單片機在電子技術中的應用和開發

石佳杰

摘要：單片機主要是以哈佛架構為基礎的一種具備數據處理能力的微型計算機。其有著體積小、功耗低、價格低、可靠性強等特點，廣泛的應用于消費電子、工業控制、物聯網、醫療設備、軍事工業等領域，由此可見，科學、合理發展單片機有著非常重要的意義。基于上述內容，下文對單片機在電子技術中的應用和開發進行了探討，以供參考。

關鍵詞：單片機;電子技術;應用;開發

中國分類號：TP368? ? ?文獻標識碼：A

引言

隨著我國不斷進行的經濟建設，單片機的應用已經廣泛地滲透到人們的學習、工作、生活中。其最具有代表性的嵌入式系統已經在科研、工業、軍事、商業、娛樂業及人們的日常生活等方方面面，既能夠有效提高企業的綜合效益，又能夠提高企業生產的自動化與智能化水平，從而全面促進工業化發展進程，提高我國的國際市場綜合競爭力。在半導體技術的不斷發展的前提下，單片機以其體積小、價格低、可靠性強、低功耗的優勢，不斷在各個行業中取代計算機。嵌入式系統技術也成了當前關注、學習研究的熱點。

1單片機概述

單片機，顧名思義，指的是一類通過光刻的方法，將已設計好的集成電路刻在硅晶圓上、并在外觀上封裝成一整塊的集成電路芯片。其內部一般采用超大規模集成電路的技術，將CPU、RAM、ROM、I/O、中斷系統、定時/計數器等功能整合在一起，從而成為一個微型計算機系統。單片機在封裝上經歷了由DIP到QFP的過程，在位寬上經歷了4位、8位、16位、32位的過程，在內部集成電路設計上，由上述簡單的結構逐步增加了類似于顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路等模塊，最終發展成了目前的嵌入式系統。

2單片機與電子技術中的應用

2.1通訊設備中單片機的應用

現代通訊技術主要是以移動電話的廣泛應用為代表，而單片機在這個領域的應用發揮了重要作用。DSP系列芯片在AI交互和語音通話功能中也扮演了重要的角色。在與AI交互輸入的信息為語音時，利用DSP將待識別的語音信號的特征參數即時地提取出來，與已知的語音樣本進行匹配，從而判定出待識別語音信號的音素屬性，實現AI交互功能。在語音通話時，對環境噪聲進行降噪處理，對輸入的目標語音進行放大處理，從而實現高清語音通話。此外，圖形處理專用的DSP芯片還能夠對圖像進行處理，實現目前最前沿的混合變焦、AI圖像處理等技術，調制解調專用的DSP芯片能夠實現目前的5G通信等。

2.2在工業控制領域的應用

隨著自動化技術的發展，使得現有的工業產品質量、效率提高，工人的工作環境改善。單片機在工業中的廣泛應用，提高了數據處理的準確性，能夠對各項數據進行實時監控，保證了工業生產中的效率和安全。在食品生產加工、電子元器件生產、產品組裝等領域，出現了通過以單片機為主要控制部件定制的生產流水線。在工業自動控制系統的構建中，基于終端處的傳感器在感知環境各種變化或識別到特定物質后，將信息提供給終端處的單片機分析，并通過無線網絡或物聯網上報給控制中心計算機，由計算機或者人工提供解決方案后，再由終端單片機控制裝置運轉進行調節，可以有效的預防各種不良發生，或在不良情況發生時能夠快速控制并解決。

2.3在家用電器中的應用

隨著我國社會經濟的飛速發展，大眾百姓的生活質量逐漸提高。生活質量的提高就離不開家用電器其科技性的提高，單片機根據自身體積小、耗能低、集成性能高等優勢，在家用電器的智能化及電氣一體化的進程中提供了重要的條件。家用電器中集成單片機可以實現人工智能，使其功能多樣化。以前的家用電視只能用來看，而現在的智能電視不但可以用來看，還能夠用來播放廣播、音樂、進行游戲等。

2.4在醫療儀器、設備中的應用

在醫療儀器、設備中，嵌入式系統的應用尤為廣泛。由于醫療儀器、設備需要根據電子產品某一特點來進行使用。如尿液分析系統、血細胞分析系統，就需要依靠嵌入式系統對圖像進行分析和處理，生化分析系統則需要對各類數字信息進行分析和處理，都需要使用高性能的、專用化的DSP芯片來提高其精度和速度。但是上述醫療儀器、設備都非常龐大，但我們看到在嵌入式進一步發展后，一個趨勢是便攜式、低成本產品漸漸流行。引入嵌入式系統后，現有的各種監護儀的功能與性能都將得到大幅度的提高，體積也越來越向著小型化發展，最終發展為目前的便攜式醫療產品。便攜醫療產品可分為兩種：一種是手持產品，用于患者日常監控自身狀態或醫生可以隨身攜帶的產品，諸如脈搏、血壓測量儀、血脂POCT、手持式尿液分析儀等產品;另一種則是小型化、價格低廉但不一定能隨身攜帶的產品，例如壁掛式全科診斷儀、便攜式B超機等，一般用于鄉鎮醫院或衛生所等。

3單片機在電子技術中的開發

3.1開發時單片機的選擇

基于CPU技術的發展，MPU技術研究也取得了重大突破。在此背景下，單片機的頻率及制程得到了全面提升：頻率提升直接導致了單位時間內單片機的計算速度提升，制程提升則使得單片機發熱量、面積減小。在開發產品時，如何選擇合適的單片機也是一門比較有難度的學問。若是選擇使用Windows CE或Linux等操作系統，那么就需要選擇ARM720T以上帶有MMU功能的ARM芯片。若是對于系統時鐘速度有較高的要求，那么可以選擇ARM9及以上的芯片。還有很多種可能的需求，這里就不一一展開討論了。

3.2開發時單片機語言的選擇

單片機在發展初期都是利用匯編語言編寫程序的，匯編是一種低級語言，直接對單片機內部硬件進行訪問。但是隨著單片機復雜程度的不斷提高，由于匯編可讀性差，沒有強大的函數庫可供使用，導致開發效率下降。如今，單片機編程語言主要是以C語言為主的高級語言。這些高級語言主要以可讀性強、可移植性強、豐富的函數庫等優點，逐步取代匯編語言成為嵌入式的主流開發語言。但是匯編語言也存在高級語言沒有的優勢，例如執行效率高、直接對硬件進行訪問。所以匯編語言通常用在程序中最核心的、控制硬件的代碼，一方面是安全，另一方面提高運行速度。近幾年也出現過支持匯編、C語言混合編譯的編程軟件，相當于在應用上集成了兩種語言的優勢。如何選擇適合的編程語言現在也已經成為一門學問，本文不在此進行展開。

3.3基于ARM的系統開發

在對嵌入式要求較高的電子設備中，逐漸出現了Windows CE、Linux、Android OS、Harmony OS、Mac OS等操作系統。其主要是以體積小、低功耗的特點，在便攜設備上逐漸發展起來。以智能手機為例，目前該陣營主流的系統分別Android OS、Mac OS，在這些系統中的應用開發除了之前提到的C語言外，還有Python、Java、C++等高級語言，這對于編程人員來說，熟悉各種高級語言也是將來需要掌握的一門技術。

結束語

單片機的應用和發展給人們帶來了便利性，其廉價、專業化、小型化的特點在各個領域逐漸將臃腫的計算機替代。隨著微電子技術的發展和研發人員的不斷努力，單片機的應用范圍和前景將會更加廣泛，但這也需要我們這些從業人員不斷提高單片機與產品的適配性，挖掘其更大的價值，以便在電子技術的領域不斷進步，不斷前行。

參考文獻

[1]樊建勛，王新鑫，武建偉，苑曉晨.單片機在電子技術發展趨勢下的應用前景[J].湖北農機化，2019（14）：106-107.

[2]李向玉.分析單片機在電子技術中的應用和技術開發[J].電子測試，2019（Z1）：41-42.

[3]邵惠東.基于單片機的溫度控制系統的開發與應用[J].電子技術與軟件工程，2017（03）：254.

[4]王善紅.基于單片機開發可編程控制器的研究[J].中國新技術新產品，2016（23）：16-17.

[5]蘇娜.單片機在電子技術中的應用和開發[J].中國新通信，2016，18（16）：37.

[6]劉洪濤，甘煒國.ARM處理器開發詳解[M].北京：電子工業出版社，2012.