單片機(jī)技術(shù)綜述

高海亮

摘 要：隨著人工智能技術(shù)的快速崛起，第三次工業(yè)革命來了新的巔峰。而單片機(jī)作為大規(guī)模超大規(guī)模集成電路必不可少的硬件，更是科技企業(yè)開發(fā)的重中之重。單片機(jī)目前已進(jìn)入高速發(fā)展階段，因此對(duì)單片機(jī)有適度的了解將有助于我們更好的了解電子產(chǎn)品或從事一些簡(jiǎn)單開發(fā)工作。本文將從單片機(jī)基本介紹、單片機(jī)特點(diǎn)、單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域、單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)這幾個(gè)方面對(duì)單片機(jī)做簡(jiǎn)要介紹。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);微控制器;智能化

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）22-0063-02

0 引言

目前我們正處于一個(gè)智能化的時(shí)代，智能手機(jī)、平板等智能型產(chǎn)品正在大規(guī)模普及和應(yīng)用，給我們的生活帶來了許多的便利，在這其中，單片機(jī)因其小巧靈活、性能優(yōu)越、智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)，扮演著愈發(fā)重要的角色。當(dāng)前市面上單片機(jī)型號(hào)種類眾多，正在家電領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。本文將從單片機(jī)基本介紹，單片機(jī)特點(diǎn)，單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)這幾個(gè)方面對(duì)單片機(jī)做簡(jiǎn)要介紹。

1 單片機(jī)基本介紹

單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）是指將眾多計(jì)算機(jī)模塊壓縮集合到一塊芯片上而形成的計(jì)算機(jī)，又叫做微控制器或嵌入式控制器，其主要組成部件包括ROM、RAM、IO接口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。目前大部分單片機(jī)還沒有供外部拓展的總線，來滿足更多元的需求。如MCS-51系列單片機(jī)有由PO構(gòu)成的八位數(shù)據(jù)總線，P2、P0口構(gòu)成的16位地址總線，用來擴(kuò)展內(nèi)存。此外，為適應(yīng)自動(dòng)化及系統(tǒng)化的需求，單片機(jī)還配有不同的接口電路。例如MCS-51系列設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換，V/F轉(zhuǎn)換接口，并設(shè)有編程引腳[1]。下面將對(duì)常見單片機(jī)型號(hào)進(jìn)行介紹。

1.1 Intel單片機(jī)

由Intel公司推出的MCS-51系列單片機(jī)以及此公司所推出的其它款單片機(jī)，是目前我們生活中應(yīng)用最多的單片機(jī)之一。除了Intel公司以外，ATMEL和飛利浦公司同樣可以生產(chǎn)MCS-51系列單片機(jī)，并在原有系列基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級(jí)和改良，推出了與原有型號(hào)兼容且功能更為豐富、性能更為強(qiáng)勁的單片機(jī)型號(hào)。尤其是以MCS-51系列單片機(jī)為模板的增強(qiáng)型單片機(jī)一代接一代地推出，無論在工業(yè)控制、儀器儀表、信息通信，還是在交通、航運(yùn)、家用電器領(lǐng)域，都得到了重視和廣泛應(yīng)用。這一系列單片機(jī)因有著不錯(cuò)的性價(jià)比和較高的可靠度占有著廣泛的市場(chǎng)[2]。

1.2 Philips51單片機(jī)

飛利浦公司是目前市場(chǎng)中開發(fā)兼容MCS-51單片機(jī)系列最多的企業(yè)之一，其具體型號(hào)的數(shù)量高達(dá)上百種。飛利浦公司的主要單片機(jī)型號(hào)分為8位單片機(jī)和16位單片機(jī)，其中8位單片機(jī)包括P80CX X、P87Cx x和P89Cx x等型號(hào)，16位單片機(jī)包括PXACx X、PXAGx x和PXASX x等型號(hào)。在這其中，P8XC552是市場(chǎng)中最受歡迎和應(yīng)用最廣泛的型號(hào)之一，既提供了80C51型號(hào)單片機(jī)的所有功能，而且增加了A-D轉(zhuǎn)換單元、PWM輸出等功能，因而在工業(yè)生產(chǎn)、發(fā)動(dòng)機(jī)、過程控制等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，P8XC552的指令系統(tǒng)與80C51系列完全兼容，給用戶提供了多種選擇來兼容使用MCS-51系列單片機(jī)的設(shè)備或?qū)σ恍┰O(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使其適合各種不同的應(yīng)用場(chǎng)合[3]。

1.3 STC單片機(jī)

目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的STC系列單片機(jī)也越來越受到用戶的關(guān)注和歡迎。STC單片機(jī)是一種增強(qiáng)型單片機(jī)，內(nèi)核為8051，具有單周期和存儲(chǔ)容量大的鮮明特點(diǎn)。相比于普通的51系列芯片，STC單片機(jī)擁有最大為64kb的FLASH程序存儲(chǔ)器和最大為1280B的SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因此在市場(chǎng)上有著強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，也能夠支撐更多更廣泛的應(yīng)用。除此之外，STC芯片也較之普通51芯片有許多補(bǔ)充功能模塊，例如保證安全的WDT模塊、UART串口、PWM產(chǎn)生模塊、SPI借口模塊、A-D數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊等。此款產(chǎn)品如此多元的設(shè)計(jì)保證了它強(qiáng)大的適應(yīng)性，同時(shí)，STC芯片還具備低功耗模式，能在低電平的情況下以低功耗方式工作。

此外，為便于系統(tǒng)開發(fā)，STC芯片還設(shè)有ISP/IAP模塊，能讓設(shè)計(jì)者對(duì)單片機(jī)進(jìn)行在系統(tǒng)和在應(yīng)用上的編程，使得系統(tǒng)研發(fā)省去仿真器調(diào)試等過程，極大地便利了開發(fā)者對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和開發(fā)，縮短了新產(chǎn)品的研發(fā)周期[3]。

1.4 PIC單片機(jī)

PIC單片機(jī)是由美國(guó)MicroChip公司研發(fā)的產(chǎn)品，其CPU采用精簡(jiǎn)指令集（ Reduced Instruction Set Computing， RISC）技術(shù)結(jié)構(gòu)，分別有33、35、38條指令（視單片機(jī)的級(jí)別而定）的規(guī)格，內(nèi)部采用Haryard雙總線結(jié)構(gòu)，且大多數(shù)指令為單周期，這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了運(yùn)算邏輯提高了程序運(yùn)行效率。運(yùn)行速度快、工作電壓低、功耗低、輸人/輸出直接驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)、價(jià)格低、體積小等優(yōu)點(diǎn)是PIC系列單片機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[4]。

2 單片機(jī)特點(diǎn)

單片機(jī)與微處理器有著不同的側(cè)重點(diǎn)，單片機(jī)更注重控制功能的強(qiáng)化，在實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)用性與可靠性，同時(shí)兼顧運(yùn)算性能與性價(jià)比。從市場(chǎng)上主流的幾款單片機(jī)中我們可以看出：相較于微處理器，單片機(jī)的可擴(kuò)展性更強(qiáng)，并且擁有著更高的實(shí)用性和性價(jià)比，適合運(yùn)用于模塊化設(shè)計(jì)的裝備。具體來說，單片機(jī)的特點(diǎn)包括以下方面。

2.1 品種多樣

當(dāng)前，我國(guó)目前最常用的單片機(jī)型號(hào)有Intel公司的MCS-51系列，MCS-96系列，Philip公司的87/80系列，ATMEL公司的89系列，AVR系列，MicroChip公司的PIC系列等。其型號(hào)種類繁多，各自特點(diǎn)不同，正廣泛應(yīng)用在不同的領(lǐng)域之中。

2.2 實(shí)用靈活

單片機(jī)當(dāng)前的主流位數(shù)為8位和16位，同時(shí)不同型號(hào)單片機(jī)的CPU和通用微處理器功能大致相同，高端型號(hào)還具有諸如位處理、乘除法運(yùn)算、跳轉(zhuǎn)、秒表、終端等高級(jí)功能。

2.3 性價(jià)比高

目前新型單片機(jī)的性能較之前有較大的提升，對(duì)安裝設(shè)備的空間結(jié)構(gòu)要求進(jìn)一步降低，性價(jià)比有所提升[4]。

3 單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 家用電器領(lǐng)域

現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)的單片機(jī)很多系列都適合用于嵌入式控制電器，而且需求量、使用量最大的無疑是家用電器。因此，單片機(jī)在家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用十分的廣泛，憑借單片機(jī)的運(yùn)算能力，家用電器在提高品質(zhì)和性能的同時(shí)，也逐漸向智能化的方向進(jìn)行發(fā)展。由于家用電器體積小，所以對(duì)控制器的體積要求更加苛刻，以便能嵌入其結(jié)構(gòu)之中，為其它的嵌入部件騰出更多的空間，因此單片機(jī)成為了許多家用電器的核心控制芯片。

3.2 工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域

單片機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中也有著大面積的使用，且被廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造機(jī)器人及控制系統(tǒng)中，在工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中有著不可替代的作用。如在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛技術(shù)中，基礎(chǔ)通信、無線電的信息傳輸中，單片機(jī)都有舉足輕重的作用。目前全球工業(yè)正處于向智能化，自動(dòng)化轉(zhuǎn)型的時(shí)期，伴隨著Artificial Intelligence的飛速發(fā)展，未來工業(yè)單片機(jī)的需求量會(huì)更加巨大，由此觀之單片機(jī)的前景十分美好[4]-[5]。

4 單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

目前單片機(jī)已進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期，功能也變得越來越完善。如新一代的MCS-51系列單片機(jī)新增了外部接口功能單元，并且在芯片內(nèi)集成了ADC，DAC，PWM，PCA以及WDT等端口，使功能更加豐富。另外，有一些公司已研制出了高速單周期單片機(jī)，即將入駐市場(chǎng)。

單片機(jī)的技術(shù)發(fā)展需要眾多的技術(shù)做鋪墊，如微處理技術(shù)，大規(guī)模超大規(guī)模集成電路技術(shù)等。這些技術(shù)的發(fā)展對(duì)單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展起先導(dǎo)作用。而單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展表現(xiàn)出的趨勢(shì)主要有：?jiǎn)纹瑱C(jī)運(yùn)算速度越來越快，一些外圍電路的內(nèi)置化，大容量的機(jī)身配合高性能的硬件，小容量的機(jī)身有著高性價(jià)比，低電壓與低功耗等[5]。

5 結(jié)語

回顧前文，本文主要對(duì)單片機(jī)的基本組成，單片機(jī)的特點(diǎn)，目前主流的幾款單片機(jī)，單片機(jī)的應(yīng)用這幾個(gè)方面對(duì)單片機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。單片機(jī)有著悠久的歷史，在全球工業(yè)化及自動(dòng)化的進(jìn)程中有著不可替代的作用。在我看來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們會(huì)越來越依賴單片機(jī)，而單片機(jī)也會(huì)發(fā)展的越來越先進(jìn)，應(yīng)用也會(huì)更加廣泛。未來的世界是5G的世界，是萬物互聯(lián)的世界，這場(chǎng)智能的盛宴中單片機(jī)將是主角，也將是智能的基礎(chǔ)。所以，我們要想將智能產(chǎn)品做的更好，首先要提升單片機(jī)這項(xiàng)硬件實(shí)力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李夢(mèng)佳，王巖巖.單片機(jī)的原理概述[J].中國(guó)電子商務(wù)，2014（10）：57.

[2] 鄺小磊.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)綜述[J].信息化研究，2001，27（3）：12-16.

[3] 趙建周.單片機(jī)及其發(fā)展綜述[J].安陽工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，10（6）：50-54.

[4] 居水榮.單片機(jī)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].半導(dǎo)體情報(bào)，2001，38（2）：15-18.

[5] 王嘯東.單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)[J].今日科苑，2010（6）：46.