吳育軍

摘要：我國的單片機起步雖然較晚，但經(jīng)過幾十年的發(fā)展，也取得了巨大的成就。不論是工業(yè)生產(chǎn)還是社會生活的各個方面都離不開單片機的使用。文章試圖闡述單片機的概念，總結(jié)單片機的應用范圍及預測單片機的發(fā)展趨勢，以期能夠為單片機的使用者及研究者提供一些有意義的參考。

關(guān)鍵詞：單片機；應用范圍；發(fā)展趨勢

1 單片機的概念和工作原理

1.1 單片機的概念

單片機（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU，隨機存儲器RAM，只讀存儲器ROM，多種I/O接口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應用。當前，單片機已經(jīng)廣泛應用于我國的熱處理設備、傳感器、設備自動化改造、智能家居等中。甚至可以說，單片機就是一個微縮型的電腦，它的功能與它的體積和質(zhì)量的特點使得它具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。雖然單片機的發(fā)展已經(jīng)取得了巨大的成就，但是隨著當今科技的發(fā)展，單片機也在不斷地完善。在不久的將來，必將看到單片機在我國的工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中更廣泛的應用，為我國的社會主義事業(yè)做出巨大的貢獻。

1.2 單片機的工作原理

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

2 單片機的應用范圍

隨著我國單片機技術(shù)的發(fā)展，單片機大量應用于工業(yè)領(lǐng)域的各個方面。下面作者就具體的應用總結(jié)如下：

2.1 單片機在熱處理設備中的應用

在我國的工業(yè)發(fā)展中，熱處理設備是重要的工業(yè)設備之一。熱處理設備是直接關(guān)系著工業(yè)生產(chǎn)效率的工業(yè)技術(shù)。單片機在熱處理設備中的應用得到了巨大的成功。曾經(jīng)人工難以控制的熱處理設備，在使用了單片機后，大大增強了熱處理設備的控制，對熱處理設備的控制也更加精準。一般來說，單片機在熱處理設備上的最有效和直接的應用就是對熱處理設備工藝參數(shù)的控制，這些工藝參數(shù)包括環(huán)境溫度、氣體壓力、加工處理時間等，單片機將這些參數(shù)集成到單片機上進行控制，實現(xiàn)了數(shù)字化處理。再者，單片機上的存儲功能可以存儲熱處理設備上的所有相關(guān)數(shù)據(jù)并對當前數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，一旦當前的熱處理設備出現(xiàn)問題，會第一時間發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。最后，單片機在熱處理設備上的一個最大的應用就是對生產(chǎn)線的控制。應用單片機進行生產(chǎn)線整體化控制，最大程度地保證了車間生產(chǎn)的可靠度和穩(wěn)定性。通過建立生產(chǎn)微機系統(tǒng)，可以根據(jù)具體加工工件種類、數(shù)量和質(zhì)量要求進行統(tǒng)一化管理。

2.2 單片機在傳感器發(fā)展方面的應用

我國目前傳感器的發(fā)展已經(jīng)相對比較成熟，但是由于傳感器的統(tǒng)一標準始終未制定，目前市場上的傳感器的信號輸入和輸出頻率均不同，其工作原理也各不相同。這種沒有標準化的生產(chǎn)模式，必然會阻礙這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳感器產(chǎn)業(yè)也不例外。隨著我國整體經(jīng)濟的發(fā)展，我國的科技水平也得到了大力的發(fā)展，單片機得到了空前的發(fā)展機遇，單片機的運算能力在不斷地擴大，單片機的質(zhì)量和體積卻在不斷地變小，傳感器也越來越影響著我國的工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)值和效率。但是我國單片機的一個重要缺點是傳感器沒有一個統(tǒng)一的質(zhì)量標準和檢驗標準。標準化電路的傳感器應當具備如下6種特點：一是放大傳感器的信號，并進行符合統(tǒng)一標準的輸出；二是傳感器應具備溫度補償技術(shù)；三是傳感器應具備線性校正技術(shù)；四是傳感器應具備存儲信號的功能；五是傳感器應能夠?qū)π盘栠M行簡單的處理功能；六是各種傳感器要能夠共同連接在高一級的控制單元上，并能夠很好地兼容和互換。隨著傳感器的標準化進程不斷推進，這也會促使智能儀表的規(guī)范化進程，并大大提高智能儀表測試數(shù)據(jù)的準確性和降低其成本。

2.3 單片機在設備自動化改造中的應用

單片機在設備自動化的改造中的意義重大，單片機的出現(xiàn)大大減少了工人對設備的操作和使用，既降低了工人的工作強度，也保證了設備的生產(chǎn)精度。在單片機大量投入設備的自動化改造中，大大提高了工廠的生產(chǎn)效率及總產(chǎn)值，使得企業(yè)有了更大的競爭力。

2.4 單片機在智能家居中的應用

智能家居，這個曾經(jīng)只是在歐美電視節(jié)目上才能看到的產(chǎn)品，如今開始逐漸走入我國的普通家庭生活中。雖然現(xiàn)在智能家居的使用量總體不高，但是呈逐年增加的趨勢。智能家居本質(zhì)上就是各種有通訊信息的家居通過某種技術(shù)串聯(lián)起來，使用同一個設備對其控制。我國的智能家居發(fā)展起步較晚，與國外的智能家居相比技術(shù)含量較低，產(chǎn)品技術(shù)亟待提高。隨著我國單片機技術(shù)的發(fā)展，在技術(shù)上對智能家居的發(fā)展起到了極其利好的消息。單片機對于智能家居，就類似于人腦之于人。單片機在智能家居發(fā)展中的趨勢有以下幾個方面。首先，CMOS化。CMOS就意味著低功耗，而低功耗是當前家居發(fā)展的主流趨勢，不論是國家層面還是使用者都十分注重對能耗的要求。其次，大容量的趨勢。隨著人們對智能家居品質(zhì)需求的提高，越來越多的智能家居的使用需要單片機的存儲容量不斷增大。最后，高性能的趨勢。智能家居的不斷發(fā)展也需要單片機的性能不斷地提高，尤其是單片機上的CPU的性能，直接影響著單片機的性能進而影響對智能家居的控制。

3 單片機的發(fā)展趨勢

3.1 單片機的大容量化趨勢

隨著工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要，產(chǎn)品對單片機的容量需求也在不斷地提高。過去曾經(jīng)能滿足的容量，可能已經(jīng)無法滿足當前的工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要。單片機的存儲容量在不斷地增大是當今單片機的總體發(fā)展趨勢之一。

3.2 單片機低功耗的趨勢

隨著我國整個國家的科技水平的提高，全國都開始注重經(jīng)濟的質(zhì)量，而這種質(zhì)量的一個重要參數(shù)就是低能耗、低碳。單片機作為我國工業(yè)中常見的一種技術(shù)配件，它的低功耗也成為一種趨勢。例如，現(xiàn)在的單片機的狀態(tài)選擇模式也是充分考慮了低功耗的要求，有等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)等等，這樣的模式大大節(jié)約了能耗。處于低壓工作狀態(tài)的單片機，它的電流消耗級別僅處在μA或nA級別，這也大大促進了便攜式、手持式等通過電池供電的儀器。單片機的低功耗已經(jīng)成為當今的發(fā)展趨勢之一。

3.3 單片機微型化的趨勢

隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要，在同樣面積的芯片上可以集成更多的模塊。同時，芯片的兼容性也得到了巨大的發(fā)展，不同的模塊可以直接熔接在單片機上。在這種情況下，使得單片機的使用范圍不斷擴大，對接性也更強。單片機的微型化已經(jīng)成為當今的發(fā)展趨勢之一。

3.4 單片機制作工藝的CMOS趨勢

出于單片機的低功耗的需求，市場上需要一種技術(shù)來滿足這種需求。而CMOs恰恰能夠?qū)崿F(xiàn)這種低功耗的需求，它不僅功耗可以降到很低，對工作電壓的要求也大大降低。這些要求的降低，使得單片機的設計者有了更大的工作內(nèi)容選擇機會。當前，CMOS電路已經(jīng)成為最主要的單片機半導體工藝。CMOS代表著最先進的低耗設計理念，也已經(jīng)成為單片機的制作工藝的趨勢。

4 結(jié)語

單片機從無到有，從與人們的生活毫無關(guān)系到無處不在、時時刻刻地影響著人們的生活。不論是外出乘坐的飛機、高鐵、汽車等等，還是日常生活中常用的各種電子產(chǎn)品，都有著單片機的身影。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(yè)生產(chǎn)方面也都有著重要的影響作用。雖然單片機的發(fā)展已經(jīng)取得了巨大的成就，但是隨著當今科技的發(fā)展，單片機也在不斷地完善。單片機仍然有很多需要完善的技術(shù)和功能特點。在不久的將來，必將看到單片機在我國的工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中更廣泛的應用，為我國的社會主義事業(yè)提供服務。