单片机在电子技术中的应用和开发

石佳杰

摘要：单片机主要是以哈佛架构为基础的一种具备数据处理能力的微型计算机。其有着体积小、功耗低、价格低、可靠性强等特点，广泛的应用于消费电子、工业控制、物联网、医疗设备、军事工业等领域，由此可见，科学、合理发展单片机有着非常重要的意义。基于上述内容，下文对单片机在电子技术中的应用和开发进行了探讨，以供参考。

关键词：单片机;电子技术;应用;开发

中国分类号：TP368     文献标识码：A

引言

随着我国不断进行的经济建设，单片机的应用已经广泛地渗透到人们的学习、工作、生活中。其最具有代表性的嵌入式系统已经在科研、工业、军事、商业、娱乐业及人们的日常生活等方方面面，既能够有效提高企业的综合效益，又能够提高企业生产的自动化与智能化水平，从而全面促进工业化发展进程，提高我国的国际市场综合竞争力。在半导体技术的不断发展的前提下，单片机以其体积小、价格低、可靠性强、低功耗的优势，不断在各个行业中取代计算机。嵌入式系统技术也成了当前关注、学习研究的热点。

1单片机概述

单片机，顾名思义，指的是一类通过光刻的方法，将已设计好的集成电路刻在硅晶圆上、并在外观上封装成一整块的集成电路芯片。其内部一般采用超大规模集成电路的技术，将CPU、RAM、ROM、I/O、中断系统、定时/计数器等功能整合在一起，从而成为一个微型计算机系统。单片机在封装上经历了由DIP到QFP的过程，在位寬上经历了4位、8位、16位、32位的过程，在内部集成电路设计上，由上述简单的结构逐步增加了类似于显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路等模块，最终发展成了目前的嵌入式系统。

2单片机与电子技术中的应用

2.1通讯设备中单片机的应用

现代通讯技术主要是以移动电话的广泛应用为代表，而单片机在这个领域的应用发挥了重要作用。DSP系列芯片在AI交互和语音通话功能中也扮演了重要的角色。在与AI交互输入的信息为语音时，利用DSP将待识别的语音信号的特征参数即时地提取出来，与已知的语音样本进行匹配，从而判定出待识别语音信号的音素属性，实现AI交互功能。在语音通话时，对环境噪声进行降噪处理，对输入的目标语音进行放大处理，从而实现高清语音通话。此外，图形处理专用的DSP芯片还能够对图像进行处理，实现目前最前沿的混合变焦、AI图像处理等技术，调制解调专用的DSP芯片能够实现目前的5G通信等。

2.2在工业控制领域的应用

随着自动化技术的发展，使得现有的工业产品质量、效率提高，工人的工作环境改善。单片机在工业中的广泛应用，提高了数据处理的准确性，能够对各项数据进行实时监控，保证了工业生产中的效率和安全。在食品生产加工、电子元器件生产、产品组装等领域，出现了通过以单片机为主要控制部件定制的生产流水线。在工业自动控制系统的构建中，基于终端处的传感器在感知环境各种变化或识别到特定物质后，将信息提供给终端处的单片机分析，并通过无线网络或物联网上报给控制中心计算机，由计算机或者人工提供解决方案后，再由终端单片机控制装置运转进行调节，可以有效的预防各种不良发生，或在不良情况发生时能够快速控制并解决。

2.3在家用电器中的应用

随着我国社会经济的飞速发展，大众百姓的生活质量逐渐提高。生活质量的提高就离不开家用电器其科技性的提高，单片机根据自身体积小、耗能低、集成性能高等优势，在家用电器的智能化及电气一体化的进程中提供了重要的条件。家用电器中集成单片机可以实现人工智能，使其功能多样化。以前的家用电视只能用来看，而现在的智能电视不但可以用来看，还能够用来播放广播、音乐、进行游戏等。

2.4在医疗仪器、设备中的应用

在医疗仪器、设备中，嵌入式系统的应用尤为广泛。由于医疗仪器、设备需要根据电子产品某一特点来进行使用。如尿液分析系统、血细胞分析系统，就需要依靠嵌入式系统对图像进行分析和处理，生化分析系统则需要对各类数字信息进行分析和处理，都需要使用高性能的、专用化的DSP芯片来提高其精度和速度。但是上述医疗仪器、设备都非常庞大，但我们看到在嵌入式进一步发展后，一个趋势是便携式、低成本产品渐渐流行。引入嵌入式系统后，现有的各种监护仪的功能与性能都将得到大幅度的提高，体积也越来越向着小型化发展，最终发展为目前的便携式医疗产品。便携医疗产品可分为两种：一种是手持产品，用于患者日常监控自身状态或医生可以随身携带的产品，诸如脉搏、血压测量仪、血脂POCT、手持式尿液分析仪等产品;另一种则是小型化、价格低廉但不一定能随身携带的产品，例如壁挂式全科诊断仪、便携式B超机等，一般用于乡镇医院或卫生所等。

3单片机在电子技术中的开发

3.1开发时单片机的选择

基于CPU技术的发展，MPU技术研究也取得了重大突破。在此背景下，单片机的频率及制程得到了全面提升：频率提升直接导致了单位时间内单片机的计算速度提升，制程提升则使得单片机发热量、面积减小。在开发产品时，如何选择合适的单片机也是一门比较有难度的学问。若是选择使用Windows CE或Linux等操作系统，那么就需要选择ARM720T以上带有MMU功能的ARM芯片。若是对于系统时钟速度有较高的要求，那么可以选择ARM9及以上的芯片。还有很多种可能的需求，这里就不一一展开讨论了。

3.2开发时单片机语言的选择

单片机在发展初期都是利用汇编语言编写程序的，汇编是一种低级语言，直接对单片机内部硬件进行访问。但是随着单片机复杂程度的不断提高，由于汇编可读性差，没有强大的函数库可供使用，导致开发效率下降。如今，单片机编程语言主要是以C语言为主的高级语言。这些高级语言主要以可读性强、可移植性强、丰富的函数库等优点，逐步取代汇编语言成为嵌入式的主流开发语言。但是汇编语言也存在高级语言没有的优势，例如执行效率高、直接对硬件进行访问。所以汇编语言通常用在程序中最核心的、控制硬件的代码，一方面是安全，另一方面提高运行速度。近几年也出现过支持汇编、C语言混合编译的编程软件，相当于在应用上集成了两种语言的优势。如何选择适合的编程语言现在也已经成为一门学问，本文不在此进行展开。

3.3基于ARM的系统开发

在对嵌入式要求较高的电子设备中，逐渐出现了Windows CE、Linux、Android OS、Harmony OS、Mac OS等操作系统。其主要是以体积小、低功耗的特点，在便携设备上逐渐发展起来。以智能手机为例，目前该阵营主流的系统分别Android OS、Mac OS，在这些系统中的应用开发除了之前提到的C语言外，还有Python、Java、C++等高级语言，这对于编程人员来说，熟悉各种高级语言也是将来需要掌握的一门技术。

结束语

单片机的应用和发展给人们带来了便利性，其廉价、专业化、小型化的特点在各个领域逐渐将臃肿的计算机替代。随着微电子技术的发展和研发人员的不断努力，单片机的应用范围和前景将会更加广泛，但这也需要我们这些从业人员不断提高单片机与产品的适配性，挖掘其更大的价值，以便在电子技术的领域不断进步，不断前行。

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