單片機的發(fā)展與應(yīng)用.doc

單片機的發(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（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、只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM、定時器/計數(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)成的完善的微型計算機系統(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，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機。本文主要從單片機的發(fā)展、單片機的應(yīng)用模式和應(yīng)用領(lǐng)域、單片機的發(fā)展趨勢三方面進行論述。 關(guān)鍵詞：單片機；應(yīng)用模式；發(fā)展趨勢 ：TP368.11文獻標(biāo)志碼：A：1000-8772（xx）08-0171-01 ：xx-02-10 作者簡介：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、單片機的發(fā)展 在微型處理器研究成功后，單片機緊接著就誕生了。美國英特爾公司在1972年研制出了第一塊4位的單片機，隨后又出現(xiàn)了8位單片機雛形，之后四年，MCS-48單片機問世。短短的幾十年間，單片機經(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，這款單片機為今后單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 盡管當(dāng)下單片機的種類繁多，但是最經(jīng)典的單片機當(dāng)屬英特爾公司MCS-51系列單片機。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，但是相比于MCS-48，這款單片機的功能大大增強。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，兼容性也相對加強。所以，它深受人們喜愛，應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。在中國，應(yīng)用最廣的單片機也是此種類型的單片機。預(yù)計近幾年內(nèi)，8位單片機仍是最主流的機型。 在8位單片機之后，16位的單片機也應(yīng)運而生。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、單片機的應(yīng)用模式和應(yīng)用領(lǐng)域 說起單片機的應(yīng)用，首先應(yīng)當(dāng)了解單片機的控制功能，即在現(xiàn)實生活中單片機對計算機的控制。在線控制應(yīng)用方面，計算機因自身處于系統(tǒng)之中，單片機必須滿足控制能力強、功耗低、體積小、成本低等要求。 以單片機的類型來分類，單片機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，單片機都嚴(yán)格的具有完美的外部擴展總線。通過這些總線，可以十分便利地擴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控制，而成為由單片機控制的系統(tǒng)。例如洗衣機、空調(diào)機、電冰箱、攝像機、手機及其它音像視頻設(shè)備的控制器，還有遙控車機器人等玩具控制等。 2.辦公自動化領(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，如通用計算機系統(tǒng)中的磁盤驅(qū)動、鍵盤譯碼、繪圖儀、打印機等。 3.商業(yè)營梢領(lǐng)域：由于在商業(yè)營銷系統(tǒng)已廣泛使用單片機的未來過程監(jiān)測、工業(yè)控制器及機電一體化控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)除一些小型工控機之外，許多都是單片機核心的單機或多機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)是由中央控制、感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、等節(jié)點構(gòu)成的多機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 4.智能儀表與集成智能傳感器：目前各種電氣測儀表、變送器，基本上采用單片機應(yīng)用系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的系統(tǒng)。使單片機系統(tǒng)增加了各種智能化功能，如數(shù)據(jù)處理、存儲、判斷、聯(lián)網(wǎng)、查找和語音功能等。將單片機與傳感器相結(jié)合，變成了全新的的智能傳感器，它將傳感器初級變換后的電作進一步地變換處理，輸出能大幅度的滿足較遠距離傳送、能與計算機端口傳送的數(shù)字信號。例如，將單片機與壓力傳感器集成在一起的徽小型壓力傳感器可隨鉆機送至井下，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)、自動駕馭系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、運行監(jiān)視器(黑匣子)等都要成為冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 三、單片機的發(fā)展趨勢 1.CPU內(nèi)核仍將以CISC為主，但會逐漸的向RISC進化：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)精簡指令集計算機，而且仍然保留哈佛的分立存儲器結(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。 2.指令的執(zhí)行速度加快：減少每機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