探討單片機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)

王永洪

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)作為現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)典型產(chǎn)品，在多個(gè)電子產(chǎn)品領(lǐng)域中都有著廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)本文就分別從應(yīng)用和發(fā)展這兩個(gè)層面來(lái)談?wù)剢纹瑱C(jī)技術(shù)，以供交流。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電子技術(shù)；電子產(chǎn)品；應(yīng)用；發(fā)展

中圖分類號(hào)：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、I/0接口電路等一些計(jì)算機(jī)的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。由于其具有可靠性高、便于擴(kuò)展、體積小、成本低等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于電子產(chǎn)品、智能儀表、工業(yè)測(cè)控、軍工等領(lǐng)域。

1 單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用

1.1 家用電器領(lǐng)域

現(xiàn)如今很多家用電器中都將單片機(jī)引用進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)電器的升級(jí)改造，以完善家用電器的功能，使其更能適合現(xiàn)代人的需求，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。例如當(dāng)前的電視已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能遙控，洗衣機(jī)已經(jīng)能夠自動(dòng)識(shí)別衣物并設(shè)定相應(yīng)洗滌程序，電冰箱已經(jīng)能夠自動(dòng)識(shí)別食物類型并設(shè)定冷藏溫度，這些都得益于單片機(jī)的使用。可以說(shuō)，單片機(jī)的應(yīng)用在很大程度上提升了家用電器的整體性能，使其能夠更加便捷的為人們提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，提升人們的生活品質(zhì)。

1.2 工業(yè)控制領(lǐng)域

單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線感知系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。因此可以說(shuō)，單片機(jī)的應(yīng)用在很大程度上推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展。例如在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中最常見(jiàn)的流水線管理系統(tǒng)中，單片機(jī)的應(yīng)用能夠使其和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能化控制，這不但能夠提高流水線管理效率，還能規(guī)范流水線操作，進(jìn)一步提升流水線產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。而且現(xiàn)在隨著“物聯(lián)網(wǎng)”概念的推出，嵌入式技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最為關(guān)鍵的底層技術(shù)，在單片機(jī)技術(shù)成熟發(fā)展的今天，物聯(lián)網(wǎng)的興起給單片機(jī)技術(shù)提供了一個(gè)更為廣大和宏偉的舞臺(tái)，同時(shí)也給單片機(jī)技術(shù)發(fā)展提供了新的方向。

1.3 醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域

科技的發(fā)展同樣推動(dòng)了醫(yī)療技術(shù)水平的提升，同時(shí)醫(yī)療器械的功能也在不斷完善。在很多醫(yī)療衛(wèi)生器械中，都引入了單片機(jī)技術(shù)。由于單片機(jī)本身體積小，擴(kuò)展性強(qiáng)，功能多，能夠極大的完善醫(yī)療器械的功能，使其操作更簡(jiǎn)單方便，避免醫(yī)療器械設(shè)備結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜而出現(xiàn)操作失誤現(xiàn)象，大大促進(jìn)了醫(yī)療儀器設(shè)備的自動(dòng)化發(fā)展。例如在消毒殺菌設(shè)備中，將單片機(jī)引用到其控制系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行，這將會(huì)極大的提高設(shè)備的消毒殺菌水平。這一應(yīng)用對(duì)于醫(yī)療條件較為簡(jiǎn)單的小診所、偏遠(yuǎn)地區(qū)醫(yī)院來(lái)講，有著重要意義。除了在消毒殺菌設(shè)備中有很好的應(yīng)用以外，單片機(jī)還可以應(yīng)用在呼吸機(jī)、超聲診斷、病床呼叫等多種醫(yī)療儀器或設(shè)備中，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)起到很大推動(dòng)作用。

1.4 智能儀器儀表設(shè)備領(lǐng)域

目前越來(lái)越多的智能儀器儀表被應(yīng)用在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，促進(jìn)現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)力水平的快速提升。而在此過(guò)程中，單片機(jī)的應(yīng)用范圍也隨著智能儀器儀表設(shè)備的發(fā)展而不斷擴(kuò)大，這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)不但體積小，控制靈活可靠，而且其有著很強(qiáng)的可操作性，屬于高度集成的芯片。對(duì)于智能儀器儀表設(shè)備來(lái)講，一般都需要在保持高度靈敏功能的基礎(chǔ)上盡量保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，縮小儀器設(shè)備的體積，以便減輕整個(gè)設(shè)備的負(fù)擔(dān)，而單片機(jī)正好滿足這一點(diǎn)要求，并且有著很強(qiáng)的擴(kuò)展性，能夠滿足智能儀器儀表設(shè)備的升級(jí)改造需求。隨著單片機(jī)的使用，越來(lái)越多集測(cè)量、處理、控制為一體的儀器儀表設(shè)備被研發(fā)應(yīng)用，促進(jìn)了儀器儀表業(yè)的數(shù)字化、柔性化發(fā)展。

2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 CPU中央處理器的發(fā)展趨勢(shì)

CPU是單片機(jī)的核心，他的功能的發(fā)展與提高，勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)單片機(jī)的發(fā)展。作為單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理功能模塊，CPU中央處理器經(jīng)過(guò)了多次的變革和改進(jìn)，以不斷的適應(yīng)數(shù)據(jù)處理要求。一般在改進(jìn)過(guò)程中，多是通過(guò)拓展總線寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)。最初的單片機(jī)CPU的總線寬度為8位，之后逐漸演變?yōu)?6位、32位，并仍然在不斷地拓寬。當(dāng)然，提高CPU數(shù)據(jù)處理能力的技術(shù)措施不單單有擴(kuò)寬總線寬度這一種，還可以通過(guò)優(yōu)化數(shù)據(jù)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前單片機(jī)內(nèi)大多數(shù)為單CPU結(jié)構(gòu)，未來(lái)單片機(jī)將會(huì)采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以提高數(shù)據(jù)處理速度與能力，同時(shí)采用流水線結(jié)構(gòu)，提高處理和運(yùn)算速度，以適應(yīng)實(shí)時(shí)控制和處理的需要。

2.2 單片機(jī)微型化趨勢(shì)

微型化是單片機(jī)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，因?yàn)槠湟话愣鄳?yīng)用在系統(tǒng)的各個(gè)獨(dú)立模塊中，若體積過(guò)大，則不但會(huì)增大設(shè)備功耗，還可能會(huì)影響其運(yùn)行質(zhì)量。因此必須要盡可能的縮小芯片的體積，并對(duì)其功能模塊進(jìn)行擴(kuò)展，在縮小單片機(jī)體積的同時(shí)最大限度的保障單片機(jī)應(yīng)用功能的綜合性及低功耗優(yōu)勢(shì)得到有效實(shí)現(xiàn)。

2.3 單片機(jī)低功耗下的半導(dǎo)體工藝

早期的單片機(jī)如MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630MW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100MW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的許多單片機(jī)制造商都采用了CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。

2.4 單片機(jī)中存儲(chǔ)器的發(fā)展趨勢(shì)

在單片機(jī)持續(xù)發(fā)展與優(yōu)化的過(guò)程當(dāng)中，閃速存儲(chǔ)器應(yīng)當(dāng)成為單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的最主要選擇。借助于電子技術(shù)所發(fā)揮的支持效用，閃速存儲(chǔ)器能夠在+5V模式下進(jìn)行有效的讀寫操作。一方面保留了靜態(tài)RAM隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在讀寫操作方而的簡(jiǎn)便性優(yōu)勢(shì)，另一方面也使得即便是在整個(gè)運(yùn)行環(huán)境出現(xiàn)掉電狀態(tài)的情況下，存儲(chǔ)器當(dāng)中所存儲(chǔ)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息也不會(huì)發(fā)生丟失問(wèn)題。單片機(jī)通過(guò)應(yīng)用片內(nèi)閃速存儲(chǔ)器的方式，還能夠有效簡(jiǎn)化整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，同時(shí)對(duì)于提高單片機(jī)存儲(chǔ)器容量而言同樣有著重要的意義。

結(jié)語(yǔ)

總之，在當(dāng)前集成電路技術(shù)和微電子技術(shù)水平不斷提升的情況下，單片機(jī)的性能和功能將會(huì)得到進(jìn)一步的完善，其在電子技術(shù)中的應(yīng)用范圍也將會(huì)越來(lái)越廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]張桂香，姚存治.基于ATmega128單片機(jī)的智能供電測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2009（08）.

[2]胡建勛，李開(kāi)成.基于MSP430單片機(jī)的低壓綜合智能保護(hù)器的研制[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào)，2006（S3）.