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单片机技术的发展及应用探析

作者：陈黄飞

来源：《软件导刊》2011年第06期

摘 要：随着电子信息技术的发展，单片机的技术也越来越成熟，其相关产品控制能力也日益增强，在社会各领域中得到广泛的应用。对单片机技术的发展特点及应用进行了探讨。 关键词：单片机；发展；应用

中图分类号：TP391.8 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2011）06-0005- 0 引言

单片机(m1crocontroller)是指在一个集成芯片中，集成微处理器(CPU)、定时/计数、存储器、通信部件和基本的I/O接口，即在一个芯片上实现一台微型计算机的基本功能。现今世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，单片机的种类繁多，从8位、16位到32位，已数不胜数。

1 单片机技术的发展特点 1.1 单片机的使用寿命长

随着半导体技术的飞速发展，MPU更新的速度日益快，如386等MPU，很短的时间内就会因为被新产品所替代，而传统的单片机如8051，at89S52等产品已被使用有超过15年的，产量仍是处于上升的状态。这是由于单片机是以CPU为核心，集成了其功能以更多I/0功能新模块出同，有了更广泛的应用领域。由此可见，与更新较慢的MCU相比，用单片机开发的产品可以更加稳定可靠地工作10年、甚至20年，有着相当长的使用寿命。 1.2 单片机的运算速度快

MPU发展中是以提高时钟频率来加快其运行速度的。而单片机的发展中，则是为了提高单片机的抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而又不减慢其运算速度而去开发新产品的。如8051单片机更新了其内部时序，但保证了时钟频率不提高，使运算速度也得到了很大的提高；Motorola单片机则使用了琐相环技术或内部倍频技术使

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其运算速度大大提高；68HC08单片机等则使用较高位的外部振荡器的方法来提高其内部时钟频率。方法多样，既能保证单片机的性能，又使单片机的运算速度越来越快。 1.3 单片机使用的电压低、功耗低

从80年代中期开始，CMOS工艺单片逐渐取代了NMOS工艺单片使得在功耗上得以大幅度下降，加上单片机的使用模式中都增加了Wait、Stop等省电模式，运行使用的电源电压也得以降低。现今超大规模集成电路技术工艺已发展到1.5、1.2、0.8、0.5、0.35，0.2μm工艺也将很快实现，全静态设计使时钟频率从直流到数十兆任选，都能大大降低功耗。如Motorola 最近推出任选的M.CORE 可在1.8V电压下以50M/48MIPS全速工作，功率仅约为20mW。另外，单片机在Wait、Stop等省电模式上运行时，允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在3到6V范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供电的单片机也已经问世。 1.4 单片机使用的噪声低，可靠性高

单片机本身的设计不不断采用性能更强的一些新的抗干扰技术，提高单片机的抗干扰能力和可靠性。这些技术包括有，降低外时钟频率，减少噪声；采用EFT新技术抗干扰；配置去偶电容，过滤高频噪声；应用自恢复保险丝，实现智能抑制；或是大范围接地、软件设置时充分考虑等等。随着单片机技术的发展，应用以上新技术方法，更能生产出低功耗、可靠性高、性能更强的单片机产品。如MotorolaM68HC08系列单片机就是采用EFT技术，抑制外部的干扰信号，进一步提高了单片机的抗干性能力。随着各种技术的不断发展，电路内部的抗干扰技术也在不断发展之中。

1.5 8位、16位、32位单片机齐发展

长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着更多的网络技术和移动通讯技术等高科技产品进入人们家庭，人们的生活水平的提高，32位单片机也顺然出现，应用得到快速推广。由于8位单片机功能越来越强，16位单片机的技术应用也越来越成熟，32位单片机越来越便宜，三类单片机都得以生存下来，从单片机的发展品种和产量方面来看，三类单片机近年来都有大幅度的增长，适应了人们生活水平的需要。 1.6 OTP型单片机占主流

OTP是一次性写入的单片机。OTP单片机价格降低，生产周期短，风险小，近几年来，OTP的市场的需求量也慢慢增大，为满足需要，在单片机都采用了在片编程技术，未编程的OTP则采用裸片技术或表面贴技术，通过数据线，对单片机进行编程。从而解决了批量写入时出现的不良问题。所以使用OTP型单片机可降低生产成本，提高生产效率，与过去的掩膜型单片机相比有更大的优势。现在市场上很多厂商都是推出OTP型的单片机，不再推出掩膜型的单片机。

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2 单片机技术的应用

2.1 机电一体化设备的控制核心

机电一体化是机械设备发展的方向。以单片机作为机电产品的控制器，大大强化了机器的功能，使机器更加自动化、智能化。如今的机电产品机器人就是很好的一个例子，每个关节或动作部位都是一个单片机控制系统，充分发挥了单片机控制的优点。显然，单片机的应用促进了机械行业有更广、更新的发展。 2.2 数据采集系统的现场采集单元

采用单片机作为系统的前端采集，采集到的数据由单片机控制送到主计算机进行处理，这样，可以大大提高工作效率，改善工作环境，更能提高数据处理的准确性，所以在数据采集系统中得到了广泛的应用。如有些地震部门、油田采油部门以及煤厂等均可采用相似的单片机控制技术。

2.3 分布控制系统的前端控制器

大型的控制系统中，一般都应用分布控制系统，单片机控制器可作为前端控制器，如在直接控制级的计算机分布控制系统(DCS)中，单片机作为过程控制中每一分部操作或控制的控制器，进行数据采集、反馈计算、控制输出等相关处理，更便捷地完成系统的各项功能任务。 2.4 智能化仪表的机芯

在各种仪表中，都已应用了单片机控制技术，使自动化仪表的智能化程度及精确度越来越高。采用单片机控制，使得仪表有了自校正、自整定、自动补偿和自适应等功能，增加了传统仪表没有的一些功能，在各行业中都有这方面的应用。如保健医疗测试仪、自动计费表、气体成份分析表等 。

2.5 消费类电子产品控制

在我们的身边，已有很多电子产品应用了单片机技术，如家居用的电冰箱、洗衣机、空调等，这些设备中均使用了单片机作为机芯，实现了更加智能化的控制，如定时开关设备、设备工作过程的控制等，都不需要人工进行，使得人们的生活水平有所提高。

总之，随着信息时代的到来，传统单片机弊端越来越多，因为其速度、性能等指标越来越难以满足用户需求，因此单片机芯片的研发即将面临着新的挑战。 参考文献：