单片机的发展与应用综述

1、单片机的发展与应用综述摘要: 单片机自问世以来，因其小巧灵活、成本低、控制能力强、易于产品化 等优势，在社会各领域中得到广泛的应用。本文对单片机技术的发展及应用进行了 探讨。关键词: 单片机 发展 应用 单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。微处理器向着高速运算、数据 分析与处理能力、大规模容量存储等方向发展，以提高通用计算机的性能。其接口 界面也是为了满足外设和网络接口而设计的 。单片机则是从工业测控对象、环 境、接口特点出发，向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构 成应用计算机系统的界面接口的方向发展。1 单片机技术的发展所谓单片机是指在一个集成芯片中，集成微处理器 (

2、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。单片机在集成度、功能、性能、体系结构方面都有了飞速发展，能集成一个完 整的功能强大、性能优良的计算机应用系统。单片机主要用于工业测控领域，故又 称为微控制器或嵌入式控制器。单片机的核心是中央处理器 CPU目前，单片机在 工业测控领域中已占重要地位。各电气厂商、机电行业和测控企业都把单片机作为 本部门产品更新换代、产品智能化的重要工具。1970年微型计算机研制成功之后，随着就出现了单片机。 1971年 Intel 首先 推出了 4 位微处理器芯片 4004。此后各厂家相继推出 4 位机

3、产品。因 4 位机每次 只能处理一位BCD码数据，故只适于简单控制场合。但因其价廉，在家电等消费类 产品中仍有广泛应用。1972年 Intel 首先推出了 8位微处理器 8008，随后于 1976年率先推出 8 位机 MCS,48系列。1980年又推出MCS,51系列产品，其性能大大超过48系列产品。女口 计算速度为48系列的10倍，时钟12MHZ寸指令周期可为1“等。在短短的二十 几年间， 8 位微处理器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活的各个领域。由于 8 位机可以一次

4、处理 一个 ASCII 字符，因而用途十分广泛。如显示、终端键盘、打印、字处理、工业控 制等。市场占有率 70, 以上。功能丰富，品种齐全，通用性强。1978年 Intel 最先推出 1 6位微处理器 868系列，与随后 Motorola 的M68000 Zilog的Z8000成为当时的三大系列16位微处理器。1988年Inte I 推出MCS,96系列机。此机具有高速运算及高速处理和控制能力 ,具有16位的CPU 8位 的外部总线，丰富高效的指令系统。片内有 A ,D、PWM Watchdog及灵活的中断系 统。在工作频率12MHz时指令执行时间为1,2卩s。随着高技术在智能机器人、光盘、激

5、光打印机、图像与数据实时处理、复杂实 时控制、网络服务器等领域的应用发展， 16 位机已显得无能为力，需要 32位机才 能满足要求。80年代末推出了多种32位机产品。其特点是：寻址能力在GB级以快速运算能力，直接支持高级语言和实时多任务执行。 上，高指令执行速度，最新的 64 位机在引擎控制、智能机器人控制、磁盘控制、语音 , 图像通信、算 法密集的实时控制等场合使用。英国 Inmos 公司的 Transputer T800 是 64 位高性 能机。它集成有处理器、高速缓存、 64 位浮点运算器、存储控制器、串行接口， 适用于超高速并行处理。中央处理器为 32 位，其浮点运算速度达 12 亿次

6、, 秒。 RAM 4k, I,O链接通道4组20Mbit,s，时钟频率25MH?数据传输率100MB,s,可寻址 外部存储空间4GB外存储器传输率33MB,&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 WELBORDLG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

7、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 仍将是单片机中的主流机型。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

8、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 :(1) 机电一体化设备的控制核心。机电一体化是集机械技术、微电子技术、自 动化技术和计算机

9、技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。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。单片机在机电一体化产 品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点 钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。(2) 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。(3) 分布控制系统的

10、前端控制器。在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式 测控系统完成大量的分布参数的采集。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。在这类系 统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数据采集 方便灵活，成本低廉等一系列优点。(4) 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

11、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。(5) 消费类电子产品控制。该应用主要反映在家电领域，家用电器是单片机的 又一重要应用领域，前景十分广阔。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。(7) 实时工业控制 单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、 温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地