摘要：單片機(jī)誕生于1971年，它包含了計算機(jī)的基本組成單元，仍由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。單片機(jī)作為現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的一個典型產(chǎn)品，在多個電子產(chǎn)品領(lǐng)域中都有著廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)本文就從單片機(jī)的原理、特點以及應(yīng)用發(fā)展談?wù)剢纹瑱C(jī)技術(shù)，以供交流。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；種類；應(yīng)用；發(fā)展

單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理器、存儲器、定時器/計數(shù)器、I/0接口電路等一些計算機(jī)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(jī)。由于其具有可靠性高、便于擴(kuò)展、體積小、成本低等特點，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于電子產(chǎn)品、智能儀表、工業(yè)測控、軍工等領(lǐng)域。目前，單片機(jī)的發(fā)展速度較迅速，主要是由當(dāng)時的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機(jī)，各有各的特點，互相補(bǔ)充，擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍

一、單片機(jī)的基本原理

單片機(jī)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(jī)本質(zhì)上就是將這些模塊集合到同一個電路板上。單片機(jī)的工作原理在某種程度上有些類似于計算機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)然不盡相同。單片機(jī)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(dāng)把這些指令集合起來就構(gòu)成了指令系統(tǒng)。單片機(jī)一般是將程序存儲在寸存儲器中，當(dāng)單片機(jī)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。

二、單片機(jī)的種類

通常計算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計算；技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴(kuò)大。而嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。

1、低端單片機(jī)。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(nèi)外設(shè)計比較豐富。由于硬件的局限性，導(dǎo)致軟件上就不能太大，采集速度低。難以完成復(fù)雜的實時運(yùn)算。單循環(huán)式，一般沒有操作系統(tǒng)。

2、ARM系列。也叫高端單片機(jī)，硬件集成度高，集成的片內(nèi)外設(shè)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(dá)600M可以同時進(jìn)行復(fù)雜的實時運(yùn)算。某些DSP的運(yùn)算能力超過奔騰計算機(jī)。存儲空間大，可以支持操作系統(tǒng)，帶操作系統(tǒng)，多任務(wù)并發(fā)處理能力強(qiáng)，實時性高。

三、單片機(jī)的應(yīng)用

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、價格低廉、使用靈活等優(yōu)勢，顯示出很強(qiáng)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(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性，可以在工業(yè)等條件下穩(wěn)定工作。

1、在儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用。在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)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(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。

2、在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用。在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。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(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。

3、在家用電器領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨著時代的發(fā)展，追求更高、更好的生活品質(zhì)，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(jī)智能化控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子線路控制，升級換代，提高檔次。如洗衣機(jī)、空調(diào)、電視機(jī)、錄像機(jī)、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種視聽設(shè)備。

四、單片機(jī)的發(fā)展

隨著社會的進(jìn)步，單片機(jī)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(jī)共同開發(fā)與發(fā)展是整個發(fā)展的方向。單片機(jī)的運(yùn)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(yōu)點。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域的逐步廣泛，單片機(jī)向更加智能化，自動化，抗干擾能力強(qiáng)，集成度高，實用性好等方面的發(fā)展。單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢下，還表現(xiàn)出以下趨勢：

1.低功耗CMOS化。MCS-51系列的80C51推出時的功耗達(dá)120mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)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(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。

2.微型單片化。常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機(jī)將LCD（液晶）驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。

3.主流與多品種共存?，F(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以MCS-51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的WinBond系列單片機(jī)。以8031為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山，在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。

五、結(jié)語

單片機(jī)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。單片機(jī)應(yīng)用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法。這就足以說明單片機(jī)對人們生活的影響力。當(dāng)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。由于單片機(jī)對各行各業(yè)都有用，這種電子技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致各行各業(yè)的進(jìn)步，也帶動了人類文明的進(jìn)步。

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