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浅析单片机的应用与发展

2017-01-10吴育军

无线互联科技 2016年13期
关键词:应用范围单片机发展趋势

吴育军

摘要:我国的单片机起步虽然较晚,但经过几十年的发展,也取得了巨大的成就。不论是工业生产还是社会生活的各个方面都离不开单片机的使用。文章试图阐述单片机的概念,总结单片机的应用范围及预测单片机的发展趋势,以期能够为单片机的使用者及研究者提供一些有意义的参考。

关键词:单片机;应用范围;发展趋势

1 单片机的概念和工作原理

1.1 单片机的概念

单片机(Microcontrollers)是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把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接口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器,A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域广泛应用。当前,单片机已经广泛应用于我国的热处理设备、传感器、设备自动化改造、智能家居等中。甚至可以说,单片机就是一个微缩型的电脑,它的功能与它的体积和质量的特点使得它具有巨大的发展潜力。虽然单片机的发展已经取得了巨大的成就,但是随着当今科技的发展,单片机也在不断地完善。在不久的将来,必将看到单片机在我国的工业生产和社会生活中更广泛的应用,为我国的社会主义事业做出巨大的贡献。

1.2 单片机的工作原理

单片机的工作原理就是组成其的各个模块独自完成自己工作的原理。单片机本质上就是将这些模块集合到同一个电路板上。单片机的工作原理在某种程度上有些类似于计算机系统,当然不尽相同。单片机的各个模块的职能不同,一般来说,每个模块的职能都是独立完成自己的职能。这些基本模块就是一个个指令,当把这些指令集合起来就构成了指令系统。单片机一般是将程序存储在寸存储器中,当单片机需要执行命令的时候,就从存储器中调取程序去执行命令。

2 单片机的应用范围

随着我国单片机技术的发展,单片机大量应用于工业领域的各个方面。下面作者就具体的应用总结如下:

2.1 单片机在热处理设备中的应用

在我国的工业发展中,热处理设备是重要的工业设备之一。热处理设备是直接关系着工业生产效率的工业技术。单片机在热处理设备中的应用得到了巨大的成功。曾经人工难以控制的热处理设备,在使用了单片机后,大大增强了热处理设备的控制,对热处理设备的控制也更加精准。一般来说,单片机在热处理设备上的最有效和直接的应用就是对热处理设备工艺参数的控制,这些工艺参数包括环境温度、气体压力、加工处理时间等,单片机将这些参数集成到单片机上进行控制,实现了数字化处理。再者,单片机上的存储功能可以存储热处理设备上的所有相关数据并对当前数据进行监测,一旦当前的热处理设备出现问题,会第一时间发现问题并解决问题。最后,单片机在热处理设备上的一个最大的应用就是对生产线的控制。应用单片机进行生产线整体化控制,最大程度地保证了车间生产的可靠度和稳定性。通过建立生产微机系统,可以根据具体加工工件种类、数量和质量要求进行统一化管理。

2.2 单片机在传感器发展方面的应用

我国目前传感器的发展已经相对比较成熟,但是由于传感器的统一标准始终未制定,目前市场上的传感器的信号输入和输出频率均不同,其工作原理也各不相同。这种没有标准化的生产模式,必然会阻碍这个产业的发展,传感器产业也不例外。随着我国整体经济的发展,我国的科技水平也得到了大力的发展,单片机得到了空前的发展机遇,单片机的运算能力在不断地扩大,单片机的质量和体积却在不断地变小,传感器也越来越影响着我国的工业生产的产值和效率。但是我国单片机的一个重要缺点是传感器没有一个统一的质量标准和检验标准。标准化电路的传感器应当具备如下6种特点:一是放大传感器的信号,并进行符合统一标准的输出;二是传感器应具备温度补偿技术;三是传感器应具备线性校正技术;四是传感器应具备存储信号的功能;五是传感器应能够对信号进行简单的处理功能;六是各种传感器要能够共同连接在高一级的控制单元上,并能够很好地兼容和互换。随着传感器的标准化进程不断推进,这也会促使智能仪表的规范化进程,并大大提高智能仪表测试数据的准确性和降低其成本。

2.3 单片机在设备自动化改造中的应用

单片机在设备自动化的改造中的意义重大,单片机的出现大大减少了工人对设备的操作和使用,既降低了工人的工作强度,也保证了设备的生产精度。在单片机大量投入设备的自动化改造中,大大提高了工厂的生产效率及总产值,使得企业有了更大的竞争力。

2.4 单片机在智能家居中的应用

智能家居,这个曾经只是在欧美电视节目上才能看到的产品,如今开始逐渐走入我国的普通家庭生活中。虽然现在智能家居的使用量总体不高,但是呈逐年增加的趋势。智能家居本质上就是各种有通讯信息的家居通过某种技术串联起来,使用同一个设备对其控制。我国的智能家居发展起步较晚,与国外的智能家居相比技术含量较低,产品技术亟待提高。随着我国单片机技术的发展,在技术上对智能家居的发展起到了极其利好的消息。单片机对于智能家居,就类似于人脑之于人。单片机在智能家居发展中的趋势有以下几个方面。首先,CMOS化。CMOS就意味着低功耗,而低功耗是当前家居发展的主流趋势,不论是国家层面还是使用者都十分注重对能耗的要求。其次,大容量的趋势。随着人们对智能家居品质需求的提高,越来越多的智能家居的使用需要单片机的存储容量不断增大。最后,高性能的趋势。智能家居的不断发展也需要单片机的性能不断地提高,尤其是单片机上的CPU的性能,直接影响着单片机的性能进而影响对智能家居的控制。

3 单片机的发展趋势

3.1 单片机的大容量化趋势

随着工业生产和生活的需要,产品对单片机的容量需求也在不断地提高。过去曾经能满足的容量,可能已经无法满足当前的工业生产和生活的需要。单片机的存储容量在不断地增大是当今单片机的总体发展趋势之一。

3.2 单片机低功耗的趋势

随着我国整个国家的科技水平的提高,全国都开始注重经济的质量,而这种质量的一个重要参数就是低能耗、低碳。单片机作为我国工业中常见的一种技术配件,它的低功耗也成为一种趋势。例如,现在的单片机的状态选择模式也是充分考虑了低功耗的要求,有等待状态、睡眠状态、关闭状态等等,这样的模式大大节约了能耗。处于低压工作状态的单片机,它的电流消耗级别仅处在μA或nA级别,这也大大促进了便携式、手持式等通过电池供电的仪器。单片机的低功耗已经成为当今的发展趋势之一。

3.3 单片机微型化的趋势

随着单片机技术的不断发展以及工业生产和生活的需要,在同样面积的芯片上可以集成更多的模块。同时,芯片的兼容性也得到了巨大的发展,不同的模块可以直接熔接在单片机上。在这种情况下,使得单片机的使用范围不断扩大,对接性也更强。单片机的微型化已经成为当今的发展趋势之一。

3.4 单片机制作工艺的CMOS趋势

出于单片机的低功耗的需求,市场上需要一种技术来满足这种需求。而CMOs恰恰能够实现这种低功耗的需求,它不仅功耗可以降到很低,对工作电压的要求也大大降低。这些要求的降低,使得单片机的设计者有了更大的工作内容选择机会。当前,CMOS电路已经成为最主要的单片机半导体工艺。CMOS代表着最先进的低耗设计理念,也已经成为单片机的制作工艺的趋势。

4 结语

单片机从无到有,从与人们的生活毫无关系到无处不在、时时刻刻地影响着人们的生活。不论是外出乘坐的飞机、高铁、汽车等等,还是日常生活中常用的各种电子产品,都有着单片机的身影。这就足以说明单片机对人们生活的影响力。当然,这种影响力不只是在生活方面,在工业生产方面也都有着重要的影响作用。虽然单片机的发展已经取得了巨大的成就,但是随着当今科技的发展,单片机也在不断地完善。单片机仍然有很多需要完善的技术和功能特点。在不久的将来,必将看到单片机在我国的工业生产和社会生活中更广泛的应用,为我国的社会主义事业提供服务。

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