電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)探討

鄧 宇

（秦皇島技師學(xué)院，河北 秦皇島 066000）

1.引言

當(dāng)今社會(huì)，電子經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量顯著提高，對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用及開發(fā)提出了更高要求，使得傳統(tǒng)模式下的單片機(jī)開發(fā)技術(shù)方法面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)與考驗(yàn)。當(dāng)前形勢下，必須精準(zhǔn)把握電子技術(shù)中單片機(jī)的核心優(yōu)勢，宏觀審視單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵步驟，綜合施策，全面提升單片機(jī)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。

2.單片機(jī)概述

在當(dāng)前高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)代的背景下，電子技術(shù)開始呈現(xiàn)出顯著的智能化、自動(dòng)化、數(shù)字化發(fā)展趨勢，無論是從市場需求方面，還是在技術(shù)控制水平方面，均實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，嵌入式應(yīng)用技術(shù)同樣取得新的技術(shù)突破[1]。單片機(jī)是一種嵌入式的控制器，是在極大程度上提升與優(yōu)化計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展成效的直接影響因素。單片機(jī)屬于集成芯片的概念范疇，在電子技術(shù)融合發(fā)展的支持下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)調(diào)閱與讀取等特定功能。正是憑借著諸多時(shí)代價(jià)值與應(yīng)用優(yōu)勢，單片機(jī)才在當(dāng)今微型電子設(shè)備中發(fā)揮出更加重要的作用[2]。

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，單片機(jī)體積相對(duì)較小，無需占據(jù)過多空間，且能耗較低，適用性、控制性等條件良好，具有理想的技術(shù)功能價(jià)值。通常情況下，單片機(jī)往往是通過對(duì)程序進(jìn)行植入，通過發(fā)揮運(yùn)算器和控制器的協(xié)調(diào)配合作用，在相應(yīng)操控指令下，與對(duì)應(yīng)的功能需求交互接軌，完成對(duì)系統(tǒng)的有序控制與調(diào)整。單片機(jī)的主要構(gòu)成要素包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等部分構(gòu)成，不同的構(gòu)成部分在單片機(jī)系統(tǒng)中分別承擔(dān)各自不同的職能。其中，運(yùn)算器以二進(jìn)制算法為主要運(yùn)算模式，在暫存器等元器件的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高效有序運(yùn)算，并將相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果儲(chǔ)存于儲(chǔ)存器中；控制器則可謂是單片機(jī)的核心，所有指令信息均需通過控制器進(jìn)行交互，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的控制信號(hào)，對(duì)控制信息的運(yùn)行節(jié)奏進(jìn)行控制；存儲(chǔ)器則在相應(yīng)存儲(chǔ)單元的作用下，形成存在映射關(guān)系的存儲(chǔ)地址，承擔(dān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)職能；輸入設(shè)備與輸出設(shè)備則完成數(shù)據(jù)的輸入與輸出。當(dāng)前，電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用創(chuàng)新空間變大，達(dá)到提高了電子技術(shù)的可靠性與穩(wěn)定性，延長了相關(guān)產(chǎn)品的使用壽命。

3.單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用分析

3.1 在電子通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

在當(dāng)前技術(shù)條件下，單片機(jī)技術(shù)在電子通信系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用，可適用于智能通信設(shè)備，具有語音通信功能。在單片機(jī)技術(shù)的支持下，智能移動(dòng)通信終端可精準(zhǔn)識(shí)別手機(jī)語音信息，通過語音識(shí)別技術(shù)將通信語音轉(zhuǎn)化為文字，具有較高準(zhǔn)確率。

3.1.1 硬件設(shè)施

在電子通信系統(tǒng)中，單片機(jī)的主要硬件設(shè)施包括聲音信號(hào)搜集元件、帶通濾波器、微控制器等，其中微控制器處于核心地位，負(fù)責(zé)信號(hào)的加工與數(shù)據(jù)的處理，在預(yù)處理的基礎(chǔ)上，將相應(yīng)的處理結(jié)果通過指令信息進(jìn)行傳遞。通常情況下，單片機(jī)的相對(duì)容量極為有限，因此需要將存儲(chǔ)語音信號(hào)進(jìn)行外置化處理，利用外部存儲(chǔ)器的空間進(jìn)行分類存儲(chǔ)。受語音輸入環(huán)境等方面要素的影響，智能移動(dòng)通信終端所收集到的聲音信號(hào)往往存在一定強(qiáng)度的雜音，影響信號(hào)識(shí)別的精確度，而通過帶通濾波器的作用，則可將多余的雜音信號(hào)進(jìn)行有效濾除，確保了識(shí)別有效性[3]。此外，鍵盤控制模塊與信息顯示模塊則分別承擔(dān)信號(hào)識(shí)別控制、信息顯示等相應(yīng)功能。

隨著現(xiàn)代通信事業(yè)的快速發(fā)展，移動(dòng)終端的智能化需求愈發(fā)突出，相應(yīng)的語音功能需求也愈發(fā)強(qiáng)烈，因此必須深化單片機(jī)技術(shù)及語音識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，采用嵌入式的應(yīng)用方式，對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行高效采集，并通過一系列算法，將其存儲(chǔ)在特定位置，構(gòu)建形成標(biāo)準(zhǔn)語音庫。

3.1.2 軟件設(shè)計(jì)

圖1 軟件設(shè)計(jì)示意圖

基于單片機(jī)技術(shù)的智能語音識(shí)別系統(tǒng)同樣需要充分發(fā)揮軟件模塊的重要作用，只有全面優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)效果，才能為智能語音識(shí)別提供良好控制環(huán)境。一般而言，當(dāng)語音識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)入主程序后，需要通過相應(yīng)模塊對(duì)其進(jìn)行深加工處理，形成識(shí)別語音模板，并根據(jù)用戶需求，由軟件系統(tǒng)執(zhí)行語音識(shí)別程序，完成特定算法操作（如圖1所示）。

3.2 在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.2.1 硬件設(shè)計(jì)

工業(yè)控制領(lǐng)域同樣是單片機(jī)技術(shù)的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。在單片機(jī)運(yùn)行原理約束條件下，單片機(jī)可通過特定結(jié)構(gòu)接口對(duì)設(shè)備軟件進(jìn)行直接控制，使控制軟件和硬件設(shè)施同時(shí)運(yùn)行。以當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的門禁系統(tǒng)為例，其控制程序通常由開啟程序、閉合程序以及延時(shí)程序等組成，該控制程序的整體構(gòu)造相對(duì)簡單，通過信號(hào)輸入與輸出信道及人機(jī)交互信道便可完成相應(yīng)控制操作任務(wù)，前者負(fù)責(zé)對(duì)控制信號(hào)的辨識(shí)、控制與輸出輸入，而后者則側(cè)重于人機(jī)對(duì)話，實(shí)現(xiàn)不同類型指令信息與信號(hào)的一致化。同時(shí)，基于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的硬件設(shè)計(jì)還應(yīng)突出標(biāo)準(zhǔn)語音庫的重要作用，在相應(yīng)指令信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)語音庫進(jìn)行充分比對(duì)分析的基礎(chǔ)上，才能確保順序控制、邏輯運(yùn)算及定向操控等功能可以得以順利實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 軟件設(shè)計(jì)

為有效優(yōu)化工業(yè)控制領(lǐng)域單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用成效，必須對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)構(gòu)造，對(duì)相關(guān)控制指令進(jìn)行調(diào)控，對(duì)硬件系統(tǒng)的表現(xiàn)速度進(jìn)行控制。在此過程中，需要為軟件設(shè)計(jì)提供必要的系統(tǒng)感應(yīng)特性，根據(jù)工業(yè)控制的實(shí)際需求，調(diào)整相應(yīng)的控制節(jié)奏與強(qiáng)度。在此過程中，可將軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)細(xì)化分為過個(gè)不同的子程序，通過采用軟件計(jì)時(shí)、傳感器檢測等方法，對(duì)相應(yīng)控制程序進(jìn)行管控，以有效滿足特定控制功能[4]。

3.2.3 應(yīng)用案例

單片機(jī)技術(shù)常常應(yīng)用于智能電氣設(shè)備之中。以人們接觸最多的家用電器洗衣機(jī)為例，它可為人們提供差異化的應(yīng)用服務(wù)，可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定洗衣機(jī)的沖洗時(shí)間、沖洗強(qiáng)度等，并自動(dòng)完成洗衣機(jī)的自身潔凈處理。再如智能冰箱，也可通過單片機(jī)作用的發(fā)揮，對(duì)冰箱溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)化調(diào)整，使其根據(jù)所需保鮮食物類型的不同保持不同內(nèi)部溫度，達(dá)到最為理想的保鮮效果，此外還可接收語音指令信息，按照特定連接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)智能冰箱的語音化控制，滿足人們個(gè)性化需求。

4.單片機(jī)電子技術(shù)的未來發(fā)展和技術(shù)開發(fā)

4.1 抗干擾技術(shù)開發(fā)

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為單片機(jī)電子技術(shù)抗干擾技術(shù)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)提供了更為豐富的技術(shù)手段，使技術(shù)開發(fā)人員在開發(fā)工具與載體方面具備了更為靈活的選擇余地，使得傳統(tǒng)開發(fā)環(huán)境下難以完成的抗干擾開發(fā)任務(wù)具備了更大的可行性。因此，可通過發(fā)揮單片機(jī)控制系統(tǒng)的作用，搭建基于計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件技術(shù)的抗干擾技術(shù)開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合其高靈敏度等客觀特性，在電路設(shè)計(jì)、屏蔽構(gòu)造、裝置配置等方面進(jìn)行抗干擾開發(fā)。在此過程中，可根據(jù)干擾信號(hào)類型、信號(hào)強(qiáng)弱、信號(hào)來源、信號(hào)脈沖頻率等技術(shù)參數(shù)的不同，確定對(duì)抗干擾波段的篩查和濾除。對(duì)于辨識(shí)錯(cuò)誤的抗干擾信號(hào)，則可作出糾偏糾錯(cuò)處理，防止單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行偏差。

4.2 單片機(jī)程序開發(fā)

在當(dāng)前電子技術(shù)領(lǐng)域，嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛，推動(dòng)著單片機(jī)技術(shù)智能化、自動(dòng)化發(fā)展腳步的加快，突破了傳統(tǒng)約束環(huán)境條件的局限與阻礙。在單片機(jī)程序開發(fā)中，應(yīng)摒棄傳統(tǒng)保守陳舊的程序開發(fā)思維模式，突破僵化固化程序開發(fā)方法的桎梏，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和自由傳輸環(huán)境下，優(yōu)化單片機(jī)程序開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用適用性表現(xiàn)，全面確保嵌入式操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理的最終效果。另一方面，在單片機(jī)程序開發(fā)及信息處理中，還應(yīng)以提高響應(yīng)速度為目標(biāo)，對(duì)開發(fā)語言系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，延伸和拓展單片機(jī)開發(fā)和技術(shù)應(yīng)用覆蓋面，保持充足開發(fā)活力。

4.3 基于計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)器的開發(fā)

當(dāng)前技術(shù)條件下，計(jì)算機(jī)均配置有完善的通信設(shè)備和通信端口，旨在隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與信息交互，獲取更加精準(zhǔn)有效的數(shù)據(jù)信息資料，這也同時(shí)使得單片機(jī)控制和應(yīng)用功能得以改進(jìn)。因此，在單片機(jī)技術(shù)開發(fā)中，應(yīng)始終注重計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)性支撐作用，特別是通過對(duì)單片機(jī)通信數(shù)據(jù)的開發(fā)提高單片機(jī)的信息傳輸和接收的效率，增加單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，在基于計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)器的開發(fā)中，還應(yīng)注重CPU的強(qiáng)化，解決以往單片機(jī)在運(yùn)行的過程中存在的死機(jī)、卡頓、運(yùn)作緩慢等諸多問題，改善中央處理器的結(jié)構(gòu)，在宏觀層面提高單片機(jī)使用性能，延長單片機(jī)壽命。

5.結(jié)語

受技術(shù)方法、開發(fā)過程、實(shí)現(xiàn)路徑等方面要素的影響，當(dāng)前電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用及開發(fā)實(shí)踐中依舊存在諸多不容忽視的薄弱環(huán)節(jié)，阻礙著單片機(jī)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的凸顯。因此，有關(guān)人員應(yīng)該從當(dāng)前電子技術(shù)的客觀實(shí)際需求及發(fā)展環(huán)境出發(fā)，充分遵循單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用及開發(fā)的基本原理與規(guī)律，創(chuàng)新單片機(jī)開發(fā)技術(shù)方法，優(yōu)化單片機(jī)開發(fā)過程控制，為促進(jìn)其在電子技術(shù)中的應(yīng)用成效奠定基礎(chǔ)，為促進(jìn)單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展保駕護(hù)航。