淺析單片機的應(yīng)用與發(fā)展

吳育軍

摘要：我國的單片機起步雖然較晚，但經(jīng)過幾十年的發(fā)展，也取得了巨大的成就。不論是工業(yè)生產(chǎn)還是社會生活的各個方面都離不開單片機的使用。文章試圖闡述單片機的概念，總結(jié)單片機的應(yīng)用范圍及預(yù)測單片機的發(fā)展趨勢，以期能夠為單片機的使用者及研究者提供一些有意義的參考。

關(guān)鍵詞：單片機；應(yīng)用范圍；發(fā)展趨勢

1 單片機的概念和工作原理

1.1 單片機的概念

單片機（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU，隨機存儲器RAM，只讀存儲器ROM，多種I/O接口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。當前，單片機已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國的熱處理設(shè)備、傳感器、設(shè)備自動化改造、智能家居等中。甚至可以說，單片機就是一個微縮型的電腦，它的功能與它的體積和質(zhì)量的特點使得它具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。雖然單片機的發(fā)展已經(jīng)取得了巨大的成就，但是隨著當今科技的發(fā)展，單片機也在不斷地完善。在不久的將來，必將看到單片機在我國的工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中更廣泛的應(yīng)用，為我國的社會主義事業(yè)做出巨大的貢獻。

1.2 單片機的工作原理

單片機的工作原理就是組成其的各個模塊獨自完成自己工作的原理。單片機本質(zhì)上就是將這些模塊集合到同一個電路板上。單片機的工作原理在某種程度上有些類似于計算機系統(tǒng)，當然不盡相同。單片機的各個模塊的職能不同，一般來說，每個模塊的職能都是獨立完成自己的職能。這些基本模塊就是一個個指令，當把這些指令集合起來就構(gòu)成了指令系統(tǒng)。單片機一般是將程序存儲在寸存儲器中，當單片機需要執(zhí)行命令的時候，就從存儲器中調(diào)取程序去執(zhí)行命令。

2 單片機的應(yīng)用范圍

隨著我國單片機技術(shù)的發(fā)展，單片機大量應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的各個方面。下面作者就具體的應(yīng)用總結(jié)如下：

2.1 單片機在熱處理設(shè)備中的應(yīng)用

在我國的工業(yè)發(fā)展中，熱處理設(shè)備是重要的工業(yè)設(shè)備之一。熱處理設(shè)備是直接關(guān)系著工業(yè)生產(chǎn)效率的工業(yè)技術(shù)。單片機在熱處理設(shè)備中的應(yīng)用得到了巨大的成功。曾經(jīng)人工難以控制的熱處理設(shè)備，在使用了單片機后，大大增強了熱處理設(shè)備的控制，對熱處理設(shè)備的控制也更加精準。一般來說，單片機在熱處理設(shè)備上的最有效和直接的應(yīng)用就是對熱處理設(shè)備工藝參數(shù)的控制，這些工藝參數(shù)包括環(huán)境溫度、氣體壓力、加工處理時間等，單片機將這些參數(shù)集成到單片機上進行控制，實現(xiàn)了數(shù)字化處理。再者，單片機上的存儲功能可以存儲熱處理設(shè)備上的所有相關(guān)數(shù)據(jù)并對當前數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，一旦當前的熱處理設(shè)備出現(xiàn)問題，會第一時間發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。最后，單片機在熱處理設(shè)備上的一個最大的應(yīng)用就是對生產(chǎn)線的控制。應(yīng)用單片機進行生產(chǎn)線整體化控制，最大程度地保證了車間生產(chǎn)的可靠度和穩(wěn)定性。通過建立生產(chǎn)微機系統(tǒng)，可以根據(jù)具體加工工件種類、數(shù)量和質(zhì)量要求進行統(tǒng)一化管理。

2.2 單片機在傳感器發(fā)展方面的應(yīng)用

我國目前傳感器的發(fā)展已經(jīng)相對比較成熟，但是由于傳感器的統(tǒng)一標準始終未制定，目前市場上的傳感器的信號輸入和輸出頻率均不同，其工作原理也各不相同。這種沒有標準化的生產(chǎn)模式，必然會阻礙這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳感器產(chǎn)業(yè)也不例外。隨著我國整體經(jīng)濟的發(fā)展，我國的科技水平也得到了大力的發(fā)展，單片機得到了空前的發(fā)展機遇，單片機的運算能力在不斷地擴大，單片機的質(zhì)量和體積卻在不斷地變小，傳感器也越來越影響著我國的工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)值和效率。但是我國單片機的一個重要缺點是傳感器沒有一個統(tǒng)一的質(zhì)量標準和檢驗標準。標準化電路的傳感器應(yīng)當具備如下6種特點：一是放大傳感器的信號，并進行符合統(tǒng)一標準的輸出；二是傳感器應(yīng)具備溫度補償技術(shù)；三是傳感器應(yīng)具備線性校正技術(shù)；四是傳感器應(yīng)具備存儲信號的功能；五是傳感器應(yīng)能夠?qū)π盘栠M行簡單的處理功能；六是各種傳感器要能夠共同連接在高一級的控制單元上，并能夠很好地兼容和互換。隨著傳感器的標準化進程不斷推進，這也會促使智能儀表的規(guī)范化進程，并大大提高智能儀表測試數(shù)據(jù)的準確性和降低其成本。

2.3 單片機在設(shè)備自動化改造中的應(yīng)用

單片機在設(shè)備自動化的改造中的意義重大，單片機的出現(xiàn)大大減少了工人對設(shè)備的操作和使用，既降低了工人的工作強度，也保證了設(shè)備的生產(chǎn)精度。在單片機大量投入設(shè)備的自動化改造中，大大提高了工廠的生產(chǎn)效率及總產(chǎn)值，使得企業(yè)有了更大的競爭力。

2.4 單片機在智能家居中的應(yīng)用

智能家居，這個曾經(jīng)只是在歐美電視節(jié)目上才能看到的產(chǎn)品，如今開始逐漸走入我國的普通家庭生活中。雖然現(xiàn)在智能家居的使用量總體不高，但是呈逐年增加的趨勢。智能家居本質(zhì)上就是各種有通訊信息的家居通過某種技術(shù)串聯(lián)起來，使用同一個設(shè)備對其控制。我國的智能家居發(fā)展起步較晚，與國外的智能家居相比技術(shù)含量較低，產(chǎn)品技術(shù)亟待提高。隨著我國單片機技術(shù)的發(fā)展，在技術(shù)上對智能家居的發(fā)展起到了極其利好的消息。單片機對于智能家居，就類似于人腦之于人。單片機在智能家居發(fā)展中的趨勢有以下幾個方面。首先，CMOS化。CMOS就意味著低功耗，而低功耗是當前家居發(fā)展的主流趨勢，不論是國家層面還是使用者都十分注重對能耗的要求。其次，大容量的趨勢。隨著人們對智能家居品質(zhì)需求的提高，越來越多的智能家居的使用需要單片機的存儲容量不斷增大。最后，高性能的趨勢。智能家居的不斷發(fā)展也需要單片機的性能不斷地提高，尤其是單片機上的CPU的性能，直接影響著單片機的性能進而影響對智能家居的控制。

3 單片機的發(fā)展趨勢

3.1 單片機的大容量化趨勢

隨著工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要，產(chǎn)品對單片機的容量需求也在不斷地提高。過去曾經(jīng)能滿足的容量，可能已經(jīng)無法滿足當前的工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要。單片機的存儲容量在不斷地增大是當今單片機的總體發(fā)展趨勢之一。

3.2 單片機低功耗的趨勢

隨著我國整個國家的科技水平的提高，全國都開始注重經(jīng)濟的質(zhì)量，而這種質(zhì)量的一個重要參數(shù)就是低能耗、低碳。單片機作為我國工業(yè)中常見的一種技術(shù)配件，它的低功耗也成為一種趨勢。例如，現(xiàn)在的單片機的狀態(tài)選擇模式也是充分考慮了低功耗的要求，有等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)等等，這樣的模式大大節(jié)約了能耗。處于低壓工作狀態(tài)的單片機，它的電流消耗級別僅處在μA或nA級別，這也大大促進了便攜式、手持式等通過電池供電的儀器。單片機的低功耗已經(jīng)成為當今的發(fā)展趨勢之一。

3.3 單片機微型化的趨勢

隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要，在同樣面積的芯片上可以集成更多的模塊。同時，芯片的兼容性也得到了巨大的發(fā)展，不同的模塊可以直接熔接在單片機上。在這種情況下，使得單片機的使用范圍不斷擴大，對接性也更強。單片機的微型化已經(jīng)成為當今的發(fā)展趨勢之一。

3.4 單片機制作工藝的CMOS趨勢

出于單片機的低功耗的需求，市場上需要一種技術(shù)來滿足這種需求。而CMOs恰恰能夠?qū)崿F(xiàn)這種低功耗的需求，它不僅功耗可以降到很低，對工作電壓的要求也大大降低。這些要求的降低，使得單片機的設(shè)計者有了更大的工作內(nèi)容選擇機會。當前，CMOS電路已經(jīng)成為最主要的單片機半導(dǎo)體工藝。CMOS代表著最先進的低耗設(shè)計理念，也已經(jīng)成為單片機的制作工藝的趨勢。

4 結(jié)語

單片機從無到有，從與人們的生活毫無關(guān)系到無處不在、時時刻刻地影響著人們的生活。不論是外出乘坐的飛機、高鐵、汽車等等，還是日常生活中常用的各種電子產(chǎn)品，都有著單片機的身影。這就足以說明單片機對人們生活的影響力。當然，這種影響力不只是在生活方面，在工業(yè)生產(chǎn)方面也都有著重要的影響作用。雖然單片機的發(fā)展已經(jīng)取得了巨大的成就，但是隨著當今科技的發(fā)展，單片機也在不斷地完善。單片機仍然有很多需要完善的技術(shù)和功能特點。在不久的將來，必將看到單片機在我國的工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中更廣泛的應(yīng)用，為我國的社會主義事業(yè)提供服務(wù)。