單片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與前景淺析

摘 要：單片機(jī)相當(dāng)于一種微型計(jì)算機(jī)，小到家用電器的調(diào)節(jié)控制，大到軍工國防的控制系統(tǒng)，幾乎已經(jīng)滲透到我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域。它作為嵌入式和工業(yè)控制系統(tǒng)最傳統(tǒng)的核心部件，有著很大的發(fā)展應(yīng)用空間。本文就當(dāng)前的單片機(jī)應(yīng)用情況，對其應(yīng)用前景進(jìn)行了簡單的分析。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)現(xiàn)狀；應(yīng)用前景

1 單片機(jī)的概念

單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。

2 單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過了近20年的發(fā)展路程?？v觀20年來單片機(jī) 發(fā)展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器（MPU）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動(dòng)，表現(xiàn)出較微處理器更具個(gè)性的發(fā)展。

（1）單片機(jī)長壽命

這里所說的長壽命，一方面指用單片機(jī)開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作 十年、二 十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展， MPU 更新?lián)Q代的速度越來越快，以386、486、586為代表的MPU，很短的時(shí)間內(nèi)就被淘汰出 局，而傳統(tǒng)的單片機(jī)如68HC05、8051等年齡已有15歲，產(chǎn)量仍是上升的。這一方面是由 于其對相應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性，另一方面是由于以該類CPU為核心，集成以更多I/O功能 模塊的新單片機(jī)系列層出不窮?？梢灶A(yù)見，一些成功上市的相對年輕的CPU 核心，也會隨 著I/O功能模塊的不斷豐富，有著相當(dāng)長的生存周期。新的CPU類型 的加盟，使單片機(jī)隊(duì)伍 不斷壯大，給用戶帶來了更多的選擇余地。

（2）8位、16位、32位單片機(jī)共同發(fā)展

這是當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一動(dòng)向。長期以來，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以8位機(jī)為主的。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭，32位單片機(jī)應(yīng)用得到了長足發(fā)展。以Motorola 68K為CPU的32位單片機(jī)97年的銷售量達(dá)8千萬枚。過去認(rèn)為由于8位單片機(jī)功能越來越強(qiáng)，32位機(jī)越來越便宜，使16位單片機(jī)生存空間有限，而16位單片機(jī)的發(fā)展無論從品種和產(chǎn)量方面，近年來都有較大幅度的增長。

（3）單片機(jī)速度越來越快

MPU發(fā)展中表現(xiàn)出來的速度越來越快是以時(shí)鐘頻率越來越高為標(biāo)志的。而單片機(jī)則有所不同，為提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪聲，降低時(shí)鐘頻率而不犧牲運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展之追求。一些8051單片機(jī)兼容廠商改善了單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)序，在不提高時(shí)鐘頻率的條件下，使運(yùn)算速度提高了很多，Motorola單片機(jī)則使用了瑣相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)使內(nèi)部總線速度大大高于時(shí)鐘產(chǎn)生器的頻率。68HC08單片機(jī)使 用4.9M外部振蕩器而內(nèi)部時(shí)鐘達(dá)32M，而M68K系列32位單片機(jī)使用32K的外部振蕩器頻率內(nèi)部時(shí)鐘可達(dá)16MHz以上。

（4）低電壓與低功耗

自80年代中期以來，NMOS工藝單片機(jī)逐漸被CMOS工藝代替，功耗得以大幅度下降，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)由3μm工藝發(fā)展到1.5、1.2、0.8、0.5、0.35 近而實(shí)現(xiàn)0.2μm工藝，全靜態(tài)設(shè)計(jì)使時(shí)鐘頻率從直流到數(shù)十兆任選，都使功耗不斷下降。Motorola 最近推出任選的M.CORE 可在1.8V電壓下以50M/48MIPS全速工作，功率約為20mW。幾乎所有的單片機(jī)都有Wait、Stop等省電運(yùn)行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。一般單片機(jī)都能在3到6V范圍內(nèi)工作，對電池供電的單片機(jī)不再需要對電源采取穩(wěn)壓措施。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供電的單片 機(jī)已經(jīng)問世。

3 單片機(jī)前景

從現(xiàn)實(shí)來看，單片機(jī)在以下幾個(gè)方面發(fā)揮著巨大作用。同時(shí)，在未來的發(fā)展趁勢下，單片機(jī)將進(jìn)一步擴(kuò)大其影響力。

（1）在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)研究方面

單片機(jī)作為一個(gè)完整的數(shù)字處理系統(tǒng)具備了構(gòu)成計(jì)算機(jī)的幾乎全部主要單元部件，在這個(gè)意義上稱之為單片微機(jī)毫不過份，正所謂“麻雀雖小，五臟俱全”。通過學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)入計(jì)算機(jī)硬件之門可收事半功倍之效。選擇單片機(jī)作為接近PC機(jī)硬件的首選機(jī)種，不必從一開始就為眾多外圍芯片及相互間的配合弄得頭暈?zāi)X脹，這對揭開計(jì)算機(jī)神秘的面紗，無疑是一條捷徑。

（2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用

工業(yè)自動(dòng)化控制是最早采用單片機(jī)控制的領(lǐng)域之一，在測控系統(tǒng)、過程控制、機(jī)電一體化設(shè)備中主要利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)邏輯控制、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)通信等用途。單獨(dú)使用單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)一些小規(guī)模的控制功能，作為底層檢測、控制單元與上位計(jì)算機(jī)結(jié)合可以組成大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。特別在機(jī)電一體化技術(shù)中，單排年級的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其更容易發(fā)揮其集機(jī)械、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的優(yōu)勢。

（3）在智能儀器中的應(yīng)用

內(nèi)部含有點(diǎn)片劑的儀器系統(tǒng)稱為智能儀器，也稱為微機(jī)化儀器。這類儀器大多采用單片機(jī)進(jìn)行信息處理、控制及通信，與非智能化儀器相比，功能得到了強(qiáng)化，增加了諸如數(shù)據(jù)存儲、故障診斷、聯(lián)網(wǎng)集控等功能。以單片機(jī)作為核心組成智能儀器表已經(jīng)是自動(dòng)化儀表發(fā)展的一種趨勢。

（4）在家用電器中的應(yīng)用

單片機(jī)功能完善、體積小、價(jià)格廉、易于嵌入，非常適合于對家用電器的控制。嵌入單片機(jī)的家用電器實(shí)現(xiàn)了智能化，是傳統(tǒng)型家用電器的更新?lián)Q代，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于洗衣機(jī)、空調(diào)、電視機(jī)、視盤機(jī)、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種試聽設(shè)備等。

（5）在信息和通信產(chǎn)品中的應(yīng)用

信息和通信產(chǎn)品的自動(dòng)化和智能化程度很高，其中許多功能的完成都離不開單片機(jī)的參與。這里最具代表性和應(yīng)用最廣的產(chǎn)品就是移動(dòng)通信設(shè)備，例如手機(jī)內(nèi)的控制芯片就是屬于專用型單片機(jī)。另外在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備中，如鍵盤、打印機(jī)中也離不開單片機(jī)。新型單片機(jī)普遍具備通信接口，可以方便地和計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間提供連接服務(wù)創(chuàng)造了條件。

（6）在辦公自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用

現(xiàn)在辦公自動(dòng)化設(shè)備中大多數(shù)嵌入了單片機(jī)控制核心。如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、繪圖機(jī)、考勤機(jī)及電話等。通過單片機(jī)控制不但可以完成設(shè)備的基本功能，還可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。

（7）在商業(yè)營銷設(shè)備中的應(yīng)用

在商業(yè)營銷系統(tǒng)中單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于電子秤、收款機(jī)、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機(jī)、出租車計(jì)價(jià)器以及倉儲安全監(jiān)測系統(tǒng)、商場保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保險(xiǎn)系統(tǒng)等。

（8）在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用

單片機(jī)在醫(yī)療設(shè)施及醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如在醫(yī)用呼吸機(jī)、各種分析儀、醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)中都得到了實(shí)際應(yīng)用。

（9）在汽車電子產(chǎn)品中的應(yīng)用

現(xiàn)代汽車的集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和運(yùn)行監(jiān)視器等裝置中都離不開單片機(jī)。特別是采用現(xiàn)場總線的汽車控制系統(tǒng)中，以單片機(jī)擔(dān)當(dāng)核心的節(jié)點(diǎn)通過協(xié)調(diào)、高效的數(shù)據(jù)傳送不僅完成了復(fù)雜的控制功能，而且簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語

單片機(jī)與我們的生活息息相關(guān)，它在社會的各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著十分重要的作用。單片機(jī)作為核心部件，在未來會進(jìn)一步擴(kuò)大影響。本文就單片機(jī)的基本概念及應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行說明，對其未來發(fā)展簡單分析。

參考文獻(xiàn)

[1]李朝青 2005 《單片機(jī)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》

[2]顧海林 淺議單片機(jī)未來的發(fā)展前景 2012.6 《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》

作者簡介

陳政宇（1996-），男，就讀于鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院。身份證號：412702199606048157