單片機中電子技術的應用與發展

王慧林

摘 要 近年來，電子技術迅猛發展，各種微型處理器在嵌入式處理市場扮演著愈來愈重要的角色。20世紀70年代中期，早期4位單片機的出現引領了電子市場的智能化，而新技術的發展和進步則帶動了微處理器市場的日益繁榮。文章首先介紹通用性單片機的構成模塊以及工作原理，然后介紹通用性單片機在電子技術領域的應用分析，最后分析了單片機在電子技術中的發展趨勢。

關鍵詞 嵌入式；單片機；電子技術；發展應用

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0070-01

1 單片機的發展、構成及工作原理

根據摩爾定律我們知道，相同面積的集成電路上的晶體管的數目在十八個月內變成原來的兩倍，并且其性能也變為原來兩倍。通俗的講，也就是每十八個月，電子類產品的性能將會翻兩番。現代電子技術的迅猛發展，嵌入式技術的發展也愈發成為研究的熱點和各智能廠商開辟的新熱點。單片機是集成電路芯片中的一種，是采用超大規模集成電路技術把各種功能模塊集成在一塊硅基片上的微型處理器系統。它具有體積小巧、高可靠性、成本低廉等優點，在工業控制、儀器儀表、家電等場合廣泛應用。一般單片機的硬件最小的系統包括：CPU（中央處理器）、RAM（隨機存儲器）、ROM（只讀存儲器）、I/O（輸入輸出口），以上能實現最簡單的單片機模塊，它們通過地址總線（AB）、數據總線（DB）和控制總線（CB）相互連接進行數據的傳輸交換。而隨著電子技術的發展，Interrupt（中斷系統）、Timer（定時器）、ADC（模數轉換模塊）甚至PWM（脈沖寬度調制）等模塊也在PIC、STM-32、AVR等系列的單片機中常見。單片機的處理速度也有了飛速發展，從一開始的4位到現在的64位，并且晶振速度也已達到3.4G赫茲。作為最常見的嵌入式微處理器，單片機在推動電子技術的發展方面起到了先驅的作用。

從處理器來理解，單片機即是一個小型計算機。CPU類似于計算機的處理器，負責運算處理等；RAM就類似于計算機的內存，掉電數據即失；ROM則相當于計算機中的硬盤，為掉電非易失模塊，不同的是部分單片機的ROM為一次刻寫的，有些可以多次擦寫，具體根據應用場合進行選擇；I/O口則根據外部設備進行選擇，類似計算機中有USB、HDMI等接口可以用于不同的設備。

2 單片機的應用分析

強大的功能，低廉的價格，作為性價比最高的微型處理器，單片機在諸多領域得到了廣泛應用。最早用在工業控制場合的單片機如今依然是工控界的中流砥柱，家用電器的智能化、人性化要求也促進了單片機進入家電產業，早期儀器儀表普遍采用機械式的結構，測量誤差較大，精確的ADC模塊和單片機的結合給儀器儀表界也帶來了技術革命，在各個領域單片機都取得了很大成果。

2.1 應用于復雜工控領域

在工業控制的場合，情況復雜，環境惡劣，很多時候都無法進行人工作業，此時需要各個作業機器能進行自動化操作，單片機的需求由此產生并興起。單片機采集現場的數據并進行分析處理和過程控制，全自動管理工業控制現場的各種作業設備。在核能工業、粉塵場合、以及高壓電力產業等場合，單片機的高可靠性證明了其在這些領域完全能取代人工。隨著時代電子技術的發展和其他機械行業的發展，單片機應用的工業控制領域會愈加寬廣，前景更加光明。

2.2 應用于精密儀器儀表中

儀器儀表的產生早于單片機的誕生，早期的測試儀表均使用電磁原理和機械原理，采樣的誤差大且體積笨重，使用不便。單片機以其集成度高、控制方便、高可靠性、體積輕便等多項優勢引起儀器儀表界的重視。而ADC（模數轉換模塊）的加入則完全使得單片機對儀器儀表來說，是革命的開始。傳統意義上的半自動的儀器儀表走向全自動化，并向智能化和數字化方向更進了一步。儀器儀表的生產好壞側面體現了國家的制造水準，因此應用單片機在儀器儀表中具有重大的意義。

2.3 應用于智能家電產業中

早期家電的誕生，解放了人類的雙手但也僅能簡單滿足用戶的需求，例如早期洗衣機均為半自動，簡單完成洗衣操作，然后需要手動移動進行脫水。但隨著時代的發展，人類對更高的生活品質的追求，生活中更多需要家電完成的地方增多，家電產業也不斷進行著升級和改進。單片機的給家電產業帶來發展新的經濟增長點。單片機的智能化控制，提高了家電的綜合使用性能，而單片機的發展和升級也帶動了家電產業的進一步人性化和全自動化。目前智能家居產業正是基于單片機產業的發展而前進，可以預見未來的家電市場，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。

3 單片機中電子技術的發展前景展望

3.1 中央處理器的多位多核發展

單片機系統需要處理的數據變多，除了增加系統的晶振的頻率從而減小指令周期時間，另一種方式是增加處理器的數據總線寬度。通俗來講，傳統的80C51單片機的8位數據總線寬度需要增加到16位、32位，從而每個指令周期里能處理的數據更多。另外，雙核甚至四核的出現帶動單片機多CPU的處理方式，也將大大提高單片機數據處理能力，未來的單片機的功能將更加強大。

3.2 存儲器的發展趨勢

如果CPU是單片機的大腦，那么存儲器就是“大腦”的海綿體，提供了系統的記憶功能。單位存儲器所能存儲的數據決定了整個單片機的數據處理量的大小。可以借鑒到當前DSP中多使用FLASH（閃速存儲器）介質，它能在5 V的工作電壓下進行快速的讀寫操作。FLASH融合了RAM和ROM的優點，既能簡便的像RAM一樣簡便地進行隨機讀寫操作，它的掉電非易失性又保證了數據的安全性。以上優點大大簡化了單片機運行系統的結構構成。

3.3 單片機模塊功能增強

特殊應用場合需要單片機的某特定功能非常強大，例如有些需要有驅動能力、有些能進行更多采樣通道、有些則可能需要更多的定時器，但是模塊的增多，系統對體積的要求也會變大，模塊的增多也會增加單片機的總損耗，明顯違背目前所提倡的節能環保要求。以上就要求單片機系統能夠做的更加微小化和輕量化，并能夠進行單片機的定制。

4 結束語

可以看到，單片機的存儲、數據處理速度和芯片集成功能一直是電子技術的發展重點。提升單片機的功能對提升相關行業的智能化發展具有里程碑式的重要意義，本文對當前單片機的電子技術進行簡要分析，希望電子技術和單片機行業的明天更加輝煌。

參考文獻

[1]趙欣.淺析單片機在電子技術中的應用和開發技術[J].電源技術應用，2013（02）：193.endprint