单片机应用综述

单片机应用综述

摘要：本文以MCS-51系列单片机为模型，介绍了单片机的基本组成及一般原理。通过查阅相关资料认真总结了单片机的应用、发展以及影响等方面的知识，较为系统的介绍了单片机的发展历史、应用领域，以及预测单片机未来的发展前景。主要内容包括：单片机的基本硬件结构、发展历史、发展状况以及基本的应用。

关键词：单片机、自动化、工业、控制

前言：1971年英特尔公司研制出世界上第一个4位的微处理器；英特尔公司的霍夫成功研制了世界上第一块4位的位处理器芯片intel4004,。标志着第一代微理器的诞生，人类由此进入微机时代。

在现阶段的工业生产中，单片机因其体积小、功耗低、功能强、性价比高、易于推广等特点，在自动化装置、智能仪表、过程控制、通信等几乎所有的工业领域都得到日益广泛的应用。自动化是衔接工业化和信息化的纽带，而单片机有事自动化领域最为核心的部件。

在21世纪，随着制造工艺以及新材料的发现，单片机必将得到进一步的发展，这势必将大大提高单片机在工业及生活领域的应用程度。而随着越来越多的人关注自动化领域，必将会有大量的人才聚集在开发更快速、更简单、更方便的单片机。我们可以大胆的预测，智能化是我们未来的发展方向。在智能化的社会中，单片机就是它的大脑。因此，在未来的社会中，单片机必将科学和社会的进步推向一个高潮。

历史发展：

第一阶段（1976年-1978年）：初级单片机阶段。以Inter公司MCS-48为代表。这个系列的单片机内集成有8位CPU、I/O接口、8位定时器/计数器，寻址范围不大于4K字节，简单的中断功能，无串行接口。

第二阶段（1978年-1982年）：单片机完善阶段。在这一阶段推出的单片机其功能有较大的加强，能够应用于更多的场合。这个阶段的单片机普遍带有串行I/O口、有多级中断处理系统、16位定时器/计数器，片内集成的RAM、ROM容量加大，寻址范围可达64K字节。一些单片机片内还集成了A/D转换接口。这类单片机的典型代表有Inter公司的MCS-51、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。

第三阶段（1982年-1992年）：8位单片机巩固发展及16位高级单片机发展阶段。在此阶段，尽管8位单片机的应用已广泛普及，但为了更好满足测控系统的嵌入式应用的要求，单片机集成的外围接口电路有了更大的扩充。这个阶段单片机的代表为8051系列。许多半导体公司和生产厂以MCS-51的8051为内核，推出了满足各种嵌入式应用的多种类型和型号的单片机。

其主要技术发展有：

1.外围功能集成。满足模拟量直接输入的ADC接口；满足伺服驱动输出的

PWM；保证程序可靠运行的程序监控定时器WDT（俗称看门狗电路）。

2.出现了为满足串行外围扩展要求的串行扩展总线和接口，如SPI、I2C Bus、单总线（1-Wire）等。

3.出现了为满足分布式系统，突出控制功能的现场总线接口，如CAN Bus

等。

4. 在程序存储器方面广泛使用了片内程序存储器技术，出现了片内集成EPROM、EEPROM、FlashROM以及MaskROM、OTPROM等各种类型的单片机，以满足不同产品的开发和生产的需要，也为最终取消外部程序存储器扩展奠定了良好的基础。与此同时，一些

公司面向更高层次的应用，发展推出了16位的单片机，典型代表有Inter公司的MCS-96系列的单片机。

第四阶段（1993年-现在）：百花齐放阶段。现阶段单片机发展的显著特点是百花齐放、技术创新，以满足日益增长的广泛需求。其主要方面有：

1.单片嵌入式系统的应用是面对最底层的电子技术应用，从简单的玩具、小家电；到复杂的工业控制系统、智能仪表、电器控制；以及发展到机器人、个人通信信息终端、机顶盒等。因此，面对不同的应用对象，不断推出适合不同领域要求的，从简易性能到多全功能的单片机系列。

2.大力发展专用型单片机。早期的单片机是以通用型为主的。由于单片机设计生产技术的提高、周期缩短、成本下降，以及许多特定类型电子产品，如家电类产品的巨大的市场需求能力，推动了专用单片机的发展。在这类产品中采用专用单片机，具有低成本、资源有效利用、系统外围电路少、可靠性高的优点。因此专用单片机也是单片机发展的一个主要方向。

3.致力于提高单片机的综合品质。采用更先进的技术来提高单片机的综合品质，如提高I/O口的驱动能力；增加抗静电和抗干扰措施；宽（低）电压低功耗等。

单片机应用领域：

1.在工业控制中的应用

工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一，在测控系统、过程控制、机电一体化设备中主要利用单片机实现逻辑控制、数据采集、运算处理、数据通信等用途。如各种测控系统、过程控制、程序控制、机电一体化、PIC等。单独使用单片机可以实现一些小规模的控制功能，作为底层检测、控制单元与上位计算机结合可以组成大规模工业自动化控制系统。特别在机电一体化技术中，单排年级的结构特点使其更容易发挥其集机械、微电子和计算机技术于一体的优势。

2.在智能家电中的应用

单片机功能完善、体积小、价格廉、易于嵌入，非常适合于对家用电器的控制。嵌入单片机的家用电器实现了智能化，是传统型家用电器的更新换代，现已广泛应用于洗衣机、空调、电视机、视盘机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种视听设备等。

3.在网络通讯中的应用

信息和通信产品的自动化和智能化程度很高，其中许多功能的完成都离不开单片机的参与。这里最具代表性和应用最广的产品就是移动通信设备，例如手机内的控制芯片就是属于专用型单片机。新型单片机普遍具备通信接口，可以方便地和计算机进行数据通信。例如rabbit 公司有集成网络功能的8051内核的单片机在上面集成了TCP/IP协议栈或者选用以太网-RS232的模块，以此可以实现网络芯片与单片机直接接口。

4.在汽车领域中的应用

现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器等装置中都离不开单片机。特别是采用现场总线的汽车控制系统中，以单片机担当核心的节点通过协调、高效的数据传送不仅完成了复杂的控制功能，而且简化了系统结构。

5.在国防航空航天中的应用

现代国防中讲究的是信息化、机动化、智能化。在军事装备上越来越多的改革创新都与武器装备的自动控制有关，而这些控制的核心正是单片机的广泛应用。如：无人机、现代化作战飞机、航空母舰等。对于航空航天领域，为了实现对载人飞船、卫星的实时控制，必须要将单片机在通信及智能仪器等等方面的应用综合起来。

6.在智能仪器中的应用