單片機在電子信息技術(shù)中的應(yīng)用研究

林 麗

(沈陽開放大學(xué)，遼寧 沈陽 110003)

1 單片機工藝與硬件結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢

1.1 中央處理器

在集成技術(shù)蓬勃發(fā)展的過程中，單片機內(nèi)的中央處理器也取得了顯著的發(fā)展，呈現(xiàn)出低功耗化、微型化、集成化的發(fā)展特征。譬如現(xiàn)有的單片機芯片內(nèi)，主要集成有程序存儲、中央處理、終端系統(tǒng)、通信接口等硬件結(jié)構(gòu)，而部分單片機內(nèi)還集成了看門狗、轉(zhuǎn)換器、調(diào)制電路等結(jié)構(gòu)，使單片機在HMOS、CHMOS等工藝背景下，科學(xué)地控制功耗，提升數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量與效率。

1.2 程序存儲器

現(xiàn)階段我國主流的程序存儲器通常包括阻變存儲器、磁存儲器、相變存儲器、電荷存儲器等類型，主要是通過器件電阻來儲存數(shù)據(jù)信息的。而在存儲器微型化、集約化發(fā)展的過程中，低成本、低功耗、大容量、高性能、高帶寬逐漸成為存儲器封裝與阻態(tài)的主要發(fā)展趨勢。此外，在3DXphint技術(shù)的支持下，存儲器技術(shù)得到了革命性的發(fā)展和進步，能夠從刷新皺起、層次架構(gòu)及儲存質(zhì)量等層面得到革新與發(fā)展，能夠有效地解決存儲器在數(shù)據(jù)信息存儲、記錄中所存在的讀取問題，被廣泛地應(yīng)用在高度集成的程序、資源、數(shù)據(jù)儲存的過程中。

1.3 半導(dǎo)體技術(shù)

在信息科技快速發(fā)展的過程中，8位或4位單片機逐漸成為智能設(shè)備運作中的基本控制模塊。能夠通過數(shù)字邏輯控制電路系統(tǒng)，提高對計數(shù)器/定時器、中斷器、處理器的控制質(zhì)量與效率，而采用精簡指令與流水線技術(shù)的單片機，能夠在控制速度與效率上高于傳統(tǒng)單片機，提高數(shù)據(jù)控制的質(zhì)量與效率。此外，該單片機能夠在STOP或WARR等模式下正常運作，極大地擴寬適用電壓、電流的范圍，提高單片機的實效性。此外，內(nèi)裝化“外圍電路”是其半導(dǎo)體應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的基本趨勢和方向，尤其在引入IC和SPI后，半導(dǎo)體系統(tǒng)逐漸呈現(xiàn)出集約化、精簡化及高效化的發(fā)展特征和特點，可以更好地切合現(xiàn)代電子信息產(chǎn)品功能實現(xiàn)與設(shè)備生產(chǎn)的實際需求。

2 單片機在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 智能家居中單片機模塊的設(shè)計

首先是模塊選型。STM32F芯片主要集成了計數(shù)器/定時器，閃存控制器、存儲器及處理器等硬件結(jié)構(gòu)，能夠與WiFi、語言識別、通訊模塊建立聯(lián)系。其中處理器采用了32位CORTEX內(nèi)核，寄存器、控制器、存儲器及數(shù)據(jù)路徑的接口也以32位為主，能夠切實保障指令獲取、數(shù)據(jù)方位的傳輸質(zhì)量與效率。而程序存儲與ROM數(shù)據(jù)主要以64k為主，能夠通過間接尋址、直接尋址的形式，提高在編程的有效性和實效性。除此之外，該芯片還包括SPI、IIS接口，能夠快速提高指令控制的反饋速度及質(zhì)量。其次是語音識別模塊的設(shè)計。在智能家居系統(tǒng)中應(yīng)用單片機技術(shù)，需要明確智能家居各大模塊的基本功能和價值，使單片機技術(shù)能夠充分地發(fā)揮出應(yīng)用的作用和效用。而語音識別是智能家居系統(tǒng)的基本模塊和重要系統(tǒng)，在應(yīng)用單片機技術(shù)時，需要明確語音模塊的類型和特質(zhì)。通常來講，語音模塊通常采用麥克風(fēng)陣列，實現(xiàn)對語音位置、方向進行定位、處理及響應(yīng)等，可以切實地抑制外部噪音對語音播放、合成及識別的影響，擁有較強的降噪和定位功能。而在通訊銜接層面上，該模塊主要采用串口數(shù)據(jù)線及雙音頻線來為用戶提供識別與訓(xùn)練服務(wù)，可以更好地提高語音訓(xùn)練的質(zhì)量和效率。最后是WiFi模塊與通訊模塊的設(shè)計，在應(yīng)用單片機技術(shù)的過程中，需要采用蘊含LoraWAN網(wǎng)關(guān)的WiFi模塊，該模塊包含音頻板、攝像頭、lot板等硬件結(jié)構(gòu)，能夠在數(shù)據(jù)接收與發(fā)射的過程中，完成帶寬、編碼率及擴頻因子的有效應(yīng)用。而在通訊模塊的選擇與設(shè)計的過程中，需要選擇SX1301處理芯片，來提高通訊模塊的應(yīng)用質(zhì)量和效率。

2.2 智能家居中單片機模塊的應(yīng)用原理

電子控制系統(tǒng)通常包括WiFi通訊、電源控制、語音識別及主控芯片等單片機模塊，各類模塊在用戶銜接、數(shù)據(jù)處理、語音識別、網(wǎng)絡(luò)通信上發(fā)揮著難以替代的功能和作用，其中STM32f芯片是信息控制系統(tǒng)的基本單元與中樞架構(gòu)，能夠通過串口數(shù)據(jù)、導(dǎo)線等結(jié)構(gòu)與其它模塊實現(xiàn)銜接與互動，進而提升特定指令、服務(wù)功能的傳輸與執(zhí)行質(zhì)量。在實際運作中，主控模塊能夠通過通信網(wǎng)絡(luò)，快速接受客戶端發(fā)來的指令及從語言模塊獲取的控制信息，對特定的指令、命令進行處理與解析，使其通過控制模塊與檢測模塊，發(fā)送到特定的家居設(shè)備中，以此完成對各電器終端的有效控制。在這個過程中，語音模塊能夠與WiFi模塊有效地銜接起來，使數(shù)據(jù)傳輸、處理及響應(yīng)的速度得到大幅度地提升。而在西方國家，單片機技術(shù)能夠?qū)⒄Z言識別、WiFi及互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等模塊進行深度銜接與融合，使主控芯片在數(shù)據(jù)解析與處理的過程中獲得高響應(yīng)率、準確率。

2.3 單片機在電氣自動化中的應(yīng)用

電器自動化是我國技術(shù)發(fā)展與經(jīng)濟建設(shè)的主要發(fā)展趨勢和方向，能夠更好地提高工業(yè)制造、產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的智能化與自動化水平。而在自動化系統(tǒng)運作與運行的過程中，需要通過單片機內(nèi)部電路與外圍電路的有效配合，提高自身的運行質(zhì)量和效率。其中I/O接口、計數(shù)器/定時器、存儲器、處理器等主控單元的有效應(yīng)用，能夠為電器設(shè)備運行過程中的信息存儲、傳輸及功能實現(xiàn)提供支持和幫助。通常來講，電器自動化系統(tǒng)主要包括按鈕開關(guān)、繼電器、傳感器等操作裝置，而將單片機技術(shù)應(yīng)用在電氣自動化系統(tǒng)中，能夠結(jié)合不同命令，提高控制面板、驅(qū)動電路及系統(tǒng)速度的管控精度。但在實際的應(yīng)用過程中，需要結(jié)合實際的操作環(huán)境或情況，明確單片機的硬件組成及應(yīng)用方向。

2.4 硬件組成及運作損耗

在電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計中，單片機技術(shù)擁有著難以替代的功能和作用，能夠切實提高電氣設(shè)備的安全性與可靠性，擁有操作方便、節(jié)能、工作量小等優(yōu)勢。其硬件系統(tǒng)具體包括電源模塊、閉鎖模塊、存儲器模塊及通訊模塊等內(nèi)容。其中，電源模塊與閉鎖模塊是單片機系統(tǒng)的基本組成部分，存儲器與通訊模塊是單片機系統(tǒng)的核心要素，能夠通過查詢算法，提高故障信息查詢、設(shè)備運作情況的把控質(zhì)量與效率。然而在實際的設(shè)計中，還需要設(shè)計人員通過加速按鍵的點擊，來確定電機的工作狀況，使電機下限與上限速度維持在可控的范圍內(nèi)，以此幫助工作人員更好地分析電子運作中的磁極對數(shù)、電源頻率等信息的狀況，明確電機在不同啟動狀態(tài)下的運轉(zhuǎn)損耗。并根據(jù)自動化電路的總體方案，確定硬件電路與驅(qū)動電路的基本組成部分。其中硬件電路主要包括集成芯片、自舉電容器等。驅(qū)動電路具體包括整流二極管、芯片驅(qū)動器等設(shè)備。而在功耗確認的過程中，還應(yīng)將電源電壓維持在5～20V之間，以此提高電機運作的實效性和有效性。

2.5 單片機信號發(fā)生器

在電氣設(shè)備控制系統(tǒng)中，單片機主要是通過集成存儲器、處理器及通訊模塊的方式，提高設(shè)備的保護與監(jiān)控成效。其工作原理主要包括信號放大、信號傳送及信號閉鎖等內(nèi)容。其中，信號放大是將檢測信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺M而通過變送器傳送給cup。而信號傳送則指將經(jīng)過放大的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，通過處理和計算后，呈現(xiàn)在人際交互設(shè)備中，至于信號閉鎖，主要指數(shù)據(jù)保護手段，能夠切實提高信號傳送的穩(wěn)定性。在這個過程中信號發(fā)生器發(fā)揮著難以替代的功能和作用，可以切實實現(xiàn)電氣自動化中的模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號傳輸?shù)裙δ埽ㄟ^信號頻率、波形的輸出或輸入操作，實現(xiàn)與顯示模塊的有效銜接。在實際應(yīng)用中，信號發(fā)生器通常包括鍵觸開關(guān)、鍵數(shù)組、寄存器、鎖存器及控制電路等基本設(shè)備，集成芯片通常以8位DAC0832為主，能夠在交流與直流信號中進行模數(shù)與濾波轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生合適的方波、三角波及正弦波等信號數(shù)據(jù)，使電器設(shè)備在傳輸數(shù)字信號的過程中，更好地提升自身的有效性與持續(xù)性。此外，在信號發(fā)生器的實際運作過程中，還需要利用C51編程語言對其進行調(diào)試，通過確定輸入數(shù)據(jù)的函數(shù)值，使信號頻率、信號波形有效地呈現(xiàn)在人際交互設(shè)備中。而在數(shù)字現(xiàn)實模塊、按鍵模塊及控制模塊的協(xié)同運作下，單片機技術(shù)能夠切實地融入到電器自動化的運作過程中，提高各類設(shè)備的作業(yè)質(zhì)量和效率。

3 結(jié)語

單片機技術(shù)在我國電子信息技術(shù)領(lǐng)域中擁有著舉足輕重的功能和作用，能夠切實提高電器設(shè)備、智能設(shè)備的應(yīng)用質(zhì)量與效率，使智能化、信息化、數(shù)字化逐漸成為我國社會經(jīng)濟發(fā)展的主流趨勢。然而在單片機技術(shù)的實際應(yīng)用中，還需要明確不同電子信息技術(shù)的特征和特點，把控單片機技術(shù)的應(yīng)用方向，唯有如此，才能切實地發(fā)揮單片機應(yīng)有的優(yōu)勢和作用。