嵌入式單片機(jī)

武慧東 羅寧 何鑫 中北大學(xué)（朔州校區(qū)）

引言：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，近年來，伴隨著計(jì)算機(jī)在大規(guī)模集成電路的發(fā)展和社會(huì)領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)應(yīng)用正在不斷地走向深入。由于它具有功能強(qiáng)，體積小,功耗低，性價(jià)比高，使用方便等特點(diǎn)，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。概括地講，單片機(jī)就是一塊芯片集成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它體積小、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。

1 、單片機(jī)的誕生與發(fā)展

所謂 “單片機(jī)”，就是單片微型計(jì)算機(jī)，它是一種選取超大規(guī)模 集成電路技術(shù)進(jìn)行作業(yè)的集成芯片，通常由控制器、存儲(chǔ)器、輸入 及輸出設(shè)備等部分組成。具備成熟的電子微型系統(tǒng)，其也是工業(yè)領(lǐng)域非常典型的微型機(jī)械控制器。自單片機(jī)誕生之后，其始終保持著迅猛的發(fā)展勢頭，并且引起了全球眾多半導(dǎo)體廠家的重視，慢慢衍生出類型豐富的單片機(jī)，總而言之，電子計(jì)算機(jī)大致經(jīng)歷了由電子管變?yōu)榫?體管、再到小中大集成電路、最后到大規(guī)模集成電路的發(fā)展階段。 與此同時(shí)，伴隨著大規(guī)模集成電路科技的進(jìn)步，單片微型電子科技 愈發(fā)成形，并迅速蔓延到眾多領(lǐng)域當(dāng)中。

2 、單片機(jī)的 硬件特性及基本結(jié)構(gòu)

主流單片機(jī)包括CPU、4KB容量的RAM、128 KB容量的ROM、 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；單片機(jī)可靠性高，可工作到10^6 ～10^7小時(shí)無故障；處理功能強(qiáng)，速度快。、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品控制功能強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。單片機(jī)主要由運(yùn)算器控制器主要寄存器構(gòu)成。

3 、單片機(jī)的功能及特點(diǎn)

現(xiàn)如今，單片機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中的運(yùn)用十分廣泛，比如說：實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能儀表、電力工業(yè)等。單片機(jī)具備邏輯控制能力以及智能操控能力，結(jié)構(gòu)較為緊湊，體積輕盈，質(zhì)量較輕，能耗不高，同時(shí)具有良好的擴(kuò)展性，并且可以按照預(yù)先設(shè)定的程序?qū)崿F(xiàn)諸多基本的生產(chǎn)操作。按照功能的差異可以分成諸多類型，其中最基本的幾個(gè)類型分別為：專用型、通用型以及控制型等。單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由傳感、軟件、測控、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等各個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。單片機(jī)于上世紀(jì)70年代初問世，最初主要被應(yīng)用于工業(yè)行業(yè)，九十年代后期才逐漸被引入到電子科技領(lǐng)域，處理獲得了極大提高，相比之下，現(xiàn)在我們使用的單片機(jī)較之前具備更高的 集成化和自動(dòng)化程度，同時(shí)結(jié)合納米技術(shù)，使得自身功能越發(fā)全面 強(qiáng)大，體積不斷縮減，基本達(dá)到了模塊化需求，這就給設(shè)備自動(dòng)化 改造提供了充足的技術(shù)支撐。除此之外，盡管受到集成程度的束縛，內(nèi)存儲(chǔ)量不大，然而其外部擴(kuò)展容量非常大。再加上不錯(cuò)的控制性能、極快的運(yùn)行速率，更為關(guān)鍵的是單片機(jī)的研發(fā)非常簡單，開發(fā)周期不長，便于產(chǎn)品化。

4 、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇智能儀器、機(jī)械控制、家用電器、網(wǎng)絡(luò)和通信汽車電子。此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。在現(xiàn)代社會(huì)里，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速進(jìn)步深深影響并改變了人們的日常生產(chǎn)生活，大大促進(jìn)了社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。而建立在信息化基礎(chǔ)上的電子工程技術(shù)的飛速發(fā)展是促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的重要原因之一。當(dāng)前我國在單片機(jī)技術(shù)與電子工程結(jié)合的技術(shù)上取得了重要發(fā)展。為此對(duì)電子工程技術(shù)在單片機(jī)應(yīng)用中的問題進(jìn)行研究加以解決。，并推動(dòng)其快速發(fā)展，最終促進(jìn)我國工業(yè)的飛速發(fā)展，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。題。單片機(jī)系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng) 的—部分，主要集中在中、低端應(yīng)用領(lǐng)域。

結(jié)束語：綜上所述，單片機(jī)的問世與發(fā)展，是電子計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域中的一次巨大飛躍其有效推動(dòng)了各領(lǐng)域、各行業(yè)的自動(dòng)化、智能化 和數(shù)字化的發(fā)展，比如說在工業(yè)領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域等方面均獲得了可喜的成績。單片機(jī)在設(shè)備自動(dòng)化改造當(dāng)中的廣泛運(yùn)用提升了整個(gè)控制系統(tǒng)的有效性和穩(wěn)定性，對(duì)設(shè)備自動(dòng)化改造發(fā)揮了不可替代的效用，也更好地契合了未來工業(yè)行業(yè)發(fā)展的高效率、低誤差的機(jī) 器自動(dòng)化運(yùn)作的特點(diǎn)。伴隨著社會(huì)科技的迅速發(fā)展，必然會(huì)有越來 越多的新型技術(shù)問世，最終給社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步與發(fā)展創(chuàng)造更加有利的條件。