單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用.doc

單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用 李曉寧 （沈陽師范大學(xué)，遼寧沈陽110034） 摘要:單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、多種I/O口和中斷系統(tǒng)等功能，集成到一塊硅片上，構(gòu)成的完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由上世紀(jì)80年代的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。本文主要從單片機(jī)的發(fā)展、單片機(jī)的應(yīng)用模式和應(yīng)用領(lǐng)域、單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)三方面進(jìn)行論述。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；應(yīng)用模式；發(fā)展趨勢(shì) ：TP368.11文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A：1000-8772（xx）08-0171-01 ：xx-02-10 作者簡(jiǎn)介：李曉寧（1993-），女，遼寧燈塔人，沈陽師范大學(xué)，本科在讀。研究方向：電子信息工程。 一、單片機(jī)的發(fā)展 在微型處理器研究成功后，單片機(jī)緊接著就誕生了。美國英特爾公司在1972年研制出了第一塊4位的單片機(jī)，隨后又出現(xiàn)了8位單片機(jī)雛形，之后四年，MCS-48單片機(jī)問世。短短的幾十年間，單片機(jī)經(jīng)歷了許多次的改朝換代，應(yīng)用范圍也十分廣泛。 1976年，英特爾公司首先研制出了MCS-48，這款單片機(jī)為今后單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 盡管當(dāng)下單片機(jī)的種類繁多，但是最經(jīng)典的單片機(jī)當(dāng)屬英特爾公司MCS-51系列單片機(jī)。MCS-51是在MCS-48的基礎(chǔ)上開發(fā)而來，盡管它仍然是8位的單片機(jī)，但是相比于MCS-48，這款單片機(jī)的功能大大增強(qiáng)。除了上述功能之外，它的軟硬件資料更加的豐富，品種更加全面，兼容性也相對(duì)加強(qiáng)。所以，它深受人們喜愛，應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。在中國，應(yīng)用最廣的單片機(jī)也是此種類型的單片機(jī)。預(yù)計(jì)近幾年內(nèi)，8位單片機(jī)仍是最主流的機(jī)型。 在8位單片機(jī)之后，16位的單片機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生。其中最為典型的要數(shù)英特爾公司研制的MCS-96。相比于MCS-51，它的字長(zhǎng)增加一倍，還具有四、八路的IO位A/D轉(zhuǎn)換的功能，性能也有飛躍性地提升。 二、單片機(jī)的應(yīng)用模式和應(yīng)用領(lǐng)域 說起單片機(jī)的應(yīng)用，首先應(yīng)當(dāng)了解單片機(jī)的控制功能，即在現(xiàn)實(shí)生活中單片機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)的控制。在線控制應(yīng)用方面，計(jì)算機(jī)因自身處于系統(tǒng)之中，單片機(jī)必須滿足控制能力強(qiáng)、功耗低、體積小、成本低等要求。 以單片機(jī)的類型來分類，單片機(jī)的控制功能可分為總線方式和非總線方式。 在總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)都嚴(yán)格的具有完美的外部擴(kuò)展總線。通過這些總線，可以十分便利地?cái)U(kuò)展到外圍單元或者是外接設(shè)備的接口等。一般只有像工程系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、智能儀表等復(fù)雜的系統(tǒng)才采用總線的方式。非總線的方式省去了在外部的并行總線，可以構(gòu)成各種各樣的小芯片，有限數(shù)量的引腳為用戶提供了更多的I/O用戶。一般只有小型的控制器，例如單元儀表、測(cè)控單元等，才采用非總線方式的應(yīng)用系統(tǒng)。 1.家用電器領(lǐng)域：目前為止，中國的各種家用電器已放棄傳統(tǒng)的控制電路，取而代之的是單片機(jī)控制，而成為由單片機(jī)控制的系統(tǒng)。例如洗衣機(jī)、空調(diào)機(jī)、電冰箱、攝像機(jī)、手機(jī)及其它音像視頻設(shè)備的控制器，還有遙控車機(jī)器人等玩具控制等。 2.辦公自動(dòng)化領(lǐng)城：現(xiàn)代辦公室中所使用的信息、通信產(chǎn)品，基本上都采用了單片機(jī)，如通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的磁盤驅(qū)動(dòng)、鍵盤譯碼、繪圖儀、打印機(jī)等。 3.商業(yè)營梢領(lǐng)域：由于在商業(yè)營銷系統(tǒng)已廣泛使用單片機(jī)的未來過程監(jiān)測(cè)、工業(yè)控制器及機(jī)電一體化控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)除一些小型工控機(jī)之外，許多都是單片機(jī)核心的單機(jī)或多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是由中央控制、感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 4.智能儀表與集成智能傳感器：目前各種電氣測(cè)儀表、變送器，基本上采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的系統(tǒng)。使單片機(jī)系統(tǒng)增加了各種智能化功能，如數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、判斷、聯(lián)網(wǎng)、查找和語音功能等。將單片機(jī)與傳感器相結(jié)合，變成了全新的的智能傳感器，它將傳感器初級(jí)變換后的電作進(jìn)一步地變換處理，輸出能大幅度的滿足較遠(yuǎn)距離傳送、能與計(jì)算機(jī)端口傳送的數(shù)字信號(hào)。例如，將單片機(jī)與壓力傳感器集成在一起的徽小型壓力傳感器可隨鉆機(jī)送至井下，以反饋井底的壓力狀況。 5.電子系統(tǒng)：通常在汽車與航空航天電子系統(tǒng)中的集中顯示系統(tǒng)、自動(dòng)駕馭系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及動(dòng)力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、運(yùn)行監(jiān)視器(黑匣子)等都要成為冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 三、單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 1.CPU內(nèi)核仍將以CISC為主，但會(huì)逐漸的向RISC進(jìn)化：在傳統(tǒng)微控制器范圍內(nèi)還是以當(dāng)初Intel確立的復(fù)雜指令集系統(tǒng)CISC和哈佛結(jié)構(gòu)為主。只有一小部分廠家生產(chǎn)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)，而且仍然保留哈佛的分立存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，但是并沒有采用馮諾依曼的程序數(shù)據(jù)相結(jié)合的基本結(jié)構(gòu)，不過仍有向RISC轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。 2.指令的執(zhí)行速度加快：減少每機(jī)器周期包含的振蕩器周期數(shù)，或者提高8位的振蕩器頻率，都可以提高指令的執(zhí)行速度。如pihlPis公司把12MHz的80C51從每機(jī)器周期所含振蕩器周期數(shù)由12改為6，獲得2倍速，Wibnnad公司由21改為3，獲得4倍速。目前8位微控制器的頻率一般可以高至3MHz一40MHz。所以，可以比較容易地把原來的1MIPS提高到10MIPS。但是，目前指令執(zhí)行速度提高到50MIPS一100MIPS的都是RISC指令的8位微控制器。 四、結(jié)語 從上面論述可以看出，單片機(jī)的作用絕不僅僅只限于它所具有的功能和它所帶來的巨大利益，它從最基礎(chǔ)的地方改變著我們之前所用的傳