单片机的发展及应用

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1、单片机发展及应用所谓单片机(microcontroller )是指在一个集成芯片中，集成微处理器(CPU)、 存储器、基本的I/O接口以及定时/计数、通信部件，即在一个芯片上实现一台 微型计算机的基本功能。1970年微型计算机研制成功之后，随着就出现了单片 机(即单片微型计算机)。美国Intel公司1971年生产的4位单片机4004和1972 年生产的雏形8位单片机8008，特别是1976年MCS-48单片机问世以来，在 短短的二十几年间，经历了四次更新换代，其发展速度大约每二、三年要更新 一代、集成度增加一倍、功能翻一番。其发展速度之快、应用范围之广，已达 到了惊人的地步，它已渗透到生产和生

2、活的各个领域。尽管目前单片机的品种 很多，但其中最具典型性的当数Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51是 在MCS-48的基础上于80年代初发展起来的，虽然它仍然是8位的单片机，但 其功能有很大的增强。由于PHILIPS、ATMEL、WELBORD、LG等近百家IC 制造商都主产51系列兼容产品，具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特 点。因此，MCS-51应用非常广泛，成为继MCS-48之后最重要的单片机品种。 直到现在MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。国内尤以Intel的MCS-51系 列单片机应用最广。由于8位单片机的高性能价格比，估计近十年内，8位单片 机仍将是单

3、片机中的主流机型。单片机也被称为微控制器(Microcontroller)，由芯片内仅有CPU的专用处理 器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中， 使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统集成于同一硅片的器件。单片机用于控制有利于实现 系统控制的最小化和单片化，简化一些专用接口电路，如编程计数器、锁相环（PLL）、模拟开关、A/D和D/A变换器、电压比较器等组成的专用控制处理功 能的单板式微系统。单片机是所有微处理机中性价比最高的一种

4、，随着种类的不断全面，功能 不断完善，其应用领域也迅速扩大。单片机在智能仪表、实时控制、机电一体 化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。当前，8位单片机主要用 于工业控制，如温度、压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合；高效 能的16位单片机（如MCS-96、MK-68200）可用在更复杂的计算机网络。可 以说，微机测控技术的应用已渗透到国民经济的各个部门，微机测控技术的应 用是产品提高档次和推陈出新的有效途径。2单片机技术的应用随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能 化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵 活等优势，显

5、示出很强的生命力。它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能 力，对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在工业条件下稳定工作。且 单片机广泛地应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量速度 和测量精度，加强控制功能。如MCS-51系列单片机控制的“船舶航行状态自动 记录仪”、“烟叶水分测试仪”、“智能超声波测厚仪”等。单片机也广泛地应用于实 时控制系统中，例如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。 将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥其数据处理功能和 实时控制功能，使系统工作处于最佳状态，提高系统的生产效率和产品质量。从航空航天、地质石油、冶金采矿、机械电

6、子、轻工纺织等行业的分布系统与 智能控制以及机电一体化设备和产品，到邮电通信、日用设备和器械，单片机 都发挥了巨大作用。其应用大致可分为以下几方面：机电一体化设备的控制 核心。机电一体化是机械设备发展的方向。单片机的出现促进了机电一体化技 术的发展，它作为机电产品的控制器，充分发挥其自身优点，大大强化了机器 的功能，提高了机器的自动化、智能化程度。最典型的机电产品机器人，每个 关节或动作部位都是一个单片机控制系统。数据采集系统的现场采集单元。 大型数据采集系统，要求数据采集的同步性和实时性要好。使用单片机作为系 统的前端采集单元，由主控计算机发出采集命令，再将采集到的数据逐一送到 主计算机中进

7、行处理。如有些气象部门、油田采油部门以及电厂等均可采用这 样的系统。分布控制系统的前端控制器。在直接控制级的计算机分布控制系 统(DCS)中，单片机作为过程控制中每一分部操作或控制的控制器，进行数据采 集、反馈计算、控制输出，并在上位机命令的指挥下进行相应协调工作。(智 能化仪表的机芯。自动化仪表的智能化程度越来越高。采用单片机的智能化仪 表可具有自整定、自校正、自动补偿和自适应功能，还可进行数字PID调节， 软件消除电流热噪声等等，解决传统仪表所不能解决的难题。单片机的应用使 这种性能如虎添翼，如自动计费电度表、燃气表中已有这方面的应用。许多工 业仪表中的智能流量计，气体分析仪、成分分析仪等

8、也采用了这项技术。甚至 有的保健治疗仪中也采用了单片机控制。消费类电子产品控制。该应用主要 反映在家电领域，如洗衣机、空调器、保安系统、VCD视盘机、电子秤、IC卡、 手机、BP机等。这些设备中使用了单片机机芯后，大大提高了其控制功能和性 能，并实现了智能化、最优化控制。终端及外围设备控制。计算机网络终端设备，如银行终端、商业POS（自动收款机）以及计算机外围设备如打印机、 通信终端和智能化UPS等。在这些设备中使用单片机，使其具有计算、存储、 显示、输入等功能，具有和计算机连接的接口，使计算机的能力及应用范围大 大提高。总之，随着信息时代的到来，传统单片机固有的结构缺陷，使其呈现出诸多弊 端

9、。其速度、规模、性能等指标越来越难以满足用户需求、因此单片机芯片的 开发，升级面临着新的挑战。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1. 低功耗CMOS化MCS-51系列的80C51推出时的功耗达120mW，而现在的单片机普遍都 在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商 基本都采用了 CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。CMOS虽然功耗较低，但 由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的 特点，更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后 一段时期单片机发展的主要途径。2. 微型单片化常规的单片机普

10、遍都是将中央处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）、只 读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路 集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW（脉宽 调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的 芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商 还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。3. 主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以MCS-51为核心的单片机 占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品 和中国台湾的WinBond系列单片机。以8031为核心的单片机占据了半壁江山， 在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断 局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。总之，随着信息时代的到来，传统单片机固有的结构缺陷，使其呈现出诸 多弊端。其速度、规模、性能等指标越来越难以满足用户需求、因此单片机芯 片的开发，升级面临着新的挑战。