王慧林

摘 要 近年來，電子技術(shù)迅猛發(fā)展，各種微型處理器在嵌入式處理市場(chǎng)扮演著愈來愈重要的角色。20世紀(jì)70年代中期，早期4位單片機(jī)的出現(xiàn)引領(lǐng)了電子市場(chǎng)的智能化，而新技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步則帶動(dòng)了微處理器市場(chǎng)的日益繁榮。文章首先介紹通用性單片機(jī)的構(gòu)成模塊以及工作原理，然后介紹通用性單片機(jī)在電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用分析，最后分析了單片機(jī)在電子技術(shù)中的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 嵌入式；單片機(jī)；電子技術(shù)；發(fā)展應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0070-01

1 單片機(jī)的發(fā)展、構(gòu)成及工作原理

根據(jù)摩爾定律我們知道，相同面積的集成電路上的晶體管的數(shù)目在十八個(gè)月內(nèi)變成原來的兩倍，并且其性能也變?yōu)樵瓉韮杀丁Ｍㄋ椎闹v，也就是每十八個(gè)月，電子類產(chǎn)品的性能將會(huì)翻兩番?，F(xiàn)代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，嵌入式技術(shù)的發(fā)展也愈發(fā)成為研究的熱點(diǎn)和各智能廠商開辟的新熱點(diǎn)。單片機(jī)是集成電路芯片中的一種，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把各種功能模塊集成在一塊硅基片上的微型處理器系統(tǒng)。它具有體積小巧、高可靠性、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制、儀器儀表、家電等場(chǎng)合廣泛應(yīng)用。一般單片機(jī)的硬件最小的系統(tǒng)包括：CPU（中央處理器）、RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）、ROM（只讀存儲(chǔ)器）、I/O（輸入輸出口），以上能實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單的單片機(jī)模塊，它們通過地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）相互連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸交換。而隨著電子技術(shù)的發(fā)展，Interrupt（中斷系統(tǒng)）、Timer（定時(shí)器）、ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊）甚至PWM（脈沖寬度調(diào)制）等模塊也在PIC、STM-32、AVR等系列的單片機(jī)中常見。單片機(jī)的處理速度也有了飛速發(fā)展，從一開始的4位到現(xiàn)在的64位，并且晶振速度也已達(dá)到3.4G赫茲。作為最常見的嵌入式微處理器，單片機(jī)在推動(dòng)電子技術(shù)的發(fā)展方面起到了先驅(qū)的作用。

從處理器來理解，單片機(jī)即是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)。CPU類似于計(jì)算機(jī)的處理器，負(fù)責(zé)運(yùn)算處理等；RAM就類似于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，掉電數(shù)據(jù)即失；ROM則相當(dāng)于計(jì)算機(jī)中的硬盤，為掉電非易失模塊，不同的是部分單片機(jī)的ROM為一次刻寫的，有些可以多次擦寫，具體根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行選擇；I/O口則根據(jù)外部設(shè)備進(jìn)行選擇，類似計(jì)算機(jī)中有USB、HDMI等接口可以用于不同的設(shè)備。

2 單片機(jī)的應(yīng)用分析

強(qiáng)大的功能，低廉的價(jià)格，作為性價(jià)比最高的微型處理器，單片機(jī)在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。最早用在工業(yè)控制場(chǎng)合的單片機(jī)如今依然是工控界的中流砥柱，家用電器的智能化、人性化要求也促進(jìn)了單片機(jī)進(jìn)入家電產(chǎn)業(yè)，早期儀器儀表普遍采用機(jī)械式的結(jié)構(gòu)，測(cè)量誤差較大，精確的ADC模塊和單片機(jī)的結(jié)合給儀器儀表界也帶來了技術(shù)革命，在各個(gè)領(lǐng)域單片機(jī)都取得了很大成果。

2.1 應(yīng)用于復(fù)雜工控領(lǐng)域

在工業(yè)控制的場(chǎng)合，情況復(fù)雜，環(huán)境惡劣，很多時(shí)候都無法進(jìn)行人工作業(yè)，此時(shí)需要各個(gè)作業(yè)機(jī)器能進(jìn)行自動(dòng)化操作，單片機(jī)的需求由此產(chǎn)生并興起。單片機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理和過程控制，全自動(dòng)管理工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的各種作業(yè)設(shè)備。在核能工業(yè)、粉塵場(chǎng)合、以及高壓電力產(chǎn)業(yè)等場(chǎng)合，單片機(jī)的高可靠性證明了其在這些領(lǐng)域完全能取代人工。隨著時(shí)代電子技術(shù)的發(fā)展和其他機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，單片機(jī)應(yīng)用的工業(yè)控制領(lǐng)域會(huì)愈加寬廣，前景更加光明。

2.2 應(yīng)用于精密儀器儀表中

儀器儀表的產(chǎn)生早于單片機(jī)的誕生，早期的測(cè)試儀表均使用電磁原理和機(jī)械原理，采樣的誤差大且體積笨重，使用不便。單片機(jī)以其集成度高、控制方便、高可靠性、體積輕便等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)引起儀器儀表界的重視。而ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊）的加入則完全使得單片機(jī)對(duì)儀器儀表來說，是革命的開始。傳統(tǒng)意義上的半自動(dòng)的儀器儀表走向全自動(dòng)化，并向智能化和數(shù)字化方向更進(jìn)了一步。儀器儀表的生產(chǎn)好壞側(cè)面體現(xiàn)了國(guó)家的制造水準(zhǔn)，因此應(yīng)用單片機(jī)在儀器儀表中具有重大的意義。

2.3 應(yīng)用于智能家電產(chǎn)業(yè)中

早期家電的誕生，解放了人類的雙手但也僅能簡(jiǎn)單滿足用戶的需求，例如早期洗衣機(jī)均為半自動(dòng)，簡(jiǎn)單完成洗衣操作，然后需要手動(dòng)移動(dòng)進(jìn)行脫水。但隨著時(shí)代的發(fā)展，人類對(duì)更高的生活品質(zhì)的追求，生活中更多需要家電完成的地方增多，家電產(chǎn)業(yè)也不斷進(jìn)行著升級(jí)和改進(jìn)。單片機(jī)的給家電產(chǎn)業(yè)帶來發(fā)展新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。單片機(jī)的智能化控制，提高了家電的綜合使用性能，而單片機(jī)的發(fā)展和升級(jí)也帶動(dòng)了家電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步人性化和全自動(dòng)化。目前智能家居產(chǎn)業(yè)正是基于單片機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而前進(jìn)，可以預(yù)見未來的家電市場(chǎng)，我們能看到更多更好用的智能家電徹底解放我們的身體勞動(dòng)。

3 單片機(jī)中電子技術(shù)的發(fā)展前景展望

3.1 中央處理器的多位多核發(fā)展

單片機(jī)系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)變多，除了增加系統(tǒng)的晶振的頻率從而減小指令周期時(shí)間，另一種方式是增加處理器的數(shù)據(jù)總線寬度。通俗來講，傳統(tǒng)的80C51單片機(jī)的8位數(shù)據(jù)總線寬度需要增加到16位、32位，從而每個(gè)指令周期里能處理的數(shù)據(jù)更多。另外，雙核甚至四核的出現(xiàn)帶動(dòng)單片機(jī)多CPU的處理方式，也將大大提高單片機(jī)數(shù)據(jù)處理能力，未來的單片機(jī)的功能將更加強(qiáng)大。

3.2 存儲(chǔ)器的發(fā)展趨勢(shì)

如果CPU是單片機(jī)的大腦，那么存儲(chǔ)器就是“大腦”的海綿體，提供了系統(tǒng)的記憶功能。單位存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)決定了整個(gè)單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理量的大小。可以借鑒到當(dāng)前DSP中多使用FLASH（閃速存儲(chǔ)器）介質(zhì)，它能在5 V的工作電壓下進(jìn)行快速的讀寫操作。FLASH融合了RAM和ROM的優(yōu)點(diǎn)，既能簡(jiǎn)便的像RAM一樣簡(jiǎn)便地進(jìn)行隨機(jī)讀寫操作，它的掉電非易失性又保證了數(shù)據(jù)的安全性。以上優(yōu)點(diǎn)大大簡(jiǎn)化了單片機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

3.3 單片機(jī)模塊功能增強(qiáng)

特殊應(yīng)用場(chǎng)合需要單片機(jī)的某特定功能非常強(qiáng)大，例如有些需要有驅(qū)動(dòng)能力、有些能進(jìn)行更多采樣通道、有些則可能需要更多的定時(shí)器，但是模塊的增多，系統(tǒng)對(duì)體積的要求也會(huì)變大，模塊的增多也會(huì)增加單片機(jī)的總損耗，明顯違背目前所提倡的節(jié)能環(huán)保要求。以上就要求單片機(jī)系統(tǒng)能夠做的更加微小化和輕量化，并能夠進(jìn)行單片機(jī)的定制。

4 結(jié)束語

可以看到，單片機(jī)的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理速度和芯片集成功能一直是電子技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。提升單片機(jī)的功能對(duì)提升相關(guān)行業(yè)的智能化發(fā)展具有里程碑式的重要意義，本文對(duì)當(dāng)前單片機(jī)的電子技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，希望電子技術(shù)和單片機(jī)行業(yè)的明天更加輝煌。

參考文獻(xiàn)

[1]趙欣.淺析單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013（02）：193.endprint