淺析單片機的應用與發展

吳育軍

摘要：我國的單片機起步雖然較晚，但經過幾十年的發展，也取得了巨大的成就。不論是工業生產還是社會生活的各個方面都離不開單片機的使用。文章試圖闡述單片機的概念，總結單片機的應用范圍及預測單片機的發展趨勢，以期能夠為單片機的使用者及研究者提供一些有意義的參考。

關鍵詞：單片機；應用范圍；發展趨勢

1 單片機的概念和工作原理

1.1 單片機的概念

單片機（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU，隨機存儲器RAM，只讀存儲器ROM，多種I/O接口和中斷系統、定時器/計數器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器，A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統，在工業控制領域廣泛應用。當前，單片機已經廣泛應用于我國的熱處理設備、傳感器、設備自動化改造、智能家居等中。甚至可以說，單片機就是一個微縮型的電腦，它的功能與它的體積和質量的特點使得它具有巨大的發展潛力。雖然單片機的發展已經取得了巨大的成就，但是隨著當今科技的發展，單片機也在不斷地完善。在不久的將來，必將看到單片機在我國的工業生產和社會生活中更廣泛的應用，為我國的社會主義事業做出巨大的貢獻。

1.2 單片機的工作原理

單片機的工作原理就是組成其的各個模塊獨自完成自己工作的原理。單片機本質上就是將這些模塊集合到同一個電路板上。單片機的工作原理在某種程度上有些類似于計算機系統，當然不盡相同。單片機的各個模塊的職能不同，一般來說，每個模塊的職能都是獨立完成自己的職能。這些基本模塊就是一個個指令，當把這些指令集合起來就構成了指令系統。單片機一般是將程序存儲在寸存儲器中，當單片機需要執行命令的時候，就從存儲器中調取程序去執行命令。

2 單片機的應用范圍

隨著我國單片機技術的發展，單片機大量應用于工業領域的各個方面。下面作者就具體的應用總結如下：

2.1 單片機在熱處理設備中的應用

在我國的工業發展中，熱處理設備是重要的工業設備之一。熱處理設備是直接關系著工業生產效率的工業技術。單片機在熱處理設備中的應用得到了巨大的成功。曾經人工難以控制的熱處理設備，在使用了單片機后，大大增強了熱處理設備的控制，對熱處理設備的控制也更加精準。一般來說，單片機在熱處理設備上的最有效和直接的應用就是對熱處理設備工藝參數的控制，這些工藝參數包括環境溫度、氣體壓力、加工處理時間等，單片機將這些參數集成到單片機上進行控制，實現了數字化處理。再者，單片機上的存儲功能可以存儲熱處理設備上的所有相關數據并對當前數據進行監測，一旦當前的熱處理設備出現問題，會第一時間發現問題并解決問題。最后，單片機在熱處理設備上的一個最大的應用就是對生產線的控制。應用單片機進行生產線整體化控制，最大程度地保證了車間生產的可靠度和穩定性。通過建立生產微機系統，可以根據具體加工工件種類、數量和質量要求進行統一化管理。

2.2 單片機在傳感器發展方面的應用

我國目前傳感器的發展已經相對比較成熟，但是由于傳感器的統一標準始終未制定，目前市場上的傳感器的信號輸入和輸出頻率均不同，其工作原理也各不相同。這種沒有標準化的生產模式，必然會阻礙這個產業的發展，傳感器產業也不例外。隨著我國整體經濟的發展，我國的科技水平也得到了大力的發展，單片機得到了空前的發展機遇，單片機的運算能力在不斷地擴大，單片機的質量和體積卻在不斷地變小，傳感器也越來越影響著我國的工業生產的產值和效率。但是我國單片機的一個重要缺點是傳感器沒有一個統一的質量標準和檢驗標準。標準化電路的傳感器應當具備如下6種特點：一是放大傳感器的信號，并進行符合統一標準的輸出；二是傳感器應具備溫度補償技術；三是傳感器應具備線性校正技術；四是傳感器應具備存儲信號的功能；五是傳感器應能夠對信號進行簡單的處理功能；六是各種傳感器要能夠共同連接在高一級的控制單元上，并能夠很好地兼容和互換。隨著傳感器的標準化進程不斷推進，這也會促使智能儀表的規范化進程，并大大提高智能儀表測試數據的準確性和降低其成本。

2.3 單片機在設備自動化改造中的應用

單片機在設備自動化的改造中的意義重大，單片機的出現大大減少了工人對設備的操作和使用，既降低了工人的工作強度，也保證了設備的生產精度。在單片機大量投入設備的自動化改造中，大大提高了工廠的生產效率及總產值，使得企業有了更大的競爭力。

2.4 單片機在智能家居中的應用

智能家居，這個曾經只是在歐美電視節目上才能看到的產品，如今開始逐漸走入我國的普通家庭生活中。雖然現在智能家居的使用量總體不高，但是呈逐年增加的趨勢。智能家居本質上就是各種有通訊信息的家居通過某種技術串聯起來，使用同一個設備對其控制。我國的智能家居發展起步較晚，與國外的智能家居相比技術含量較低，產品技術亟待提高。隨著我國單片機技術的發展，在技術上對智能家居的發展起到了極其利好的消息。單片機對于智能家居，就類似于人腦之于人。單片機在智能家居發展中的趨勢有以下幾個方面。首先，CMOS化。CMOS就意味著低功耗，而低功耗是當前家居發展的主流趨勢，不論是國家層面還是使用者都十分注重對能耗的要求。其次，大容量的趨勢。隨著人們對智能家居品質需求的提高，越來越多的智能家居的使用需要單片機的存儲容量不斷增大。最后，高性能的趨勢。智能家居的不斷發展也需要單片機的性能不斷地提高，尤其是單片機上的CPU的性能，直接影響著單片機的性能進而影響對智能家居的控制。

3 單片機的發展趨勢

3.1 單片機的大容量化趨勢

隨著工業生產和生活的需要，產品對單片機的容量需求也在不斷地提高。過去曾經能滿足的容量，可能已經無法滿足當前的工業生產和生活的需要。單片機的存儲容量在不斷地增大是當今單片機的總體發展趨勢之一。

3.2 單片機低功耗的趨勢

隨著我國整個國家的科技水平的提高，全國都開始注重經濟的質量，而這種質量的一個重要參數就是低能耗、低碳。單片機作為我國工業中常見的一種技術配件，它的低功耗也成為一種趨勢。例如，現在的單片機的狀態選擇模式也是充分考慮了低功耗的要求，有等待狀態、睡眠狀態、關閉狀態等等，這樣的模式大大節約了能耗。處于低壓工作狀態的單片機，它的電流消耗級別僅處在μA或nA級別，這也大大促進了便攜式、手持式等通過電池供電的儀器。單片機的低功耗已經成為當今的發展趨勢之一。

3.3 單片機微型化的趨勢

隨著單片機技術的不斷發展以及工業生產和生活的需要，在同樣面積的芯片上可以集成更多的模塊。同時，芯片的兼容性也得到了巨大的發展，不同的模塊可以直接熔接在單片機上。在這種情況下，使得單片機的使用范圍不斷擴大，對接性也更強。單片機的微型化已經成為當今的發展趨勢之一。

3.4 單片機制作工藝的CMOS趨勢

出于單片機的低功耗的需求，市場上需要一種技術來滿足這種需求。而CMOs恰恰能夠實現這種低功耗的需求，它不僅功耗可以降到很低，對工作電壓的要求也大大降低。這些要求的降低，使得單片機的設計者有了更大的工作內容選擇機會。當前，CMOS電路已經成為最主要的單片機半導體工藝。CMOS代表著最先進的低耗設計理念，也已經成為單片機的制作工藝的趨勢。

4 結語

單片機從無到有，從與人們的生活毫無關系到無處不在、時時刻刻地影響著人們的生活。不論是外出乘坐的飛機、高鐵、汽車等等，還是日常生活中常用的各種電子產品，都有著單片機的身影。這就足以說明單片機對人們生活的影響力。當然，這種影響力不只是在生活方面，在工業生產方面也都有著重要的影響作用。雖然單片機的發展已經取得了巨大的成就，但是隨著當今科技的發展，單片機也在不斷地完善。單片機仍然有很多需要完善的技術和功能特點。在不久的將來，必將看到單片機在我國的工業生產和社會生活中更廣泛的應用，為我國的社會主義事業提供服務。