论单片机的发展及其应用
摘 要：单片机，又称单片微型计算机，是一种集成电路芯片。单片机采用超大规模集成电路技术构成一个小而完善的微型计算机系统。它包含了具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等。本文将介绍单片机的发展史、具体应用领域及未来的发展趋势。
关键词：单片机；发展；应用
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-01
一、单片机发展阶段
单片机的发展主要分为三大阶段，即SCM阶段、MCU阶段和SOC阶段。
（一）SCM阶段：在这个阶段居功至伟的是INTEL公司，由其独立探索出的“创新模式”获得巨大的成功，使SCM走上了与通用计算机完全不同的发展道路。这是一次为寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构的成功尝试，从而成功奠定了单片机的发展基础。其中最有名的当数INTEL公司的MCS-51单片机。
（二）MCU阶段：MCU是微控制器阶段，在Intel公司彻底开放了8051单片机的技术之后，很多半导体厂商加入了开发和改造8051单片机的行列中，研发出各具特点的51单片机系列。在这当中Philips公司作出了巨大的贡献，它着力发展了单片机的控制功能和外围单元，增加了控制系统对象所要求的各种外围电路与接口电路，将MCS-51带入到微控制器阶段。
（三）SOC阶段：即片上系统阶段，它是一个完整的系统集成于单个的芯片上，其中包括了中央处理器、存储器、以及外围电路等，而且所有或部分必要的电子电路进行包装分组。SOC是以功能IP为基础的系统固件和电路综合技术。它利用IP技术对系统整体进行电路结合，避免了分布式系统对电路固件特性的影响，使系统的电容兼容性得到了大大的提高。因此，SOC是当前微电子芯片发展的必然趋势。
二、单片机的分类
单片机按照字长来分类，可分为4位机、8位机、16位机和高性能的32位机。4位机在家电领域有很大市场，其中以东芝的TLCS系列和TMP47C系列最为流行，其特点是体积小、低功耗、价格低、可靠性高。在8位机领域，51单片机无疑是主流。其中使用较为广泛的是由Atmel公司生产的AT89S51增强型51系列。其最大的特点是具有FLASH ROM，是一款低功耗，高性能CMOS型的8位单片机。由美国德州仪器公司所推出的MSP430单片机是16位单片机主要型号之一。在其推出不久后，便以其卓越的性能占据了16位单片机的主流市场。MSP430采用了精简指令集（RISC）结构，具有很强的数据处理能力。除了拥有丰富的片内资源外，它的最大特点在于超低功耗。因此MSP430在一些需要电池供电的便携式仪器仪表中得到了极为广泛的应用。而在32位微控制器领域，ARM芯片的地位是毫无疑问的。基于ARM架构处理器，市场上常见的可分为ARM7、ARM9、ARM11以及Cortex系列。ARM芯片采用了哈佛结构，将程序指令存储和数据存储分开，同时还具备了RISC（精简指令集）和多级流水线结构。它具有超强的数据处理能力、高性能、低功耗等特点，，代表着单片机目前发展的最高水平。
三、单片机应用领域
基于低成本和强大的控制功能，单片机已经渗透到我们生活的各个领域，小至电子玩具、智能IC卡，大至导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制，处处都能发现单片机的身影。下面将从几个方面简单介绍一下单片机的实际应用：
（一）单片机在智能仪器仪表中的应用
单片机的应用极大地推动了自动化仪器仪表的智能化发展。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，因此极其适合作为智能仪表的控制器。单片机与各种类型传感器结合以后，可以准确地完成压力、频率、温度、流量、速度等物理量的测量。如利用AT89S52芯片，加以流量传感器、压力传感器、A/D转换模块、D/A传换模块、调节阀、键盘输入和显示电路，可构成一个智能流量计的设计，实时检测，控制输出，应用于工业现场中去。
（二）单片机在实时控制中的应用
单片机具有十分强大的实时数据处理能力和控制功能，能使系统保持在最佳状态，因此被广泛地应用于各类实时控制系统中。将单片机作为控制芯片，可以完成诸如电机的数字化控制、工厂生产自动化的流水线管理、各种报警系统等实时控制功能，而且具备了高可靠性、高抗干扰性、维修简单、效率高等优点。
（三）单片机在家用电器中的应用
因单片机体积小、控制能力强、可靠性高、成本低等优点，现在市场上大部分的家用电器都已采用了单片机作为控制器。这比传统的电子线路控制在性能和稳定性方面均有了很大的提高。如现在的智能洗衣机就是基于单片机原理控制的。在洗衣机接收到用户所给的启动信号后，各类的传感器会将实时检测信号送至单片机，经单片机内部自带的模糊控制程序的计算后，再输出适合的水位、水流、强度、洗涤时间等控制信号，起到了很好的节水节电效果。可以说，单片机的使用大大地加快了家电产品的升级换代。
四、单片机的发展趋势
从诞生到如今的广泛应用，单片机已经存在有大约四十年的时间了。但基于单片机的众多优越性能，可以预测，在未来的生活的方方面面，单片机仍将占据一个十分重要的地位。就目前来看，单片机将有如下的发展趋势：
（一）制作工艺CMOS化：因CMOS芯片具有低功耗、高密度、低价格等优点，传统的TTL电路将逐渐被CMOS领域所占领。
（二）CPU的改进：未来的单片机CPU将普遍采用双CPU结构，增加数据总线的宽度，采用流水线结构，从而提高处理和运算速度。
（三）外围电路内装化：随着集成电路技术和工艺的不断发展，未来众多外围电路将全部装入单片机内，即实现系统的单片化。这将大大提高系统工作的稳定性和可靠性。
五、结束语
如今的8位单片机技术已经十分成熟了，但是市场潜力仍然很大。而32位的单片机更是进入到了一个蓬勃发展的时期，广泛地应用于高新技术的各个领域。可以说，单片机在未来的电子产品中仍将占据主导的地位。
参考文献：
[1]高玉芹.单片机原理与应用及C51编程技术[M].北京：机械工业出版社，2011.
[2]姜清晓，丁丽君.浅谈单片机在家用电器中的应用.