試談單片機的應用及其發展

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、輸入設備和輸出設備五部分組成。單片機作為現代電子技術發展的一個典型產品，在多個電子產品領域中都有著廣泛應用?，F本文就從單片機的原理、特點以及應用發展談談單片機技術，以供交流。

關鍵詞：單片機；種類；應用；發展

單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把中央處理器、存儲器、定時器/計數器、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、便于擴展、體積小、成本低等特點，已經廣泛的應用于電子產品、智能儀表、工業測控、軍工等領域。目前，單片機的發展速度較迅速，主要是由當時的4位、8位單片機，發展到現在的32位300M的高速單片機，各有各的特點，互相補充，擴大了單片機的應用范圍

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，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成了指令系統。單片機一般是將程序存儲在寸存儲器中，當單片機需要執行命令的時候，就從存儲器中調取程序去執行命令。

二、單片機的種類

通常計算機系統的技術要求是高速、海量的數值計算；技術發展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。而嵌入式計算機系統的技術要求則是對象的智能化控制能力；技術發展方向是與對象系統密切相關的嵌入性能、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。集成的片內外設計比較豐富。由于硬件的局限性，導致軟件上就不能太大，采集速度低。難以完成復雜的實時運算。單循環式，一般沒有操作系統。

2、ARM系列。也叫高端單片機，硬件集成度高，集成的片內外設很多，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600M可以同時進行復雜的實時運算。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，帶操作系統，多任務并發處理能力強，實時性高。

三、單片機的應用

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，可以在工業等條件下穩定工作。

1、在儀器儀表領域的應用。在智能儀器儀表上的應用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現諸如電壓、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字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。

2、在工業控制領域的應用。在工業控制中的應用用單片機可以構成形式多樣的控制系統、數據采集系統。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，與計算機聯網構成二級控制系統等。

3、在家用電器領域中的應用。隨著時代的發展，追求更高、更好的生活品質，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傳統的電子線路控制，升級換代，提高檔次。如洗衣機、空調、電視機、錄像機、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種視聽設備。

四、單片機的發展

隨著社會的進步，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與發展是整個發展的方向。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、可靠性高的優點。隨著電子信息技術的發展與應用領域的逐步廣泛，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展。單片機在目前的發展形勢下，還表現出以下趨勢：

1.低功耗CMOS化。MCS-51系列的80C51推出時的功耗達120mW，而現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用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發展的主要途徑。

2.微型單片化。常規的單片機普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機存取數據存儲（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統、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轉換器、PMW（脈寬調制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機將LCD（液晶）驅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。現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，兼容其結構和指令系統的有PHILIPS公司的產品，ATMEL公司的產品和中國臺灣的WinBond系列單片機。以8031為核心的單片機占據了半壁江山，在一定的時期內，這種情形將得以延續，將不存在某個單片機一統天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發展的道路。

五、結語

單片機從無到有，從與人們的生活毫無關系到無處不在、時時刻刻地影響著人們的生活。單片機應用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經濟效益，更重要的意義在于，單片機的應用從根本上改變了控制系統傳統的設計思想和設計方法。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，在工業生產方面也都有著重要的影響作用。由于單片機對各行各業都有用，這種電子技術的進步導致各行各業的進步，也帶動了人類文明的進步。

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