單片機技術(shù)的發(fā)展及應用研究

1 單片機的定義
單片機是指采用數字處理和微電子技術(shù)、集成技術(shù)等相融合的一種控制器，與PLC、ARM、DSP等數字處理控制器擁有相類(lèi)似的功能和租用。單片機內部集成了微處理器、定時(shí)計數器模塊、數據存儲器、通信模塊、輸入輸出接口模塊甚至模數轉換模塊等。根據單片機種類(lèi)不同、型號不同，其功能也不盡相同。單片機根據處理速度不同分為4位、8位、16位、32位和64位等，一般64位及以上的單片機又可以成為ARM。其“位”值越大，說(shuō)明單片機的處理速度越快。
2 單片機的特點(diǎn)
2.1單片機種類(lèi)多樣。隨著(zhù)單片機近些年火速的發(fā)展，單片機的品牌、種類(lèi)逐漸增多，應用也十分廣泛，幾乎囊括了軍事、醫療、工業(yè)生產(chǎn)、玩具、電子系統、自動(dòng)化系統、智能化系統、無(wú)人機領(lǐng)域等各行各業(yè)。單片機的品牌分類(lèi)較多，以美國德州儀器公司的單片機為例，其單片機在工業(yè)生產(chǎn)中應用較廣，不同型號的不同單片機可以適應不同的生產(chǎn)環(huán)境，達到穩定生產(chǎn)的目的。
2.2使用壽命長(cháng)。隨著(zhù)科技進(jìn)一步的發(fā)展，MPU更新的速度加快，幾乎在半年至一年的時(shí)間里就會(huì )推出新的產(chǎn)品。而相反，單片機的使用壽命卻是大大延長(cháng)。例如：傳統的舊款單片機使用已經(jīng)投入使用15年以上，但目前仍處在使用階段。這是因為以CPU為中心的集成芯片在不斷更新，從而能跟上時(shí)代的變化，并更好地應用于各類(lèi)領(lǐng)域中。由此可見(jiàn)，單片機使用更加穩定，并且使用壽命很長(cháng)。
2.3運算速度快。在單片機的發(fā)展過(guò)程中是為了降低噪音和時(shí)鐘頻率而又不妨礙其正常工作。因此，在8051單片機內部既保證了時(shí)鐘頻率的降低又不妨礙其正常工作，并且使其運算速度大大提高。另外在其他單片機中也同樣使用了先進(jìn)的技術(shù)手段，例如：鎖相環(huán)技術(shù)或是外部振蕩器等方法，從而有效地提高單片機的運算速度，提高性能。
2.4噪音低，整體可靠性強。單片機構成的電子系統中，其核心部分的單片機小系統在運行中幾乎以*為特點(diǎn)。隨著(zhù)科技的進(jìn)步，新的方法也會(huì )隨之產(chǎn)生，得到廣泛的應用，生產(chǎn)出噪音低、可靠性強的產(chǎn)品，并大大提升電路內部的抗干擾能力。
3 單片機技術(shù)的應用
3.1應用于小型玩具。如今的兒童玩具各式各樣，傳統的玩具已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足孩子們的需要，更加智能化的玩具更受孩子們的青睞。隨著(zhù)單片機技術(shù)的融入，例如小型人形機器人、玩具車(chē)、樂(lè )高機器人等，其智能性不斷提升，可以實(shí)現語(yǔ)音交流、聲光指示和多種游樂(lè )模式的選擇。單片機大的優(yōu)勢就是成本低，利用單片機設計的玩具有利于產(chǎn)品成本的降低，很受研發(fā)廠(chǎng)家的青睞。
3.2應用于智能家電。隨著(zhù)科技的發(fā)展，大部分家電都向智能化發(fā)展，例如智能電視、智能微波爐、智能冰箱、智能熱水器、智能水壺、智能咖啡機、智能洗衣機、智能家庭防盜系統等等。由于單片機可以嵌入固定程序的特點(diǎn)，這些家電可以隨意受人們的控制。
配合無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，人們可以在家庭以外對家庭內的智能家電進(jìn)行控制，大大方便了人們的生活。
3.3應用于機電一體化設備。目前，大型的生產(chǎn)線(xiàn)多以可編程邏輯控制器為控制器，其控制成本較高但穩定性*。小型的生產(chǎn)線(xiàn)中可以采用單片機代替可編程邏輯控制器，有助于生產(chǎn)線(xiàn)的小型化并降低成產(chǎn)成本。目前，尤其在非標機械設備和非標自動(dòng)化設備等非標設備領(lǐng)域中，單片機作為為合適的控制器，已經(jīng)廣泛應用，并且在抗干擾方面逐漸得到加強，是生產(chǎn)設備極其穩定，生產(chǎn)效率較高。
3.4應用于智能儀器儀表。單片機技術(shù)屬于測控技術(shù)與儀器學(xué)科中的一個(gè)重要組成部分。尤其在智能儀表例如智能燃氣表、智能水表、智能電表和現場(chǎng)控制總線(xiàn)系統的智能儀表中應用極其廣泛。智能儀表的特點(diǎn)是小型化和低功耗持久化，單片機的特點(diǎn)均滿(mǎn)足這兩點(diǎn)要求。在智能儀表的研發(fā)中，單片機技術(shù)的應用前景也十分廣闊，在提升智能儀表性能、可靠性和儀表精度方面起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
4 單片機技術(shù)存在的問(wèn)題及改進(jìn)辦法
目前，單片機關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸就是抗干擾能力和電流輸出能力。經(jīng)過(guò)有效測試，在復雜的磁場(chǎng)環(huán)境下，單片機的抗干擾能力較差，必須在單片機外圍電路中設計有效的抗干擾手段，才能夠保證單片機系統的有效運行。并且，單片機多適用于野外長(cháng)待機的監測系統中，其低功耗技術(shù)的突破也有待提高，降低能耗能夠有效提升系統的續航時(shí)間，減少工作人員的維修和維護。為了有效克服這些不足，在設計單片機系統電路時(shí)，要選擇可靠的器件進(jìn)行系統的搭建，要提高系統電源的持續能力，并要提高單片機內部的電壓和電流輸出能力。
單片機的應用已經(jīng)滲入至各行各業(yè)中，隨著(zhù)單片機技術(shù)的不斷提升以及穩定性和可靠性的不斷升級，未來(lái)單片機在智能機器人、智能生產(chǎn)線(xiàn)、智能化控制系統和自動(dòng)化控制系統中將得到廣泛的應用，并且可以降低生產(chǎn)成本、提高抗干擾能力，單片機的發(fā)展空間和前景依舊廣闊。