单片机技术原理及其在电子技术中的应用

刘凯,李斌

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摘要：为了进一步推动单片机的发展，给出了单片机的结构、原理、特性、技术类型，展望了单片机技术低功耗CMOS化、微型化、主流与多品种共存的发展趋势，分析了其在电子技术中的具体应用。需根据实际情况对其进行科学选择，充分发挥单片机功能，提高电子技术的发展水平。

关键词：单片机；原理；电子技术；应用

引言

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单片机技术

1.1单片机结构及原理

单片机是以计算机应用技术为基础、将信息集成或压缩于芯片，因此又被称作单片微控制器。其结构主要分为控制器、存储器及运算器3部分。控制器的主要作用是管理内存中的指令，是整个单片机技术的核心，对主系统的运行起到至关重要的作用。单片机主要由控制器开展工作。存储器一般是由定时控制逻辑电路、译码器、程序计数器PC、地址指针等组成。运算器是对数据进行运算分析的部件，核心是ALU，能够保证系统顺利完成逻辑运算。单片机集成电路主要涉及CPU、ＲAM及各类驱动器等，在保证集成电路正常运行的同时完善数据信息的读取和分析，转换器将其进行有效组合，信息和数据被充分转换，从而保证有效信息的信号能够被准确识别。

1.2单片机的特性

应用过程中，单片机可显示不同功能，安装操作比较简单，性价比较高，已经广泛应用于通信、监控、交通及医疗等领域。单片机具有很强的抗干扰能力，对应用环境要求较低，处理速度快，精确度高。

1.3单片机技术类型

按照通用性分类，单片机技术类型主要有专用型和通用型，可在工业管理过程中发挥作用。利用其精度功能与控制范围，可提高自动化系统的控制精度。单片机与家电系统的外部接口和信号接收相结合，可保证设备系统的全面运行和控制。在一般类型的单片机中，可根据应用范围进行全面区分操作，显示所有功能的综合特征和合理的控制范围，这也是机械设备精密运行的必要条件。专用型MCU则根据具体的产品特性来进行选择，通过内部系统提供并行总线的是总线型MCU，能够实现更多的集中处理。

2单片机技术的发展趋势

单片机的发展趋势主要有以下几方面:一是低功耗CMOS化。目前的单片机主要将功耗控制在100毫瓦左右，MSP430系列单片机是一种16位超低功耗单片机，不仅功耗低，还集成了丰富的片上资源，工作模式分为1种有源模式和5种低功耗模式，低功耗模式下的最低功耗可达0.1uA。当需要控制螺杆步进电机时，处于主动模式，其余时间处于低功率模式进入休眠状态，当CPU需要工作时，需要重新唤醒进入主动模式。二是微型化。可达到减轻重量与体积的目的，有利于节省空间，安装更加方便。三是主流与多品种共存。单片机种类繁多，不同类型的单片机有不同的特色，相互依存，共同发展。

3单片机在电子技术领域中的应用

3.1单片机在家用电器中的应用

家用电器是人们日常生活中接触最广泛的领域，且家用电器对于人们日常生活和社会发展有着重要意义，电视、洗衣机、空调、电饭煲等，都属于家用电器的范畴。随着现代技术的发展，家用电器的智能化、自动化、电子化、数字化发展也非常迅猛，迭代更新的家用电器层出不穷。比如，传统的电饭煲和洗衣机需要手动调试、手动按钮才能实现做饭、洗衣的功能，且在过程中偶尔还需要人工进行监控。在家用电器中应用单片器之后，电饭煲和洗衣机都能实现智能化和数字化，基本上实现了做饭、洗衣全自动。

对于普通人而言，通过手机操控就能让洗衣机、电饭煲等家用电器实现全程自动化操作，且能实现无人值守和远程监控。这是由于单片机在电饭煲或者洗衣机等家用电器的应用过程中会根据不同电器的特点和功能，有针对性地开展功能编程，进而保证功能实现。比如，洗衣机采取不同方式洗涤不同衣物，定时放入洗涤剂、柔顺剂、杀菌剂等；电饭煲可以根据功能编程，蒸煮符合要求的米饭或者稀饭。因此，当家用电器中嵌入了单片机，家用电器的自动化、智能化、数字化就得以实现，功能也就更加强大。

3.2单片机在工业设备中的应用

当前，我国工业生产处于产业转型和产业升级阶段，对工业设备的质量和效能提出了更高的要求，工业设备的自动化水平直接影响了工业生产的质量和能效，进而影响了工业生产效率、生产质量、生产安全等不同层面。技术进步是社会生产力提升的重要因素，工业设备的自动化和智能化是技术进步的标志，也是传统生产技艺和传统生产技术的改革创新。随着我国制造、生产等工业发展不断增速，工业设备中单片机的应用推动了生产效率的提高和人工数量配比的降低，推动了工业设备运行的整体安全性和精确性。故而，单片机在工业设备中的应用是工业企业设备更新、技术优化、产能提高的重要路径，也是工业长足发展的关键。

具体来说，单片机在工业设备中的应用的最大功能就是实现了工业设备的自动化和智能化，进而提高工业生产过程的质量和效率，转人工操作为自动化操作，减轻人工的工作强度。

比如，风力发电的工业生产过程中，由于风力发电属于新能源和清洁能源的开发，项目处于大力发展阶段。单片机可以嵌入风力发电的风机内部、操作室、风机机械设备中，进而实现远程控制，保障风力发电的正常运行。这样，风力发电的过程中数据处理和数据采集的准确性就得到了有效保证，且风力发电的安全运行得以实现。此外，风机内部的自动火灾报警系统也可以根据风力发电的实际环境与智能协同平台进行构建，单片机嵌入其中之后就能进行数据分析和数据处理，准确实现防火功能。

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。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。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。

结语

单片机作为集成性电子芯片，具有结构简单、功能全面、价格低廉等优点，在电子技术中得到了广泛的应用，取得了较好的应用效果。为进一步推动单片机的发展，需根据实际情况对其进行选择，充分发挥单片机的功能，提高电子技术的发展水平。

参考文献

［1］李厚军.电子技术中单片机的应用与开发［J］．现代工业经济和信息化，2022，(04):12.

［2］关德君.单片机在电子信息技术中的应用与开发［J］．无线互联科技，2021，18(09):2.