單片機技術綜述

高海亮

摘 要：隨著人工智能技術的快速崛起，第三次工業革命來了新的巔峰。而單片機作為大規模超大規模集成電路必不可少的硬件，更是科技企業開發的重中之重。單片機目前已進入高速發展階段，因此對單片機有適度的了解將有助于我們更好的了解電子產品或從事一些簡單開發工作。本文將從單片機基本介紹、單片機特點、單片機應用領域、單片機發展趨勢這幾個方面對單片機做簡要介紹。

關鍵詞：單片機;微控制器;智能化

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0063-02

0 引言

目前我們正處于一個智能化的時代，智能手機、平板等智能型產品正在大規模普及和應用，給我們的生活帶來了許多的便利，在這其中，單片機因其小巧靈活、性能優越、智能化程度高等優點，扮演著愈發重要的角色。當前市面上單片機型號種類眾多，正在家電領域、工業生產等領域發揮著重要的作用。本文將從單片機基本介紹，單片機特點，單片機應用領域，單片機發展趨勢這幾個方面對單片機做簡要介紹。

1 單片機基本介紹

單片機（單片微型計算機）是指將眾多計算機模塊壓縮集合到一塊芯片上而形成的計算機，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、定時器、計數器等。目前大部分單片機還沒有供外部拓展的總線，來滿足更多元的需求。如MCS-51系列單片機有由PO構成的八位數據總線，P2、P0口構成的16位地址總線，用來擴展內存。此外，為適應自動化及系統化的需求，單片機還配有不同的接口電路。例如MCS-51系列設有A/D轉換，V/F轉換接口，并設有編程引腳[1]。下面將對常見單片機型號進行介紹。

1.1 Intel單片機

由Intel公司推出的MCS-51系列單片機以及此公司所推出的其它款單片機，是目前我們生活中應用最多的單片機之一。除了Intel公司以外，ATMEL和飛利浦公司同樣可以生產MCS-51系列單片機，并在原有系列基礎上進行了升級和改良，推出了與原有型號兼容且功能更為豐富、性能更為強勁的單片機型號。尤其是以MCS-51系列單片機為模板的增強型單片機一代接一代地推出，無論在工業控制、儀器儀表、信息通信，還是在交通、航運、家用電器領域，都得到了重視和廣泛應用。這一系列單片機因有著不錯的性價比和較高的可靠度占有著廣泛的市場[2]。

1.2 Philips51單片機

飛利浦公司是目前市場中開發兼容MCS-51單片機系列最多的企業之一，其具體型號的數量高達上百種。飛利浦公司的主要單片機型號分為8位單片機和16位單片機，其中8位單片機包括P80CX X、P87Cx x和P89Cx x等型號，16位單片機包括PXACx X、PXAGx x和PXASX x等型號。在這其中，P8XC552是市場中最受歡迎和應用最廣泛的型號之一，既提供了80C51型號單片機的所有功能，而且增加了A-D轉換單元、PWM輸出等功能，因而在工業生產、發動機、過程控制等領域中得到了廣泛的應用。此外，P8XC552的指令系統與80C51系列完全兼容，給用戶提供了多種選擇來兼容使用MCS-51系列單片機的設備或對一些設備進行改進，使其適合各種不同的應用場合[3]。

1.3 STC單片機

目前市場上出現的STC系列單片機也越來越受到用戶的關注和歡迎。STC單片機是一種增強型單片機，內核為8051，具有單周期和存儲容量大的鮮明特點。相比于普通的51系列芯片，STC單片機擁有最大為64kb的FLASH程序存儲器和最大為1280B的SRAM數據存儲器，因此在市場上有著強大的競爭力，也能夠支撐更多更廣泛的應用。除此之外，STC芯片也較之普通51芯片有許多補充功能模塊，例如保證安全的WDT模塊、UART串口、PWM產生模塊、SPI借口模塊、A-D數模轉換模塊等。此款產品如此多元的設計保證了它強大的適應性，同時，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，為便于系統開發，STC芯片還設有ISP/IAP模塊，能讓設計者對單片機進行在系統和在應用上的編程，使得系統研發省去仿真器調試等過程，極大地便利了開發者對產品系統進行調試和開發，縮短了新產品的研發周期[3]。

1.4 PIC單片機

PIC單片機是由美國MicroChip公司研發的產品，其CPU采用精簡指令集（ Reduced Instruction Set Computing， RISC）技術結構，分別有33、35、38條指令（視單片機的級別而定）的規格，內部采用Haryard雙總線結構，且大多數指令為單周期，這種設計簡化了運算邏輯提高了程序運行效率。運行速度快、工作電壓低、功耗低、輸人/輸出直接驅動能力較強、價格低、體積小等優點是PIC系列單片機的競爭優勢[4]。

2 單片機特點

單片機與微處理器有著不同的側重點，單片機更注重控制功能的強化，在實際應用中的實用性與可靠性，同時兼顧運算性能與性價比。從市場上主流的幾款單片機中我們可以看出：相較于微處理器，單片機的可擴展性更強，并且擁有著更高的實用性和性價比，適合運用于模塊化設計的裝備。具體來說，單片機的特點包括以下方面。

2.1 品種多樣

當前，我國目前最常用的單片機型號有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。其型號種類繁多，各自特點不同，正廣泛應用在不同的領域之中。

2.2 實用靈活

單片機當前的主流位數為8位和16位，同時不同型號單片機的CPU和通用微處理器功能大致相同，高端型號還具有諸如位處理、乘除法運算、跳轉、秒表、終端等高級功能。

2.3 性價比高

目前新型單片機的性能較之前有較大的提升，對安裝設備的空間結構要求進一步降低，性價比有所提升[4]。

3 單片機應用領域

3.1 家用電器領域

現在市場上出現的單片機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，單片機在家用電器領域的應用十分的廣泛，憑借單片機的運算能力，家用電器在提高品質和性能的同時，也逐漸向智能化的方向進行發展。由于家用電器體積小，所以對控制器的體積要求更加苛刻，以便能嵌入其結構之中，為其它的嵌入部件騰出更多的空間，因此單片機成為了許多家用電器的核心控制芯片。

3.2 工業生產領域

單片機在工業生產中也有著大面積的使用，且被廣泛應用于工業制造機器人及控制系統中，在工業自動化進程中有著不可替代的作用。如在汽車發動機、駕駛控制系統、自動駕駛技術中，基礎通信、無線電的信息傳輸中，單片機都有舉足輕重的作用。目前全球工業正處于向智能化，自動化轉型的時期，伴隨著Artificial Intelligence的飛速發展，未來工業單片機的需求量會更加巨大，由此觀之單片機的前景十分美好[4]-[5]。

4 單片機發展趨勢

目前單片機已進入高速發展的時期，功能也變得越來越完善。如新一代的MCS-51系列單片機新增了外部接口功能單元，并且在芯片內集成了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，即將入駐市場。

單片機的技術發展需要眾多的技術做鋪墊，如微處理技術，大規模超大規模集成電路技術等。這些技術的發展對單片機技術的發展起先導作用。而單片機技術的發展表現出的趨勢主要有：單片機運算速度越來越快，一些外圍電路的內置化，大容量的機身配合高性能的硬件，小容量的機身有著高性價比，低電壓與低功耗等[5]。

5 結語

回顧前文，本文主要對單片機的基本組成，單片機的特點，目前主流的幾款單片機，單片機的應用這幾個方面對單片機進行了簡單介紹。單片機有著悠久的歷史，在全球工業化及自動化的進程中有著不可替代的作用。在我看來，隨著科學技術的發展，我們會越來越依賴單片機，而單片機也會發展的越來越先進，應用也會更加廣泛。未來的世界是5G的世界，是萬物互聯的世界，這場智能的盛宴中單片機將是主角，也將是智能的基礎。所以，我們要想將智能產品做的更好，首先要提升單片機這項硬件實力。

參考文獻

[1] 李夢佳，王巖巖.單片機的原理概述[J].中國電子商務，2014（10）：57.

[2] 鄺小磊.單片機應用技術綜述[J].信息化研究，2001，27（3）：12-16.

[3] 趙建周.單片機及其發展綜述[J].安陽工學院學報，2011，10（6）：50-54.

[4] 居水榮.單片機及其發展趨勢[J].半導體情報，2001，38（2）：15-18.

[5] 王嘯東.單片機的發展趨勢[J].今日科苑，2010（6）：46.