗衣機(jī)的出現(xiàn)，是單片機(jī)應(yīng)用的又一重要體現(xiàn)，在智能洗衣機(jī)中，裝設(shè)有傳感器、單片機(jī)以及信息傳遞設(shè)備，洗衣機(jī)在使用過程中，可以進(jìn)行實時交互，用戶可以實時監(jiān)控洗衣機(jī)的工作情況。在智能洗衣機(jī)的使用過程中，用戶可以輸入相應(yīng)的指令程序，讓洗衣機(jī)進(jìn)入自行運(yùn)作狀態(tài)，與傳統(tǒng)的洗衣機(jī)相比，極大的降低了用戶工作量，所以得到了廣泛的應(yīng)用。

5　單片機(jī)在工自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用業(yè)設(shè)備

5.1軟件設(shè)計中的應(yīng)用

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，軟件已經(jīng)在現(xiàn)代社會中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在自動化應(yīng)用方面發(fā)揮了重要的作用。而單片在軟件設(shè)計方面發(fā)揮了重要的作用，從而極大的提高了軟件設(shè)施在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用效果。工業(yè)自動化設(shè)備的運(yùn)作首先應(yīng)該配備特定的操作系統(tǒng)，如果缺少了軟件的設(shè)施的支持，那么整個設(shè)備則無法政策運(yùn)作，工業(yè)生產(chǎn)也會因此而受到負(fù)面影響。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，在計算機(jī)控制下所完成的各類操作，其實質(zhì)就是對各類計算機(jī)軟件的使用操作過程，其中，軟件的更新是計算機(jī)內(nèi)部中央處理器的相關(guān)芯片自行完成的。另一方面，軟件的自動設(shè)計更新也是工業(yè)設(shè)備自動化的重要體現(xiàn)，在工業(yè)生產(chǎn)中，很多設(shè)備軟件會因為長期使用而老化，為了使整個工業(yè)生產(chǎn)活動能夠有序進(jìn)行下去，則必須對相關(guān)的軟件進(jìn)行更新，這是在對單片機(jī)進(jìn)行研究設(shè)計時對其特有功能的設(shè)定，在單片機(jī)的作用下，整個更新會自行完成，從而節(jié)省了大量的人力物力，而且提高了工作效率。

5.2系統(tǒng)升級中的應(yīng)用

和計算機(jī)存在很大程度的相似，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的自動化實施過程中，也需要相應(yīng)操作系統(tǒng)的支持，而且工業(yè)生產(chǎn)中的自動化操作系統(tǒng)與計算機(jī)操作系統(tǒng)也非常的相似。通常情況下，工業(yè)設(shè)備具有特殊的運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，在單片機(jī)的作用下，其操作系統(tǒng)和計算機(jī)操作系統(tǒng)具有較強(qiáng)的相似性，這就極大的拓寬了單片機(jī)的應(yīng)用范圍。和計算機(jī)系統(tǒng)類似，工業(yè)設(shè)備的操作系統(tǒng)也需要進(jìn)行升級處理，而系統(tǒng)升級的目的就是為了更加方便的使用。在單片機(jī)的作用，工業(yè)設(shè)備系統(tǒng)升級過程中，能夠?qū)⒋嬖诘穆┒催M(jìn)行自行完善，從而為工業(yè)生產(chǎn)提供了更好的保障，并且提高了工業(yè)生產(chǎn)效率。

5.3電路設(shè)計中的應(yīng)用

另一方面，單片機(jī)在工業(yè)自動化方面的應(yīng)用還體現(xiàn)在電路設(shè)計方面，相對而言，工業(yè)生產(chǎn)過程中，工作量比較大，所以工業(yè)設(shè)備的的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，而單片機(jī)的運(yùn)用，可以促使工業(yè)設(shè)備復(fù)雜的內(nèi)部系統(tǒng)能夠有序運(yùn)行，進(jìn)而實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備高效的自動化運(yùn)行。

6　單片機(jī)在路燈節(jié)能中的應(yīng)用

路燈的主要作用是進(jìn)行道路照明，而單片機(jī)在路燈中的應(yīng)用機(jī)理和在智能臺燈中的應(yīng)用機(jī)理存在著很大的類似之處。新型路燈含有紅外傳感器和光電傳感器，在此類部件的作用下，路燈可以對外部環(huán)境的變化進(jìn)行準(zhǔn)確感知，然后將感知到的變化傳遞給路燈內(nèi)部的單片機(jī)中，然后在單片機(jī)的作用下對路燈進(jìn)行控制，所以，路燈的亮度可以得到自行調(diào)節(jié)，從而有效提高了路燈的照明功能。如，當(dāng)光電傳感器檢測到外部環(huán)境中光線較暗且紅外傳感器檢測到有人員經(jīng)過時，在預(yù)先設(shè)定程序的驅(qū)動下，單片機(jī)發(fā)揮作用，自動增強(qiáng)路燈亮度，當(dāng)人離開時，在單片機(jī)的作用下，路燈變暗或關(guān)閉。因此，單片機(jī)在路燈中的應(yīng)用，極大的提升了路燈的照明功能，很多地區(qū)閑置的路燈則會在單片機(jī)的作用下變暗或者被自動關(guān)閉，從而節(jié)約了大量的電力能源，因此單片機(jī)在路燈節(jié)能方面得到了廣泛的應(yīng)用。

7　結(jié)論

本文結(jié)合個人多年實踐工作經(jīng)驗，就單片機(jī)運(yùn)用的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了探討，具體的分析了單片機(jī)在智能家電中的應(yīng)用、工業(yè)設(shè)備自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用、路燈節(jié)能中的應(yīng)用，其中包括在智能臺燈中的應(yīng)用、在智能電視中的應(yīng)用、在智能洗衣機(jī)中的應(yīng)用、軟件設(shè)計中的應(yīng)用、系統(tǒng)升級中的應(yīng)用、電路設(shè)計中的應(yīng)用等。然而由于個人所學(xué)知識以及閱歷的局限性，并未能夠做到面面俱到，希望能夠憑借本文引起廣大學(xué)者的關(guān)注。

［1］2016第17屆濟(jì)南國際工業(yè)自動化及機(jī)器人展覽會［J］.化工自動化及儀表，2016（08）.

［2］吳巖.單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)研究［J］.黑龍江科技信息，2011（09）.

［3］吳建華. 現(xiàn)階段我國工業(yè)自動化發(fā)展試分析［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2013（19）.

［4］張桂玲，李花. 新型單片機(jī)在工業(yè)智能儀表中的應(yīng)用［J］.電子元器件應(yīng)用，2005（03）

［5］鄧龍軍，梁志坤，王澤芳.單片機(jī)在以太網(wǎng)卡通信中的應(yīng)用［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001（04）.

［6］第十屆“工業(yè)自動化與標(biāo)準(zhǔn)化”技術(shù)研討會將于5月在京舉辦［J］. 中國儀器儀表，2011（03）.

［7］徐春華，牛繼高. 汽車電子技術(shù)的發(fā)展與單片機(jī)的應(yīng)用［J］.河南機(jī)電高等專科學(xué)校學(xué)報，2007（06）.

［8］孫柏林.開創(chuàng)以“科學(xué)發(fā)展觀”為指導(dǎo)的“工業(yè)自動化”新局面［J］. 電氣時代. 2005（08）.

［9］陳少航，李山，苗亮亮，蘇憲龍.基于Proteus的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與仿真［J］. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2008（06）.

［10］第十三屆“工業(yè)自動化與標(biāo)準(zhǔn)化”研討會——回歸：用戶的量化需求及實現(xiàn)［J］.中國儀器儀表，2014（05）.

車樹炎（1982—），男，廣東高州人，大學(xué)本科，順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息管理中心實驗師，研究方向：智能家居、節(jié)能應(yīng)用。