单片机技术在智能电子产品中的应用

孙卫萍

(江苏省东台中等专业学校，江苏盐城，224200)

1 单片机技术概述

单片机是使用数字处理、微电子技术和集成技术进行融合而成的控制器，其集成了微处理器、计数器模块、数据存储器、通信模块、I/O 接口模块，甚至是模数转换模块等。根据处理速度的不同，单片机分为4、8、16、32 和64 位，依此类推，通常，具有64 位及更高版本的单片机也叫ARM。位值越高，其处理速度就越高。

1.1 单片机技术优势

其主要有如下优势：（1）单片机种类非常多，适应性广：近年来，随着单片机的快速发展，单片机的品牌和种类逐渐增多，并受到了市场的认可，应用范围涉及到我们日常生活中的方方面面。大到航空航天，小到玩具，到处都有单片机的应用。比如以德州仪器的单片机广泛用于工业生产，此外不同类型的单片机可以适应不同的应用环境，适应性非常广。（2）单片机使用寿命长：随着科学技术的发展，MPU 的更新频率越来越快，新产品每隔半年到一年就会推出，与此同时单片机的使用寿命也大大增加。例如：老式单片机虽然已经出现了15 年以上，但是仍然可以见到它的身影。此外，随着芯片技术的不断进步，单片机还可以升级换代，并在各个领域得到更好的使用。可以看出，单片机更加稳定，使用寿命更长。（3）运算速度快：单片机是可编程的微型处理器，因此其运算速度快。此外，为了使单片机更好的发挥作用，在保证其性能的同时应不断降低其运行时的噪声水平以及时钟频率，如80MCS-51 系列AT89C51 芯片单片机就很好的满足了这一条件。既保证了时钟频率的降低而又不影响其正常工作，并且大大提高了其工作速度。（4）低噪音和高可靠性：在由单片机组成的电子系统中，单片机系统的核心是工作噪声几乎为零。且随着科学技术的进步，新的方法不断出现并被广泛使用，从而生产出更低噪音和高可靠性的产品，并大大提高了电路的抗干扰能力。（5）单片机集成了多个控制模块，如MCS-51 系列AT89C51 芯片单片机：该单片机芯片是8 位CMOS 微处理器，具有低压高性能的特点，并且芯片集成了4KB 只读闪存程序存储器、128 字节数据存储器(RAM)以及I/O 端口、定时器/计数器，通信端口等模块。因此，AT89C51 可以完全满足探照灯控制系统的CPU 性能和内存要求。因此，本设计使用AT89C51 芯片。图1 为MCS-51 系列AT89C51 芯片单片机最小化系统。

图1 MCS-51 系列AT89C51 芯片单片机最小化系统

1.2 单片机在智能电子产品中的应用基础

随着社会发展，各种电子产品的使用和操作产生的数据总量继续增长。只有在操作过程中执行了复杂的计算后，才能保证产品的有效操作和合理使用。因此，需要优化和改善传统电子产品的操作和管理方式。单片机技术的应用利用收集，计算和存储数据的功能，该数据附着在电子产品上的集成电路芯片上，以计算短时间内电子产品运行期间产生的数据，并发布算术指令，以实现电子产品的智能，快速控制和高速数据处理等功能。简而言之，通过单片机技术的应用，电子产品的智能得到了提高。此外，单片机技术在使用寿命和运行效率方面也具有明显的优势，具有更长的使用寿命和更快的计算速度。而且单片机技术以集成电路，高度集成的各种功能模块以及在各种单片机和自动化系统中配置的辅助控制系统为核心。

2 单片机技术在智能电子产品中的实际应用

2.1 单片机在机电硬件节能控制中的应用

通过单片机技术控制的机电硬件在工作过程中，操作员不需要对单片机有足够的了解，只需要对单片机编程有一点了解。开发过程不会花费很长时间，设计和调试过程中的技术要求也不是很高，这使工作变得更容易，从而显著提高了整体质量和效率。另外，硬件配套设施可以适应不同的情况，系统配置的各种组合形成具有不同功能的控制系统，且维修非常方便，可以在运行过程中执行自我诊断，以便及时消除故障。另外，系统本身的故障率不是很高，因此系统在运行中具有巨大的优势。主要有以下优势：（1）编程简单、可用性强：单片机技术中使用的编程方法是梯形图。该编程方法使用编程语言来实现各种控制功能，而且梯形图中的线路也相对清晰。技术人员和单片机用户都可以自己阅读用户手册或简短的教程可以快速掌握梯形图编程控制程序，这种简单易用的编程方法可以满足不同用户的需求。（2）可靠性高，抗干扰能力强：基于单片机技术的当前应用和生产，大规模集成电路技术得到了广泛的应用并且具有相当高的可靠性。单片机可以实现在线编程，使生产过程发生了很大的变化，因此被广泛应用于小批量生产和控制各种工业生产。作为微处理器控制硬件，单片机在内部结构的设计和制造中使用了大量的抗干扰组件，例如软继电器，警戒时钟等软件和屏蔽、滤波器、隔离等硬件。当工业硬件发生故障时，警戒时钟会及时响应异常信息，使员工能够及时保护和维修故障硬件。（3）功能完善，适用范围广：在单片机内部安装了各种硬件，以实现逻辑运算、数据处理、驱动程序通信、人机对话、自动记录和检测等功能。它把各种简单和复杂的功能集成在一起，可以控制生产硬件、生产过程和生产线以及各种系统。（4）减少设计和施工工作量：从单片机控制器的角度来看，应用存储逻辑将先前的连接逻辑覆盖。显著减少了外部硬件的布线，缩短了系统构建周期，降低了设计复杂性，并简化了硬件和软件维护。通过以上改进不仅可以减少硬件安装工作量，而且可以减少后续使用期间的检测。这项工作大大减轻了工作量。

2.2 与人类语言交互时单片机的开发和使用

随着人工智能的发展，语言交互式的语音处理芯片开始出现，但是这些芯片通常缺乏合成能力，即不具有智能特性。一些相对简单的芯片只能实现简单的播放功能，远没有达到预期的效果，并且其应用范围有限。在当前开发智能语音的过程中，一些科学研究人员已经使用单片机来改善智能电子产品自动语音同步功能，这使得单片机在人际语言交互开发中取得了重大突破。基本设计原则包括软件和硬件设计两个主要方面。

2.3 单片机在舞台探照灯智能调光(PWM）设计中的应用

探照灯在舞台上广泛的应用，探照灯效果也越来越好，也使人们的生活更加美好。在现代舞台中，探照灯光强、色彩以及探照灯区域的控制和移动具有很大的灵活性，需要随着舞台场景变换与气氛不断变化，体现出舞台灯光的艺术效果，已成为演出表演不可或缺的部分，市场价值极高。以下以MCS-51 系列AT89C51 芯片单片机为例介绍该应用。在该系统中，其调控控制系统主要是应用MCS-51 系列AT89C51 芯片单片机和PWM 实现调光设计。并实现了两种控制方式，手动与自动。手动控制的原理是以输出PWM 占空比控制LED 电流的大小，进入控制探照灯灯光亮度的调节，该设计需要ADC0832 模数转换芯片实时监测光敏电阻两侧电压的变化情况，且可以间接测量光强，并将其与预定阈值进行比较和分析，从而调节PWM 占空比控制电流，实现自动调光，图2 所示为具体电路图。

图2 基于MCS-51 系列AT89C51 芯片单片机的PWM 调光灯电路图

（1）MCS-51 系列AT89C51 芯片单片机：包括单片机、电源、时钟、复位和其他组件，以确保正常运行。在此基础上，可以根据需要执行存储器扩展、模数转换和其他扩展，以实现执行更复杂的单片机功能的目标。时钟信号由内/外部时钟模式生成。复位电路使用上电复位和按钮复位。其中，在上电复位电路模式下，如果Vcc 上升时间小于1ms，则可以在自动模式下工作。按钮复位分为电平和脉冲两种。还需要开发中断系统，否则将花费时间进行常规查询操作。

（2）驱动电路：三极管分为NPN 和PNP，本文以NPN 三极管为例来说明。①电流放大：三极管放大是Ic 由Ib 驱动(如果电源电流足够大)，Ib 的小变化将导致Ic 的大变化。Ic的变化是Ib 的变化的倍数，这被称为三极管放大。如果在基极和发射极之间加一个小的变化信号，则将导致Ib 的变化放大，引起Ic 较大变化。②偏置电路：在实际使用时，由于三极管BE 属于非线性结构，需要输入电压达到一定水平后才会生成Ib，因此需要增加偏置电路。如果未施加偏置电流，则仅放大信号，而减小信号无效。添加偏置后，让基极具有一定的电流。当Ib 变小时，Ic 减小；当Ib 增加时，Ic 增加。③工作状态：如果使用LED 代替Rc，则当Ib=0 时，Ic=0，并且灯灭。如果Ib 较大，则三极管饱和，LED 点亮。如果缓慢增大Ib，则LED 亮度也会缓慢变量。

（3）手动控制电路：单片机按键通常分为独立式和矩阵式。独立式连接方法较为简单，而且性能稳定，其连接方式是每个I/O 端口的一端都度量连接至单片机引脚，而另一端接地或者电源。因此，本文使用独立式，首先将I/O 端口设置为高电平，如果不按键，则I/O 端口为高电平；当按下键，由于接地短路或者电源接通则I/O 端口变为低电平；再次释放按键时，则电阻上拉I/O 端口又变回高电平。此外，消抖处理也非常重要，主要是由于键盘未按入键区时会出现电平不稳问题。可以使用两种方法消抖：硬件排除和软件故障。

（4）自动控制电路：光敏电阻器的光谱特点与可见光(0.4～0.76μm)非常接近，因此当光线强度可被人眼感知时，即会引起光敏电阻器阻值的变化。在该系统中，主要通过光敏电阻器的阻值变化进行分压操作，通过ADC0832 对接收到的电压值执行A/D 转换，电阻采用10kΩ 可调电阻。

3 结束语

单片机在智能电子产品中的应用可以利用单片机的小尺寸，高集成度和高可靠性来提高电子产品的经济性和整体功能。当前单片机发展主要朝着节能，减排和控制稳定性的方向发展，单片机技术的不断发展也将为各个领域开辟广阔的发展前景。