分析單片機在電子技術中的應用和技術開發

單片機作為嵌入式系統，在現代自動化設備、通訊技術、控制技術、工業領域等廣泛應用。與其他的嵌入式系統相比，單片機的體積小、能耗低、高集成性，具有十分強大的處理功能，可以滿足電氣設備的強大的存儲功能、數據處理能力以及控制能力，從而讓設備具備自動化和智能化管理控制要求，提高工業生產的效率。
1 單片機特點
單片機是一種集成電路芯片，它采用超大規模集成電路技術把中央處理器、隨機存儲器、中斷系統、定時器和計數器等功能集成到一塊硅片上形成一個小的微型計算機系統。由于單片機的體積小、質量輕、價格便宜，可以連續工作六七十個小時無障礙工作，控制能力比較強等優點，因此在工業領域廣泛應用。目前很多單片機已經將外圍器件和外設接口集成在一片內，所以不需要擴展總線，減少了芯片體積。這類芯片稱之為非總線型片機。控制型片機是根據應用范圍進行劃分。單片機主要由存儲器、運算器、控制器構成。
2 單片機在電子技術的應用
2.1單片機在通訊系統中的應用
單片機在通訊領域中的主要應用在手機語音，近年來隨著智能手機的發展，智能手機的語音功能已經十分強大，手機語音不僅可以進行通訊，而且還可以對手機語音信息進行識別，將語音直接轉化為文字，文字轉化正確率已經達到了70%。手機語音的語音識別技術與單片機關系密切。

圖1 單片機的語音識別系統
嵌入式語音識別系統首先采集語音信號，并通過控制模塊輸入之前采集的語音信號，通過A/D模塊將語音信息進行轉換，轉換以后進入到控制器，并通過一系列的算法建立標準語音庫，并將語音信息存儲在電路中。當手機語音進行識別的時候，通過控制模塊輸入需要進行的操作，然后采集用戶語音信息，系統將采集的語音信號進行一系列運算處理以后，將其提取為矢量模板，存入到存儲單元，并與標準語音庫中的語音信息進行比較。然后從語音庫中提取最接近該段音頻的語音信號，將語音信號轉換為語音數據信息告知用戶。
單片機主要由硬件結構和軟件系統構成，硬件設備為軟件的運行提供物理支撐，軟件單片機的應用提供技術支持。
2.1.1語音識別系統的硬件設施
語音識別系統的硬件包括微控制器、聲音采集模塊、存儲電路、鍵盤控制電路、帶通濾波器、顯示電路等單元構成。
其中微控制器是整個識別語音系統的控制中心，負責對語音信號的存儲、對語音信號的運算處理，并將結果輸出；聲音采集模塊主要負責語音信號轉換為電信號，然后對電信號進行處理。由于單片上的容量有限，存儲電路存儲語音信號的時候，可能外部存儲器提供整個語音識別系統的存儲容量；由于輸入的語音信號具有一定的雜音，影響到語音識別系統的信號識別，因此需要帶通濾波器對語音信號進行過濾，從而提高語音信號的識別效率；鍵盤控制模塊主要負責對語音信號的錄入、模板的訓練和語音信號識別的控制；顯示模塊主要顯示當前語音識別系統結果，方便用戶進行下一步操作。
2.1.2語音識別系統的軟件設計
軟件設計師語音識別系統設計的關鍵，語音識別系統進入主程序以后，主程序則調用子程序的模板對語音模板進行訓練和識別等任務。

圖2 語音識別系統的軟件設計
當軟件運行時，只要按鍵按下則程序根據執行命令，則按照指令命令執行。如果是訓練模板則按照模板訓練的算法進行操作，如果程序下方的是語音識別命令則執行語音識別的程序。
2.2單片機在工業控制領域的應用
隨著計算機、信息技術、電力電子技術的應用，工業生產逐漸向自動化、智能化方向發展。由于單片機體積小、質量輕、高集成性等優點，在智能儀表設計中廣泛應用。工業控制系統必須具備良好的數據處理能力，強大的網絡通信能力，有利于智能控制。目前大多數企業的工業由各種DCS、PLC、RTU、測控設備、HMI構成的過程控制系統負責完成基本的生產控制。將單片機應用在工業設備的現場控制中，可以實現實時數據采集和實時自動控制，從而實現自動化控制和管理，降低人工成本。比如常見的門禁系統，通過感應設備，可以實現自動打開和關閉大門。
2.2.1硬件設計
單片機通過接口直接控制設備軟件，所以單片機的控制系統軟件和硬件同步運行。以自動感應門為例，該軟件的主要程序包括開門、關門、延時三個部分，程序比較簡單。系統包括信號輸入通道、信號輸出通道、人機對話通道。信號輸入通道主要負責信號采集，并對不同的輸入形式進行轉換，單片機的I/O模塊通過輸入線直接采集數據信息，如果I/O不能滿足信號采集要求，可以在外部設置連接電路。信號輸出通道則負責將采集的信息傳輸到計算機控制中心，從而最終實現設備的自動化控制。輸出過程中可以直接利用I/O模塊接口，如果模擬信號比較復雜，需要對其進行轉換、過濾。目前在工業控制領域，廣泛應用PLC技術，也就是可編輯邏輯控制器，這是一種可編程的存儲器，可以存儲在設備內部，實現邏輯運算、順序控制、定時等操作指令，并通過I/O輸入輸出模塊實現對機械設備的控制和管理。具有強大的運算能力、控制能力、通信能力和診斷能力，滿足工業控制領域的安全性、可靠性和穩定性。
2.2.2軟件設計
本系統軟件的主要程序只三個部分開關、關門以及延時，根據系統設計要求。開門子程序設計應該滿足快速開門或者慢速開門要求，并根據開門過程的不同階段自動選擇不同的速度。當系統感應到門口有人時，要立即緩慢開門。人離開一會，系統感應后會加快關門的速度。或者系統保持開門的狀態，讓后面的人陸續進入，直到所有的人進入大門后，大門關閉。維持開門狀態的子程序設計在維持開門狀態的同時，還需要接受探測器信號，是否后面有人需要通過大門，從而讓大門保持開的狀態，如果沒有檢測人的信號，這個時候大門彩繪關閉。這個過程中，對開門狀態的維持，可以采用軟件計時的方式。關門子程序模塊的設計可以記錄關門的步數，便于隨時轉入到開門的子程序模塊。在這個環節，需要探測器探測大門附近的信息，如果有人立即啟動開門程序，如果沒有檢測到人的信息，則啟動關門程序。由于本系統的程序比較簡單，屬于實時控制，所以需要探測器進行探測信號，并結合軟件進行定時。程序的延時設計則根據實際情況確定。
3 結束語
隨著我國單片機技術的進步，單片機的芯片容量越來越大，可以滿足大型工業生產領域的生產要求，并直接嵌入到傳統電子設備內部，提升電子設備的智能化水平。為了滿足電力電子技術的要求，單片機逐漸向集成化、存儲化方向、超大容量等方向發展。