單片機的發展與應用研究

摘要：單片機的出現對電子技術領域來說具有劃時代的意義，尤其是在信息化時代背景下，單片機的應用范圍更加廣泛，介于單片機在社會領域內的廣泛應用，我們應當對單片機的發展歷程和具體應用做深入分析。

關鍵詞：單片機 發展 應用

單片機就是利用大規模集成電路技術把中央處理單元、程序儲存器以及通信口集成在一個芯片上，構成最小的計算機系統，通俗上說就是單片機實現了微型計算機系統的功能，可以說單片機的出現對電子技術來說具有重要的促進作用，經過多年的技術發展，單片機的技術不斷創新與發展，其應用的范圍也越來越廣泛。

1 單片機形成背景

首先微電子技術的不斷發展，大規模集成電路的工藝水平在不斷提高，尤其是硅材料的應用，為單片機的結構模塊提供了快速發展的機會，硅材料的制作成本非常低、而可靠性和精密度則要高，這樣便于單片機的大規模生產。其次計算機硬件平臺性能的提高為嵌入式系統輔助設計提供了物理基礎，有助于將單片機的復雜算法得以實現，提高了單片機的工作效率。同時軟件技術也在不斷的進步，特別是實施操作系統EOS為單片機應用軟件提供了底層技術開發平臺。最后單片機開發工具得到發展，尤其是高性能的EDA開發工具的自動化、智能化發展為單片機嵌入式設計提供了不同級別的開發集成環境。

2 單片機的發展

2.1 單片機的歷史發展。1976年由INTEL公司研發的MCS-48單片機為單片機的發展奠定了基礎，成為單片機發展的里程碑，經過十幾年的發展，單片機無論是在性能還是在功能上都取得了不錯的成績，進入90年代后由美國發布的一種不兼容MCS-51的新一代PIC系列單片機以它只有33條精簡指令而快速發展，并且改變了以往111條指令的單片機模式，1990年美國INTEL公司研發80960超級32位單片機又成為單片機發展的里程碑。

2.2 數字單片機的技術發展

2.2.1 內部結構的進步。數字單片機在內部結構上出現了更多部件，其主要目的就是實現單片機功能的多元化，一是有的單片機在內部構建網絡控制模塊CAN，這類單片機在控制較復雜的系統時十分的關鍵；二是為了在變頻系統中使用單片機，需要在內部設置脈寬調制控制電路，在這些單片機內脈寬調制電路有6個通道輸出，產生三相脈寬調制交流電壓，實現內部控制功能；三是現在的單片機采取了TrCore結構，這種單片機包括：微控制器和DSP核、數據和存儲器核、外圍專用集成電路。此種單片機與傳統單片機相比大大提高了單片機的功能，因為此種單片機采取的是16位或者32位結構，其工作頻率在60MHz以上。

2.2.2 功耗、電源電壓的進步。目前的單片機越來越重視環保，追求低功耗，為此單片機在內部設置了不同的工作方式：等待、暫停、睡眠以及空閑等方式，比如Philips公司設置的P87LPC762單片機在空閑時的功耗僅為1.5mA，而節電功耗為0.5mA。同時追求擴大電源電壓范圍以及在電壓較低的情況下仍然能夠正常工作是單片機發展的重要目標之一，因此各個企業都在積極生產能夠在低壓狀態下工作的單片機，目前單片機能夠3.3-5.5V的條件下進行工作。

2.2.3 工藝上的進步。單片機經過近40多年的發展，單片機的發展速度非常的快，單片機的使用壽命越來越長、運算速度也越來越快、噪音越來越低、可靠性越來越高，而且工藝技術也在不斷進步，現在的單片機多采用CMOS技術，并且采取0.6mm以上的光刻工藝，甚至有些企業采取更低的工藝。

3 單片機的具體應用

隨著單片機技術的不斷發展，單片機在社會中的應用范圍越來越廣，可以形象的說，我們的日常生活已經離不開單片機，據不完全資料顯示：一個成年人每天會接觸351個單片機。根據單片機的具體應用領域可以概括的分為：

3.1 在智能儀表上的應用。智能儀表的最大特點就是要求測量的溫度、濕度、厚度、頻率以及流量等物理數值準確的反映出來，基于智能儀表反映的數值準確性的要求，需要儀表的測試自動化和精密度要高，而將單片機引入到智能儀表中則可以實現測量精密度的要求，因為單片機具有體積小、功耗低、使用方便等優點，它通過結合不同的傳感器實現測量的目的。細微的單片機在智能儀表上具有廣泛的應用，尤其是精密型儀表因為其測量要求高，受外界環境影響比較大，使得單片機在智能儀表上具有比較廣泛的使用。

3.2 在計算機網絡和通信系統中的應用。單片機所具備的通信接口，為實現計算機與通信網絡的對接提供了重要的物質交換條件，通過單片機可以將計算機系統所采集到的信息由單片機控制系統傳遞到計算機主機系統進行相關信息的處理，這樣的單片機可以大大提高工作效率，提高相關數據的準確性，因此現在的單片機在通信系統中具有普遍的應用空間，從我們日常生活中應用的手機、對講機、樓宇自動通信系統、列車無線通信再到各種生產領域的自動化操作系統，比如地震部門、油田采油部門等使用的單片機控制技術。

3.3 家用電器中的應用。家用電器是與人們的生活密切相關的，也是人們能源消耗的主要方面，家用電器要占到功耗等很大一部分，因此通過應用單片機可以實現節能、環保的目的，比如現在家用電器中的洗衣機、電冰箱、空調機以及各種音響器材等都應用了單片機，通過單片機的自動化控制實現電器的自動化操作，比如我們生活中電視遙控器的應用就是充分應用了單片機，實現對電視機的自動控制。

3.4 在工業領域內的應用。機電一體化是機械設備的主要發展方向，機電一體化最顯著的特征就是實現自動化控制，而自動化控制的基礎就是通過單片機對實時數據的處理與控制提高機械設備的自動化控制，比如鋼鐵企業所使用的溫度恒溫控制系統就是利用單片機對熔爐內的鋼鐵溫度進行自動控制，避免溫度過高或者過低。

3.5 在汽車領域內的應用。隨著人們生活水平的提高，汽車的人均擁有量越來越大，因此實現汽車的安全行駛就尤為重要，單片機在汽車領域內的應用范圍越來越廣，單片機應用到ABS防抱死系統中，就可以很好的對汽車的安全行駛起到保護作用，避免汽車出現抱死現象，同時汽車的增多，需要對道路的信號燈進行準確的判斷，而通過單片機可以設置可監控系統，對汽車的行駛位置以及行駛速度做出合理的判斷，比如GPS導航系統、職能電子防盜技術以及倒車雷達技術都會應用到單片機。

3.6 在國防航空中的應用。從最近的“神州七號”發射到我們經常乘坐的飛機，其都應用到了單片機，比如空中加油裝置就是通過單片機控制加油管道閥門，實現對進油量的控制，同時單片機還被用作飛機平衡控制系統。

總之，除了上述幾種領域之外，單片機還被用在醫療設備、金融、科研領域、自動化辦公以及市場營銷系統等領域。

4 單片機未來發展趨勢

4.1 低功耗CMOS化。隨著單片機的應用范圍越來越廣，人們對單片機的功耗要求也越來越低，對此人們在追求低功耗的單片機技術，以MCS-51系列的8061單片機再開始推出時其功率消耗要達到630mW，而現在的單片機則實現了100mW，造成此種技術創新的主要就是CMOS取代了單片機傳統的TTL電路，雖然CMOS單片機的功耗低，但是其運行速度不高，為此CHMOS因為具備功耗低、運行速度快的特點，而成為未來單片機發展的主要趨勢。

4.2 微型單片化。隨著計算機的不斷發展，單片機的功能越來越多，其不僅要將中央處理器、數據儲存器、定時電路以及通信接口等集中在相應的芯片上，還要在盡可能的情況下減低單片機的體積，尤其是現在人們在追求高品質的生活條件下，需要將各種功能集成在單片機的芯片上，而且這種芯片在滿足各種功能的同時要通過技術手段降低體積，比如微型手機的出現，就要求單片機的體積與厚度要實現微小化。

4.3 安全性能更高。傳統的單片機可能會因為技術條件不成熟、使用環境不理想而導致不安全因素存在，隨著單片機應用范圍的不斷擴大，用戶對單片機要求的不斷提高，使得單片機的安全系統要更高，尤其是單片機應用在各種工業領域、金融領域以及汽車等領域其安全性直接影響人的生命財產安全，因此加強安全性能是未來單片機發展的主要趨勢之一。

5 結束語

總之，隨著計算機技術的不斷發展，單片機的技術會越來越先進、越來越完善，并且單片機在國內的應用范圍也會越來越廣泛，并且會越來越符合我國的產業要求，我們相信在未來的時間內，單片機將會以更加低消耗、低電壓、低噪音，高可靠性、高性能服務于我們的生活。

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