试谈单片机的应用及其发展

摘要：单片机诞生于1971年，它包含了计算机的基本组成单元，仍由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。单片机作为现代电子技术发展的一个典型产品，在多个电子产品领域中都有着广泛应用。现本文就从单片机的原理、特点以及应用发展谈谈单片机技术，以供交流。

关键词：单片机；种类；应用；发展

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把中央处理器、存储器、定时器/计数器、I/0接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。由于其具有可靠性高、便于扩展、体积小、成本低等特点，已经广泛的应用于电子产品、智能仪表、工业测控、军工等领域。目前，单片机的发展速度较迅速，主要是由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机，各有各的特点，互相补充，扩大了单片机的应用范围

一、单片机的基本原理

单片机的工作原理就是组成其的各个模块独自完成自己工作的原理。单片机本质上就是将这些模块集合到同一个电路板上。单片机的工作原理在某种程度上有些类似于计算机系统，当然不尽相同。单片机的各个模块的职能不同，一般来说，每个模块的职能都是独立完成自己的职能。这些基本模块就是一个个指令，当把这些指令集合起来就构成了指令系统。单片机一般是将程序存储在寸存储器中，当单片机需要执行命令的时候，就从存储器中调取程序去执行命令。

二、单片机的种类

通常计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

1、低端单片机。硬件简单，字长一般为8位，也有16位的，存储空间最小。集成的片内外设计比较丰富。由于硬件的局限性，导致软件上就不能太大，采集速度低。难以完成复杂的实时运算。单循环式，一般没有操作系统。

2、ARM系列。也叫高端单片机，硬件集成度高，集成的片内外设很多，通 常集成串口，USB，CAN等各种控制器，通讯方便。字长一般32位。性能高，速度快，主频一般100M左右，ARM9可达600M可以同时进行复杂的实时运算。某些DSP的运算能力超过奔腾计算机。存储空间大，可以支持操作系统，带操作系统，多任务并发处理能力强，实时性高。

三、单片机的应用

随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出很强的生命力。它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力，对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在工业等条件下稳定工作。

1、在仪器仪表领域的应用。在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

2、在工业控制领域的应用。在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

3、在家用电器领域中的应用。随着时代的发展，追求更高、更好的生活品质，对家用电器的功能需求也逐年提高，这就迫使家用电器的不断升级与改造。各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种视听设备。

四、单片机的发展

随着社会的进步，单片机更新的速度也愈来愈快。伴随着新的 CPU 的加入，多位的单片机共同开发与发展是整个发展的方向。单片机的运行也会愈来愈快，防磨损能力也随之提升，具有很好的低噪声、可靠性高的优点。随着电子信息技术的发展与应用领域的逐步广泛，单片机向更加智能化，自动化，抗干扰能力强，集成度高，实用性好等方面的发展。单片机在目前的发展形势下，还表现出以下趋势：

1.低功耗CMOS化。MCS-51系列的80C51推出时的功耗达120mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。

2.微型单片化。常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。

3.主流与多品种共存。现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以MCS-51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的WinBond系列单片机。以8031为核心的单片机占据了半壁江山，在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。

五、结语

单片机从无到有，从与人们的生活毫无关系到无处不在、时时刻刻地影响着人们的生活。单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。这就足以说明单片机对人们生活的影响力。当然，这种影响力不只是在生活方面，在工业生产方面也都有着重要的影响作用。由于单片机对各行各业都有用，这种电子技术的进步导致各行各业的进步，也带动了人类文明的进步。

参考文献：

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作者简介：杨桃（1995-）重庆市巴南区人，重庆交通大学国际学院本科生。endprint