單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開發(fā)

石佳杰

摘要：單片機主要是以哈佛架構(gòu)為基礎(chǔ)的一種具備數(shù)據(jù)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(yīng)用于消費電子、工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療設(shè)備、軍事工業(yè)等領(lǐng)域，由此可見，科學(xué)、合理發(fā)展單片機有著非常重要的意義?；谏鲜鰞?nèi)容，下文對單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開發(fā)進行了探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：單片機;電子技術(shù);應(yīng)用;開發(fā)

中國分類號：TP368? ? ?文獻標識碼：A

引言

隨著我國不斷進行的經(jīng)濟建設(shè)，單片機的應(yīng)用已經(jīng)廣泛地滲透到人們的學(xué)習(xí)、工作、生活中。其最具有代表性的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在科研、工業(yè)、軍事、商業(yè)、娛樂業(yè)及人們的日常生活等方方面面，既能夠有效提高企業(yè)的綜合效益，又能夠提高企業(yè)生產(chǎn)的自動化與智能化水平，從而全面促進工業(yè)化發(fā)展進程，提高我國的國際市場綜合競爭力。在半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)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(yōu)勢，不斷在各個行業(yè)中取代計算機。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也成了當前關(guān)注、學(xué)習(xí)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(shè)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(nèi)部一般采用超大規(guī)模集成電路的技術(shù)，將CPU、RAM、ROM、I/O、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器等功能整合在一起，從而成為一個微型計算機系統(tǒng)。單片機在封裝上經(jīng)歷了由DIP到QFP的過程，在位寬上經(jīng)歷了4位、8位、16位、32位的過程，在內(nèi)部集成電路設(shè)計上，由上述簡單的結(jié)構(gòu)逐步增加了類似于顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路等模塊，最終發(fā)展成了目前的嵌入式系統(tǒng)。

2單片機與電子技術(shù)中的應(yīng)用

2.1通訊設(shè)備中單片機的應(yīng)用

現(xiàn)代通訊技術(shù)主要是以移動電話的廣泛應(yīng)用為代表，而單片機在這個領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)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(shù)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(xiàn)AI交互功能。在語音通話時，對環(huán)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(xiàn)高清語音通話。此外，圖形處理專用的DSP芯片還能夠?qū)D像進行處理，實現(xiàn)目前最前沿的混合變焦、AI圖像處理等技術(shù)，調(diào)制解調(diào)專用的DSP芯片能夠?qū)崿F(xiàn)目前的5G通信等。

2.2在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)有的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、效率提高，工人的工作環(huán)境改善。單片機在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，提高了數(shù)據(jù)處理的準確性，能夠?qū)Ω黜棓?shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，保證了工業(yè)生產(chǎn)中的效率和安全。在食品生產(chǎn)加工、電子元器件生產(chǎn)、產(chǎn)品組裝等領(lǐng)域，出現(xiàn)了通過以單片機為主要控制部件定制的生產(chǎn)流水線。在工業(yè)自動控制系統(tǒng)的構(gòu)建中，基于終端處的傳感器在感知環(huán)境各種變化或識別到特定物質(zhì)后，將信息提供給終端處的單片機分析，并通過無線網(wǎng)絡(luò)或物聯(lián)網(wǎng)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(zhuǎn)進行調(diào)節(jié)，可以有效的預(yù)防各種不良發(fā)生，或在不良情況發(fā)生時能夠快速控制并解決。

2.3在家用電器中的應(yīng)用

隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大眾百姓的生活質(zhì)量逐漸提高。生活質(zhì)量的提高就離不開家用電器其科技性的提高，單片機根據(jù)自身體積小、耗能低、集成性能高等優(yōu)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(xiàn)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(xiàn)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(yī)療儀器、設(shè)備中的應(yīng)用

在醫(yī)療儀器、設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用尤為廣泛。由于醫(yī)療儀器、設(shè)備需要根據(jù)電子產(chǎn)品某一特點來進行使用。如尿液分析系統(tǒng)、血細胞分析系統(tǒng)，就需要依靠嵌入式系統(tǒng)對圖像進行分析和處理，生化分析系統(tǒng)則需要對各類數(shù)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(yī)療儀器、設(shè)備都非常龐大，但我們看到在嵌入式進一步發(fā)展后，一個趨勢是便攜式、低成本產(chǎn)品漸漸流行。引入嵌入式系統(tǒng)后，現(xiàn)有的各種監(jiān)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(fā)展，最終發(fā)展為目前的便攜式醫(yī)療產(chǎn)品。便攜醫(yī)療產(chǎn)品可分為兩種：一種是手持產(chǎn)品，用于患者日常監(jiān)控自身狀態(tài)或醫(yī)生可以隨身攜帶的產(chǎn)品，諸如脈搏、血壓測量儀、血脂POCT、手持式尿液分析儀等產(chǎn)品;另一種則是小型化、價格低廉但不一定能隨身攜帶的產(chǎn)品，例如壁掛式全科診斷儀、便攜式B超機等，一般用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)醫(yī)院或衛(wèi)生所等。

3單片機在電子技術(shù)中的開發(fā)

3.1開發(fā)時單片機的選擇

基于CPU技術(shù)的發(fā)展，MPU技術(shù)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(dǎo)致了單位時間內(nèi)單片機的計算速度提升，制程提升則使得單片機發(fā)熱量、面積減小。在開發(fā)產(chǎn)品時，如何選擇合適的單片機也是一門比較有難度的學(xué)問。若是選擇使用Windows CE或Linux等操作系統(tǒng)，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(tǒng)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(fā)時單片機語言的選擇

單片機在發(fā)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(nèi)部硬件進行訪問。但是隨著單片機復(fù)雜程度的不斷提高，由于匯編可讀性差，沒有強大的函數(shù)庫可供使用，導(dǎo)致開發(fā)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(shù)庫等優(yōu)點，逐步取代匯編語言成為嵌入式的主流開發(fā)語言。但是匯編語言也存在高級語言沒有的優(yōu)勢，例如執(zhí)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(xiàn)過支持匯編、C語言混合編譯的編程軟件，相當于在應(yīng)用上集成了兩種語言的優(yōu)勢。如何選擇適合的編程語言現(xiàn)在也已經(jīng)成為一門學(xué)問，本文不在此進行展開。

3.3基于ARM的系統(tǒng)開發(fā)

在對嵌入式要求較高的電子設(shè)備中，逐漸出現(xiàn)了Windows CE、Linux、Android OS、Harmony OS、Mac OS等操作系統(tǒng)。其主要是以體積小、低功耗的特點，在便攜設(shè)備上逐漸發(fā)展起來。以智能手機為例，目前該陣營主流的系統(tǒng)分別Android OS、Mac OS，在這些系統(tǒng)中的應(yīng)用開發(fā)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(shù)。

結(jié)束語

單片機的應(yīng)用和發(fā)展給人們帶來了便利性，其廉價、專業(yè)化、小型化的特點在各個領(lǐng)域逐漸將臃腫的計算機替代。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和研發(fā)人員的不斷努力，單片機的應(yīng)用范圍和前景將會更加廣泛，但這也需要我們這些從業(yè)人員不斷提高單片機與產(chǎn)品的適配性，挖掘其更大的價值，以便在電子技術(shù)的領(lǐng)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(shù)發(fā)展趨勢下的應(yīng)用前景[J].湖北農(nóng)機化，2019（14）：106-107.

[2]李向玉.分析單片機在電子技術(shù)中的應(yīng)用和技術(shù)開發(fā)[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(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（03）：254.

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

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

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