試談單片機的應(yīng)用及其發(fā)展

摘要：單片機誕生于1971年，它包含了計算機的基本組成單元，仍由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。單片機作為現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的一個典型產(chǎn)品，在多個電子產(chǎn)品領(lǐng)域中都有著廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)本文就從單片機的原理、特點以及應(yīng)用發(fā)展談?wù)剢纹瑱C技術(shù)，以供交流。

關(guān)鍵詞：單片機；種類；應(yīng)用；發(fā)展

單片機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、存儲器、定時器/計數(shù)器、I/0接口電路等一些計算機的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。由于其具有可靠性高、便于擴(kuò)展、體積小、成本低等特點，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于電子產(chǎn)品、智能儀表、工業(yè)測控、軍工等領(lǐng)域。目前，單片機的發(fā)展速度較迅速，主要是由當(dāng)時的4位、8位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機，各有各的特點，互相補充，擴(kuò)大了單片機的應(yīng)用范圍

一、單片機的基本原理

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(dāng)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(dāng)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(dāng)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。

二、單片機的種類

通常計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計算；技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴(kuò)大。而嵌入式計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。

1、低端單片機。硬件簡單，字長一般為8位，也有16位的，存儲空間最小。集成的片內(nèi)外設(shè)計比較豐富。由于硬件的局限性，導(dǎo)致軟件上就不能太大，采集速度低。難以完成復(fù)雜的實時運算。單循環(huán)式，一般沒有操作系統(tǒng)。

2、ARM系列。也叫高端單片機，硬件集成度高，集成的片內(nèi)外設(shè)很多，通 常集成串口，USB，CAN等各種控制器，通訊方便。字長一般32位。性能高，速度快，主頻一般100M左右，ARM9可達(dá)600M可以同時進(jìn)行復(fù)雜的實時運算。某些DSP的運算能力超過奔騰計算機。存儲空間大，可以支持操作系統(tǒng)，帶操作系統(tǒng)，多任務(wù)并發(fā)處理能力強，實時性高。

三、單片機的應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機以其體積小、功能強、價格低廉、使用靈活等優(yōu)勢，顯示出很強的生命力。它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力，對環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性，可以在工業(yè)等條件下穩(wěn)定工作。

1、在儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用。在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。

2、在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用。在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。

3、在家用電器領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨著時代的發(fā)展，追求更高、更好的生活品質(zhì)，對家用電器的功能需求也逐年提高，這就迫使家用電器的不斷升級與改造。各種家用電器普遍采用單片機智能化控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子線路控制，升級換代，提高檔次。如洗衣機、空調(diào)、電視機、錄像機、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種視聽設(shè)備。

四、單片機的發(fā)展

隨著社會的進(jìn)步，單片機更新的速度也愈來愈快。伴隨著新的 CPU 的加入，多位的單片機共同開發(fā)與發(fā)展是整個發(fā)展的方向。單片機的運行也會愈來愈快，防磨損能力也隨之提升，具有很好的低噪聲、可靠性高的優(yōu)點。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域的逐步廣泛，單片機向更加智能化，自動化，抗干擾能力強，集成度高，實用性好等方面的發(fā)展。單片機在目前的發(fā)展形勢下，還表現(xiàn)出以下趨勢：

1.低功耗CMOS化。MCS-51系列的80C51推出時的功耗達(dá)120mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS（互補金屬氧化物半導(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，更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。

2.微型單片化。常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機存取數(shù)據(jù)存儲（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機將LCD（液晶）驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。

3.主流與多品種共存?，F(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以MCS-51為核心的單片機占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的WinBond系列單片機。以8031為核心的單片機占據(jù)了半壁江山，在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。

五、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。單片機應(yīng)用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的意義在于，單片機的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法。這就足以說明單片機對人們生活的影響力。當(dāng)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。由于單片機對各行各業(yè)都有用，這種電子技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致各行各業(yè)的進(jìn)步，也帶動了人類文明的進(jìn)步。

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作者簡介：楊桃（1995-）重慶市巴南區(qū)人，重慶交通大學(xué)國際學(xué)院本科生。endprint