单片机在电子技术中的应用分析
时间：2023-02-25 15:25:06 来源：千叶帆 本文已影响人
集美工业学校 张昊月
自动化控制在电子技术中并非是一个新鲜的词汇，在电气工程中为快速实现自动化与智能化，研发了单片机，进行自动化控制，在电子技术领域运用甚广，推动了电子技术发展和进步，还促进了电气工程与其自动化发展。本文首先从单片机含义、特点、优势出发，然后分析了单片机在中国发展的现况，最后从家用电器、安防系统、通讯系统等方面探讨了单片机于电子技术中的有效运用，以供参考。
在21世纪社会发展过程中，科学技术持续发展，在电子技术领域持续提升技术水平，研究开发的技术产品不断提升，单片机就是其中之一。伴随单片机运用在电子技术中的价值逐渐显现出来，研究人员与有关专家学者增加了对单片机的研究，与此同时将其整合在电子工程和自动化等有关课程中。以下就结合有关知识，对单片机进行了探讨。
1.1 含义
单片机是把计算机系统集成电子芯片形式，类似于小型计算机系统，可以进行大规模电路集成。单片机运行原理，即执行操作集成电路发布的信号，让单片机间的每个零件彼此协调运行做好指令操作[1]。
单片机关键是由3个部分组建而成的，（1）控制器，控制器能够调节单片机运行状态；
（2）储存器可以起到记忆功能，单片机经过储存器得到指令信息，其还可以把单片机每一个地址加以划分，确保单片机内部结构稳定运行；
（3）运算器于单片机内持续运行确保操作执行，运算器属于电子技术的重要构成部分，其涵盖了逻辑运算部件ALU和寄存器B、标志寄存器PSW和暂存器TMP等。
1.2 特点
单片机属于计算机技术发展过程中衍生出来的一种产物，是计算机技术的构成部分，受计算机技术发展的影响，让单片机出现了快速改革与创新的发展，同时产出了很多用途、型号不一的单片机产品。其技术特征为[2]：（1）单片机使用程序便捷，体积小，系统结构简单，整体呈现出模块化的趋势，单片机对四周环境要求低，有一定的环境适应性，可以满足在各种环境下稳定运行的要求。（2）单片机与一般的计算机设备有所差别，该功能消耗指数低，特别是平时运行过程中，只需要消耗很低的电压，对整体技术运用效果没有直接影响。（3）单片机处理迅速，本身的处理功能相当强，能够有效处理多种数据信息，提升处理速度；
除此以外，单片机很可靠，能够满足长期持续作业的要求，同时在一定程度上提高系统总体运行效率和安全。（4）单片机控制能力强，有着一定的科技力量，能够集成各种功能，给予技术很强的控制作用。
1.3 优势
电子技术之中，单片机运用其中的优势主要表现在以下方面：（1）增加系统稳定性。单片机处理数据流程简单，首先采集相关数据信息储存在储存器内，在接收了系统指令以后，单片机就会进入正常工作状态，从而处理数据信息。于单片机运行环节，每一个部分的程序依托数据库，以数据库提供相关参数信息，单片机根据要求做好每一方面的操作，与此同时能够和有关系统联合操作[3]。（2）提高系统抗干扰性。电子技术运用单片机性能更佳，对系统原本的非线性行为展开了优化处理，稳定性加强。单片机各方面功能发挥，不容易被外部因素所影响，本身有着非常好的抗干扰性，能够一直确保单片机正常运行。（3）延长系统使用时间。现阶段电子技术领域半导体技术得到了快速发展，利于改革与创新中央处理器功能。整体而言，在持续调整单片机技术时，已然能够实现8位、16位、32位同步发展，促使用户能够有非常多的选择。在把单片机结合到电子技术里面以后，能够有效延长电子技术产品使用时间，与此同时微处理器运用效果能够得到有效提高。
单片机是一种全新的控制芯片，其有关技术能够在工业设计与制造，还有电子技术中获得充分运用，中国对单片机技术的运用与研究时间较晚，造成现阶段单片机生产与研发均和其他发达国家相比有一定的距离，多数生产与研发的重要技术均被发达国家所掌控，中国现阶段采用的单片机多为发达国家设备生产厂家所生产。伴随工业持续发展，单片机于电子技术中获得了广泛运用。为充分适应该种情况，中国科学研究人员在持续增加对单片机的研究，虽然国内对单片机研究发展起步晚，不过现如今已然得到了不错的成果，设计与制造出了中国独立生产的单片机[4]。
3.1 家用电器
家用电器是千家万户都必须的，例如洗衣机、空调等。因为单片机质量轻、集成性好等特点，在伴随智能化家电的持续发展和不断更新中，依然屹立不倒。比如洗衣机，发展到现在，通过单片机的控制实现了全自动，仅需要将衣服放在洗衣机即可，选择选项，就能进行全自动化清洗。单片机按照不同的电器特征，展开针对性编程，达到特定功能，例如定时、定温等。与此同时，伴随人们生活质量不断提升，对智能家用家具需求增大，这部分智能化功能的实现，必须要持续增加对单片机的研究，增强单片机性能，促使单片机嵌入电器内，促使电器越来越自动化与智能化。
3.2 安防系统
伴随计算机、电子技术与信息技术的广泛运用，安防系统变得更加自动化与智能化。安防系统需要有着很强的数据处理能力，较强的网络通信能力，如此益于智能控制。现下，把单片机运用于安防设备的控制中，能够达到实时采集数据与自动化控制，继而进行自动化控管，减少人工费用。例如门禁系统，使用感应设备能够自动开启、关闭大门。
单片机经过接口控制设备软件，因而单片机控制系统软硬件同步运行。比如自动感应门，这一软件的主程序涵盖了开门、关门和延时部分，程序简单。系统涵盖了信号输入、输出、人机对话这三个通道。信号输入承担起的任务就是采集信号，同时转换不同输入形式，单片机I/O模块经过输入线采集数据，假设I/O模块无法满足信号收集要求，能够在外部设定连接电路。信号输出承担把收集起来的信号传输在计算机控制中心，继而实现设备自动化控制。输出时直接使用I/O模块接口，假设模拟信号复杂，必须要及时转换与过滤[5]。
如该门禁控制系统如图1所示，其软件程序就是开关、关门、延时，按照系统设计要求，开门程序设计需要满足迅速或慢速开门要求，同时按照开门过程的各种阶段自行选取不一样的速度。在系统感应门口有人的时候，及时开门。人走开一会儿，系统感应后会迅速关门。或系统维持开门状态，让后面的人接着进去，一直到全部的人都进去大门以后，才会关门。保持开门状态的子程序设计在保持开门状态的过程中，要接受探测器信号，有无后面的人要经过大门，继而让大门维持开的状态，假设无检测到人的信号，此时大门关闭。这一环节中，保持开门状态，使用软件计时方式。关门子程序模块设计记录关门步数，有利于及时转入开门程序模块。此环节中，必须要探测器探测大门周围的信息，假设有人及时开启开门程序，假设无，关闭大门。因为系统程序简单，为实时控制系统，故而必须要探测器进行信号探测，同时结合软件定时，程序延时设计按照实况进行明确。
图1 门禁控制系统Fig.1 Access control system
3.3 通讯系统
在通讯系统领域运用单片机主要是在手机语音中应用，近期伴随智能手机持续发展，智能手机语音功能越来越强大，手机语音不但能够通讯，还能识别手机语音信息，把语音转化成文字，文字转化精准度较高。手机语音识别技术和单片机紧密相关。嵌入式语音识别系统收集语音信号，同时经过控制模块输入以前收集的语音信号，经过A/D模块把语音信息加以转换，转换成功后进入控制器，同时经过各种算法构建标准语音库，把语音信息储存于电路。在手机语音识别时，经过控制模块输入需要进行的操作，接着收集用户语音信息，系统把语音信号展开运算处理后，把其提取成矢量模板，储存在存储单元，同时和标准语音库内的语音信息加以对比。接下来从语音库内提取接近这一段音频的语音信号，把语音信号变成语音数据告知用户[6]。
语音识别系统硬件涵盖了声音收集模块、微控制器等单元组成。微控制器为识别语音系统控制重心，承担起储存语音信号、运算处理，同时输出结果；
声音收集模块承担起语音信号转变成电信号，接着处理电信号。因为单片机容量并非无限的，存储电路存储语音信号时，可能外部储存器提供整个系统的储存容量；
因为输入的语音信号有杂音，对系统识别信号有影响，所以需要通过滤波器过滤语音信号，继而提升信号识别效率；
键盘控制模块承担起语音信号录入、信号识别控制、模块训练的任务；
显示模块关键显示现阶段语音识别系统结果，有利于用户展开下一步操作。而语音识别系统软件设计是该系统设计的核心，控制功能的单片机程序设计如图2和图3所示。对于语音识别系统而言，语音识别系统进入主程序后，等待芯片空闲，之后设定编号，将字符串写入到寄存器当中，并执行后续的相关步骤。程序执行完成，则直接结束。程序没有执行完成，则继续循环执行。
图2 通信语音控制Fig.2 Communication voice control
图3 控制流程Fig.3 Control flow
综合以上而言，现如今单片机在各个领域中得到了广泛应用。在电子技术中运用单片机有很大的优势，不过在今后发展过程中仍需持续研究，在促进单片机发展的同时，应始终坚持把单片机功能开发和优化当成核心，全面优化单片机性能，提高其有效性与适用性。
引用
[1]周行政.单片机技术在电子技术创新模块中的应用[J].造纸装备及材料,2021,50(7):88-89.
[2]卢慧良.单片机特点及其在电子技术创新模块中的应用探讨[J].科技与创新,2021(13):6-7.
[3]王娟颖.单片机在电子技术中的应用和技术开发策略[J].南方农机,2021,52(10):169-171.
[4]郑少亮.电力电子技术实验单片机触发系统的设计与应用[J].电子技术与软件工程,2020(9):101-102.
[5]唐焕朋.单片机在电子技术中的应用和开发[J].电子技术与软件工程,2020(7):65-66.
[6]李荣森.数字电子技术和单片机的应用发展研究[J].数码世界, 2019(7):52.
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