单片机技术的发展及应用探析

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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:

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