单片机开发应用技巧探讨

姬冠妮

（西安交通工程学院 陕西 西安 710300）

0 引言

随着社会经济的不断发展以及技术的进步，单片机开发与运用也取得了显著的进步，成为电子技术的重要组成部分。单片机技术具有成本低但性能优秀的特点，并且具有多样化的功能，同时操作简便，因此被广泛运用于不同领域中。例如当前智能IC卡的开发与制作、网络通信、机械自动化等多项技术的发展都离不开单片机技术的运用。单片机技术为居民的日常生活带来了便利，并有效促进电子技术在社会生产活动中的广泛运用，为进一步提高单片机的使用效率，促进电子技术的进步与发展，提升相关行业的经济效益，相关行业的技术人员应当充分研究单片机的原理，了解单片机的技术特征，并掌握单片机的开发技巧，从而进一步促进单片机在各项技术领域的充分应用，推动计算机技术向着智能化、科学化的方向发展。

1 单片机基本理论和应用特点

1.1 单片机概述

单片机最早出现在20世纪70年代，在最初的技术应用领域中主要是在自动控制行业中起到重要作用。自动控制系统是一种较为普遍的应用系统，而单片机作为一种微型控制器在自动控制技术领域内有重要意义。从某种角度来看，单片机的出现从根本上推动了工业变革，工业设备的控制系统也随之趋向于微型化、集成化发展。在经过多年的发展之后，单片机的应用成本和制作成本大幅度下降，这也为单片机在非工业领域的广泛应用奠定了良好的基础条件。现如今，单片机已经对人们的日常生活产生了深远影响，其广泛的应用空间也为智能化控制创造了条件。单片机系统能够有效管理不同功能的零件，并通过各项操作指令对计算机系统进行统筹与调配。同时单片机系统具有结构简单但性能突出的特征，因此在行业内格外受到重视与青睐，并迅速占据了相关市场[1]。

1.2 单片机的应用特点

在单片机发展过程中出现了很多的品类，随着市场的不断扩大，也出现了各种不同类型与型号的单片机系统。单片机的选用具有以下几个技巧可以参考：（1）单片机在该时间段内需要具有实用价值，能够充分满足系统运行的需求；（2）单片机产品应当容易获得，相较于其他同类产品具有更加实惠的价格；（3）单片机的选择应当结合个人对于单片机技术的应用能力和技术理解情况，以免对后续的开发应用过程造成阻碍。

综上所述，对于单片机入门者来说，在考虑购买单片机系统时需要参考以上意见。比较好的选择包括51系列的8位单片机，在学习好51系列单片机的基础上才能进一步加强对其他类型的单片机的学习，以便掌握更高级的操作技巧，满足更复杂的使用需求。在选择单片机时应当采用能够直接下载程序的类别，后续才能方便地修改程序。对于初级入门者来说，单片机的程序储存区可以反复擦写1千到10万次。前述特征已经足够满足入门者对单片机的学习要求。此外，除单片机系统外初学者也应当注意对单片机资料手册的了解与学习，以便充分熟悉单片机系统中的结构与构造，并掌握其硬件资源，了解单片机的性能，提高开发与利用效率[2]。

1.3 单片机的基本特征

单片机的一项主要特征便是将多种功能集中于一张芯片上。一些人错误地认为将多种功能集中于一张芯片将导致单片机零件的使用量变少[3]。但实际上，因为单片机具有完整的计算机性能，内部也存有内存CPU等部件，而外部配备有完善的带有通信接口的外接设备。这一套完整的系统能使得单片机具有较为良好的计算机性能，以便充分满足使用者的运行需求。最早的单片机仅包括内存零部件，但随着技术的不断发展以及相关行业使用需求的多样化，现在的单片机已经不仅包括内存部件也有外接设备，因此同时也具备了声音、图像等多种性能。除了以上基础功能之外，经科学调查发现，单片机目前对于网络检索也具有重要的作用。最初在制作单片机时，往往只考虑到接入更多的外接设备，一是因为单片机功能具有丰富性，便于进一步减小计算机的体积，方便人们使用并增加操作的便捷性。另一方面，单片机通过直接连接网络可以有效扩大适用范围，便于使用者对现场进行控制，但是考虑到现场存在多项干扰因素。在单片机技术发展与完善的过程中，相关研究者应当注重对单片机抗干扰性的提高，从而进一步丰富单片机的功能[4]。

在使用特征上，单片机首先具备良好的集成度，能够将多种程序运用于一张芯片中，此外，单片机所占空间小，方便携带，但同时单片机也具有优秀的控制功能，操作风险和难度都较小[5]。并且单片机性价比较高、成本低廉。正因为单片机具有以上功能和优势，使其广泛地应用于各领域，例如国防、航空航天、医疗设备、计算机通信等[6]。

1.4 STM32系列嵌入式单片机

STM32系列嵌入式单片机是目前应用最为广泛的单片机之一，其具有高性能、低成本、低功耗的特征。STM32系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M4处理器内核。该产品家族共有 200余款产品，全系列产品共用大部分引脚、软件和外设，优异的兼容性为开发人员带来最大的设计灵活性。除新增的功能强化型外设接口外，STM32互连系列还提供与其它STM32微控制器相同的标准接口，这种外设共用性提升了整个产品家族的应用灵活性，使开发人员可以在多个设计中重复使用同一个软件。STM32系列嵌入式单片机作为目前的主流产品，其自身的广泛应用空间也决定了将进一步影响现代生活。从某种角度来看，正是因为STM32系列嵌入式单片机的广泛应用和普及，才从根本上推动家居智能化、机械生产智能化趋势的出现。

2 单片机开发技巧

2.1 减少程序运行中的漏洞

对于计算机系统而言，及时控制与修复程序漏洞具有重要意义。一旦程序出现漏洞或错误代码的问题，将会导致单片机无法使用，甚至出现芯片损坏等严重后果，对单片机的运行与使用具有较大的负面影响，导致整个工作流程停滞不前。因此，相关开发者在对单片机进行研究的过程中，必须要重视对程序漏洞的控制与及时修复。在编程过程中需要根据实际情况预判可能出现的参数问题，并依据各项物理参数对系统运行进行进一步地完善与优化。对运行结果产生重要影响的物理参数主要包括以下部分的内容：过程参数、资源参数、结果参数和激励参数。参数主要是系统内部功能零件、电路等单元中的资源，例如堆叠深度、记忆体容量等，应用参数指的是单片机的操作前提条件，而过程参数指的是系统运行过程中各项数据指标的变化。以上参数类型对于程序系统运行具有重要的影响。在编程过程中必须严格进行设计与安排，从而方便对各种参数进行处理，降低程序漏洞，提高计算机整体运行效果。

2.2 提升C语言编程效率

在单片机技术发展的初期，主要是通过汇编语言的方法进行程序的编制和使用。这一初级的汇编语言方式，在当时能够满足程序的运行。但随着社会经济的发展与电子技术的提高，这一功能已逐渐无法满足使用的需求，并且汇编语言程序较为复杂，开发效率低。现在大部分领域开始用C语言取代汇编方法。利用C语言进行编程能够更好地提高开发效率，优化技术特征，对各行各领域的发展都具有关键作用。在这一背景下，单片机的开发与运用也是未来计算机技术进步的重要前提以及重点研究内容。一方面相关开发者应当充分掌握C语言编译器的使用方法以及对应的语句行数，由此更为高效地把握编程内容。程序员应当利用对编程语句熟悉掌握以便进行技术的开发。市场上不同厂家生产的不同品牌的编译器在使用性能上也具有较大的差异。也进一步影响着编程的效率。因此，当开发复杂程度较高且耗时较长的情况下就可以使用C语言进行编程，程序员在开发过程中需要格外注意编译系统中所支持的算法类型和数据类型[7]。

2.3 提高单片机抗干扰性

单片机的抗干扰性进一步影响着整体程序运用的准确性和有效性。最有效的抗干扰方法便是将干扰因素进行有效隔断，尽量减小干扰源中的di/ dt、du/dt，将屯容并连到干扰源两端位置可以有效实现干扰源的隔断效果。前述抗干扰方法的主要技术原理是通过安装二极管或者将电阻串联到干扰源回路中从而实现抗干扰的目标[8]。这一抗干扰方法主要是通过设置电路来实现，能够进一步完善电路系统的抗干扰性能，并且同时操作简便、稳定性强、成本低廉的优点，因此被广泛应用到单片机抗干扰设计过程中。最为常见的干扰问题就是复位，相关技术人员可以通过相关软件帮助程序进行有效修复。一般情况下可以利用标志判断各种复位原因，并且进入程序内部找出复位原因。保证计算机系统始终处于连续的运行状态。另一方面，相关技术人员应当加强对程序的检测，当发现程序循环时间超出规定范围时，便可以认定程序运行已进入死循环状态，需要及时进行处理，并找出漏洞与问题。尤其在工业领域范围，一旦发生严重的干扰因素，将导致程序的终端无法及时修复，但通过及时的程序修改能够解决这一问题[9]。

3 单片机有效应用

3.1 使用寿命

通过技术优化提高单片机的使用寿命主要表现在延长单片机的使用时间，例如稳定的系统能够运行10～20年。较一般的处理器而言，单片机能够使用更长时间并保持良好的性能。随着半导体技术的不断优化，MPU更新换代速度的不断提升，相关企业也获得了十分突出的发展，并推动单片机市场逐步发展完善，同时发展时间较短的CPU核心同样会随着I/0模块的发展而不断丰富，技术的进步也进一步促进了单片机使用寿命的延长，也为消费者提供了更多的消费机会与选择。当前市场上采用的单片机的主要是32位、16位和8位单片机，相较于发展初期只有8位的单片机系统，随着人们使用需求的提升以及互联网计算机技术的不断深化，32位单片机逐渐发展起来，并且受到市场的追捧，销量也不断提升，且32位单片机的应用空间更为广泛，性能更为出众。其他类型的单片机因使用性能的不断完善与丰富也呈现出良好的发展态势，并具有长远的进步空间[10]。

3.2 运行速度

MU一向注重发展需求是不断提升运行速度，考量标准主要是以时钟频率为主要标志，进而进行运行效果的提升，但是单片机却和MPU存在一定的差异。在单片机的技术完善过程中，一项重要的开发要点便是降低时钟频率，从而切断被干扰源的影响，为进一步提升单片机的运行速度需要对内部系统进行改善，例如调控内在时序、提高时钟频率、优化运行速度等方式和手段都能够有效保证系统的稳定运行，避免出现程序漏洞。

3.3 高可靠性和低噪音技术

一方面，EFT技术属于抗干扰技术的重要组成部分，该项技术的主要操作方法是利用正弦信号遇到外界干扰时所发出的波形与信号进行及时处理，随后电路振荡毛刺就会变成触发信号干扰的时钟，交替利用RC滤波电路和施密特电路能够有效消除毛刺作用，避免系统运行受到干扰源的影响，方便信号的有效传输，从而促进单片机的整体运行速度。另一方面，低噪音技术的发展对于单片机性能的完善也具有重要的作用。以往单片机的电信号传导主要是通过电源设置，但是往往因为位置设置不够精确导致运行过程中产生的噪音过大，影响整体使用效果，单片机通过电源引脚与地线设置在两个相邻引脚中从而减少传导整个芯片的电流，有效去除运行过程中产生的噪音。

3.4 掩膜与0TP

OTP属于一次性输入的单机片，以往技术还尚不发达时，掩膜的单片机产量的扩大意味着单片机产品逐渐发展完善的标志。近年来随着技术的调整与进步，0TP型号的单片机的制作成本在不断减少，售卖价格在不断降低，通过0TP进行产品制造逐渐受到更多厂商的关注和青睐。与掩膜相比，0TP型号的单片机拥有成本低廉、生产周期短的优势，因此市场上对于OTP型号的单片机需求量也在不断上升[11]。因此，为进一步运用更为高阶的技术，满足实际需要，使用再编程技术进行芯片的生产逐渐成为流行趋势。

3.5 单片机在计算机网络及通信领域的应用

现阶段，常用的单片机均配备了通信结构，以便于与计算机系统进行数据通信，这也为单片机与网络系统和通信设备之间的连接创造了良好的客观条件。从实际应用现状来看，如今的通信设备均能够通过单片机进行智能化控制，且后续随着单片机技术的不断进步，控制效果以及智能化水平也势必会进一步提升。单片机的开发和应用应当充分考虑到计算机网络和通信领域的发展趋势，结合其实际的发展需求，不断开发新功能，同时强化现有的性能水平，降低自身的应用成本。

4 结语

综上所述，随着社会经济的发展以及电子技术的发展，单片机应用与开发技术也获得了长远的进步。随着人们使用需求的丰富，单片机的应用具有着关键的意义，对于相关行业来说是不可或缺的存在，能够进一步满足控制系统的设计与运行。因此，相关开发人员应当充分掌握单片机的开发与运用技巧，并将软件方法运用到实际控制过程中，并不断提高单片机的运行效率与控制效率，有效发挥单片机的作用。