單片機發展現狀與前景淺析

摘 要：單片機相當于一種微型計算機，小到家用電器的調節控制，大到軍工國防的控制系統，幾乎已經滲透到我們生活中的各個領域。它作為嵌入式和工業控制系統最傳統的核心部件，有著很大的發展應用空間。本文就當前的單片機應用情況，對其應用前景進行了簡單的分析。

關鍵詞：單片機現狀；應用前景

1 單片機的概念

單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。

2 單片機的發展現狀

自單片機出現至今，單片機技術已走過了近20年的發展路程。縱觀20年來單片機 發展歷程可以看出，單片機技術的發展以微處理器（MPU）技術及超大規模集成電路技術的發展為先導，以廣泛的應用領域拉動，表現出較微處理器更具個性的發展。

（1）單片機長壽命

這里所說的長壽命，一方面指用單片機開發的產品可以穩定可靠地工作 十年、二 十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。隨著半導體技術的飛速發展， MPU 更新換代的速度越來越快，以386、486、586為代表的MPU，很短的時間內就被淘汰出 局，而傳統的單片機如68HC05、8051等年齡已有15歲，產量仍是上升的。這一方面是由 于其對相應應用領域的適應性，另一方面是由于以該類CPU為核心，集成以更多I/O功能 模塊的新單片機系列層出不窮。可以預見，一些成功上市的相對年輕的CPU 核心，也會隨 著I/O功能模塊的不斷豐富，有著相當長的生存周期。新的CPU類型 的加盟，使單片機隊伍 不斷壯大，給用戶帶來了更多的選擇余地。

（2）8位、16位、32位單片機共同發展

這是當前單片機技術發展的另一動向。長期以來，單片機技術的發展是以8位機為主的。隨著移動通訊、網絡技術、多媒體技術等高科技產品進入家庭，32位單片機應用得到了長足發展。以Motorola 68K為CPU的32位單片機97年的銷售量達8千萬枚。過去認為由于8位單片機功能越來越強，32位機越來越便宜，使16位單片機生存空間有限，而16位單片機的發展無論從品種和產量方面，近年來都有較大幅度的增長。

（3）單片機速度越來越快

MPU發展中表現出來的速度越來越快是以時鐘頻率越來越高為標志的。而單片機則有所不同，為提高單片機抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術發展之追求。一些8051單片機兼容廠商改善了單片機的內部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了很多，Motorola單片機則使用了瑣相環技術或內部倍頻技術使內部總線速度大大高于時鐘產生器的頻率。68HC08單片機使 用4.9M外部振蕩器而內部時鐘達32M，而M68K系列32位單片機使用32K的外部振蕩器頻率內部時鐘可達16MHz以上。

（4）低電壓與低功耗

自80年代中期以來，NMOS工藝單片機逐漸被CMOS工藝代替，功耗得以大幅度下降，隨著超大規模集成電路技術由3μm工藝發展到1.5、1.2、0.8、0.5、0.35 近而實現0.2μm工藝，全靜態設計使時鐘頻率從直流到數十兆任選，都使功耗不斷下降。Motorola 最近推出任選的M.CORE 可在1.8V電壓下以50M/48MIPS全速工作，功率約為20mW。幾乎所有的單片機都有Wait、Stop等省電運行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。一般單片機都能在3到6V范圍內工作，對電池供電的單片機不再需要對電源采取穩壓措施。低電壓供電的單片機電源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供電的單片 機已經問世。

3 單片機前景

從現實來看，單片機在以下幾個方面發揮著巨大作用。同時，在未來的發展趁勢下，單片機將進一步擴大其影響力。

（1）在計算機領域的學習研究方面

單片機作為一個完整的數字處理系統具備了構成計算機的幾乎全部主要單元部件，在這個意義上稱之為單片微機毫不過份，正所謂“麻雀雖小，五臟俱全”。通過學習和應用單片機入計算機硬件之門可收事半功倍之效。選擇單片機作為接近PC機硬件的首選機種，不必從一開始就為眾多外圍芯片及相互間的配合弄得頭暈腦脹，這對揭開計算機神秘的面紗，無疑是一條捷徑。

（2）在工業控制中的應用

工業自動化控制是最早采用單片機控制的領域之一，在測控系統、過程控制、機電一體化設備中主要利用單片機實現邏輯控制、數據采集、運算處理、數據通信等用途。單獨使用單片機可以實現一些小規模的控制功能，作為底層檢測、控制單元與上位計算機結合可以組成大規模工業自動化控制系統。特別在機電一體化技術中，單排年級的結構特點使其更容易發揮其集機械、微電子和計算機技術于一體的優勢。

（3）在智能儀器中的應用

內部含有點片劑的儀器系統稱為智能儀器，也稱為微機化儀器。這類儀器大多采用單片機進行信息處理、控制及通信，與非智能化儀器相比，功能得到了強化，增加了諸如數據存儲、故障診斷、聯網集控等功能。以單片機作為核心組成智能儀器表已經是自動化儀表發展的一種趨勢。

（4）在家用電器中的應用

單片機功能完善、體積小、價格廉、易于嵌入，非常適合于對家用電器的控制。嵌入單片機的家用電器實現了智能化，是傳統型家用電器的更新換代，現已廣泛應用于洗衣機、空調、電視機、視盤機、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種試聽設備等。

（5）在信息和通信產品中的應用

信息和通信產品的自動化和智能化程度很高，其中許多功能的完成都離不開單片機的參與。這里最具代表性和應用最廣的產品就是移動通信設備，例如手機內的控制芯片就是屬于專用型單片機。另外在計算機外部設備中，如鍵盤、打印機中也離不開單片機。新型單片機普遍具備通信接口，可以方便地和計算機進行數據通信，為計算機和網絡設備之間提供連接服務創造了條件。

（6）在辦公自動化設備中的應用

現在辦公自動化設備中大多數嵌入了單片機控制核心。如打印機、復印機、傳真機、繪圖機、考勤機及電話等。通過單片機控制不但可以完成設備的基本功能，還可以實現與計算機之間的數據通信。

（7）在商業營銷設備中的應用

在商業營銷系統中單片機已廣泛應用于電子秤、收款機、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機、出租車計價器以及倉儲安全監測系統、商場保安系統、空氣調節系統、冷凍保險系統等。

（8）在醫用設備領域中的應用

單片機在醫療設施及醫用設備中的用途亦相當廣泛，例如在醫用呼吸機、各種分析儀、醫療監護儀、超聲診斷設備及病床呼叫系統中都得到了實際應用。

（9）在汽車電子產品中的應用

現代汽車的集中顯示系統、動力監測控制系統、自動駕駛系統、通信系統和運行監視器等裝置中都離不開單片機。特別是采用現場總線的汽車控制系統中，以單片機擔當核心的節點通過協調、高效的數據傳送不僅完成了復雜的控制功能，而且簡化了系統結構。

4 結束語

單片機與我們的生活息息相關，它在社會的各個領域都發揮著十分重要的作用。單片機作為核心部件，在未來會進一步擴大影響。本文就單片機的基本概念及應用領域進行說明，對其未來發展簡單分析。

參考文獻

[1]李朝青 2005 《單片機學習指導》

[2]顧海林 淺議單片機未來的發展前景 2012.6 《科技創新與應用》

作者簡介

陳政宇（1996-），男，就讀于鄭州大學電氣工程學院。身份證號：412702199606048157