單片機技術的發展及應用

摘要：單片機自問世以來，因其小巧靈活、成本低、控制能力強、易于產品化等優勢，在社會各領域中得到廣泛的應用。本文對單片機技術的發展及應用進行了探討。

關鍵詞：單片機 發展 應用

1 單片機技術的發展

所謂單片機(mlcrocontroller)是指在一個集成芯片中，集成微處理器(CPU)、存儲器、基本的I／O接口以及定時／計數、通信部件，即在一個芯片上實現一臺微型計算機的基本功能。1970年微型計算機研制成功之后，隨著就出現了單片機(即單片微型計算機)。美國Intel公司1971年生產的4位單片機4004和1972年生產的雛形8位單片機8008，特別是1976年MCS-48單片機問世以來，在短短的二十幾年間，經歷了四次更新換代，其發展速度大約每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。其發展速度之快、應用范圍之廣，已達到了驚人的地步，它已滲透到生產和生活的各個領域。盡管目前單片機的品種很多，但其中最具典型性的當數Intel公司的MCS-51系列單片機。MCS-51是在MCS-48的基礎上于80年代初發展起來的，雖然它仍然是8位的單片機，但其功能有很大的增強。由于PHILIPS、ATMEL、WELBORD、LG等近百家IC制造商都主產51系列兼容產品，具有品種全、兼容性強、軟硬件資料豐富等特點。因此，MCS-51應用非常廣泛，成為繼MCS-48之后最重要的單片機品種。直到現在MCS-51仍不失為單片機中的主流機型。國內尤以Intel的MCS-51系列單片機應用最廣。由于8位單片機的高性能價格比，估計近十年內，8位單片機仍將是單片機中的主流機型。

2 單片機技術的應用

隨著計算機技術的發展和在控制系統中的廣泛應用，以及設備向小型化、智能化發展，作為高新技術之一的單片機以其體積小、功能強、價格低廉、使用靈活等優勢，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，對環境的溫度和濕度都有較好的適應性，可以在工業條件下穩定工作。且單片機廣泛地應用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，提高它們的測量速度和測量精度，加強控制功能。如MCS-51系列單片機控制的“船舶航行狀態自動記錄儀”、“煙葉水分測試儀”、“智能超聲波測厚儀”等。單片機也廣泛地應用于實時控制系統中，例如對工業上各種窯爐的溫度、酸度、化學成分的測量和控制。將測量技術、自動控制技術和單片機技術相結合，充分發揮其數據處理功能和實時控制功能，使系統工作處于最佳狀態，提高系統的生產效率和產品質量。從航空航天、地質石油、冶金采礦、機械電子、輕工紡織等行業的分布系統與智能控制以及機電一體化設備和產品，到郵電通信、日用設備和器械，單片機都發揮巨大作用。其應用大致可分為以下幾方面：①機電一體化設備的控制核心。機電一體化是機械設備發展的方向。單片機的出現促進了機電一體化技術的發展，它作為機電產品的控制器，充分發揮其自身優點，大大強化了機器的功能，提高了機器的自動化、智能化程度。最典型的機電產品機器人，每個關節或動作部位都是一個單片機控制系統。②數據采集系統的現場采集單元。大型數據采集系統，要求數據采集的同步性和實時性要好。使用單片機作為系統的前端采集單元，由主控計算機發出采集命令，再將采集到的數據逐一送到主計算機中進行處理。如有些氣象部門、油田采油部門以及電廠等均可采用這樣的系統。③分布控制系統的前端控制器。在直接控制級的計算機分布控制系統(DCS)中，單片機作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器，進行數據采集、反饋計算、控制輸出，并在上位機命令的指揮下進行相應協調工作。(④智能化儀表的機芯。自動化儀表的智能化程度越來越高。采用單片機的智能化儀表可具有自整定、自校正、自動補償和自適應功能，還可進行數字PID調節，軟件消除電流熱噪聲等等，解決傳統儀表所不能解決的難題。單片機的應用使這種性能如虎添翼，如自動計費電度表、燃氣表中已有這方面的應用。許多工業儀表中的智能流量計，氣體分析儀、成分分析儀等也采用了這項技術。甚至有的保健治療儀中也采用了單片機控制。⑤消費類電子產品控制。該應用主要反映在家電領域，如洗衣機、空調器、保安系統、VCD視盤機、電子秤、IC卡、手機、BP機等。這些設備中使用了單片機機芯后，大大提高了其控制功能和性能，并實現了智能化、最優化控制。⑥終端及外圍設備控制。計算機網絡終端設備，如銀行終端、商業POS(自動收款機)以及計算機外圍設備如打印機、通信終端和智能化UPS等。在這些設備中使用單片機，使其具有計算、存儲、顯示、輸入等功能，具有和計算機連接的接口，使計算機的能力及應用范圍大大提高。

總之，隨著信息時代的到來，傳統單片機固有的結構缺陷，使其呈現出諸多弊端。其速度、規模、性能等指標越來越難以滿足用戶需求、因此單片機芯片的開發，升級面臨著新的挑戰。