单片机技术综述

高海亮

摘 要：随着人工智能技术的快速崛起，第三次工业革命来了新的巅峰。而单片机作为大规模超大规模集成电路必不可少的硬件，更是科技企业开发的重中之重。单片机目前已进入高速发展阶段，因此对单片机有适度的了解将有助于我们更好的了解电子产品或从事一些简单开发工作。本文将从单片机基本介绍、单片机特点、单片机应用领域、单片机发展趋势这几个方面对单片机做简要介绍。

关键词：单片机;微控制器;智能化

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）22-0063-02

0 引言

目前我们正处于一个智能化的时代，智能手机、平板等智能型产品正在大规模普及和应用，给我们的生活带来了许多的便利，在这其中，单片机因其小巧灵活、性能优越、智能化程度高等优点，扮演着愈发重要的角色。当前市面上单片机型号种类众多，正在家电领域、工业生产等领域发挥着重要的作用。本文将从单片机基本介绍，单片机特点，单片机应用领域，单片机发展趋势这几个方面对单片机做简要介绍。

1 单片机基本介绍

单片机（单片微型计算机）是指将众多计算机模块压缩集合到一块芯片上而形成的计算机，又叫做微控制器或嵌入式控制器，其主要组成部件包括ROM、RAM、IO接口、定时器、计数器等。目前大部分单片机还没有供外部拓展的总线，来满足更多元的需求。如MCS-51系列单片机有由PO构成的八位数据总线，P2、P0口构成的16位地址总线，用来扩展内存。此外，为适应自动化及系统化的需求，单片机还配有不同的接口电路。例如MCS-51系列设有A/D转换，V/F转换接口，并设有编程引脚[1]。下面将对常见单片机型号进行介绍。

1.1 Intel单片机

由Intel公司推出的MCS-51系列单片机以及此公司所推出的其它款单片机，是目前我们生活中应用最多的单片机之一。除了Intel公司以外，ATMEL和飞利浦公司同样可以生产MCS-51系列单片机，并在原有系列基础上进行了升级和改良，推出了与原有型号兼容且功能更为丰富、性能更为强劲的单片机型号。尤其是以MCS-51系列单片机为模板的增强型单片机一代接一代地推出，无论在工业控制、仪器仪表、信息通信，还是在交通、航运、家用电器领域，都得到了重视和广泛应用。这一系列单片机因有着不错的性价比和较高的可靠度占有着广泛的市场[2]。

1.2 Philips51单片机

飞利浦公司是目前市场中开发兼容MCS-51单片机系列最多的企业之一，其具体型号的数量高达上百种。飞利浦公司的主要单片机型号分为8位单片机和16位单片机，其中8位单片机包括P80CX X、P87Cx x和P89Cx x等型号，16位单片机包括PXACx X、PXAGx x和PXASX x等型号。在这其中，P8XC552是市场中最受欢迎和应用最广泛的型号之一，既提供了80C51型号单片机的所有功能，而且增加了A-D转换单元、PWM输出等功能，因而在工业生产、发动机、过程控制等领域中得到了广泛的应用。此外，P8XC552的指令系统与80C51系列完全兼容，给用户提供了多种选择来兼容使用MCS-51系列单片机的设备或对一些设备进行改进，使其适合各种不同的应用场合[3]。

1.3 STC单片机

目前市场上出现的STC系列单片机也越来越受到用户的关注和欢迎。STC单片机是一种增强型单片机，内核为8051，具有单周期和存储容量大的鲜明特点。相比于普通的51系列芯片，STC单片机拥有最大为64kb的FLASH程序存储器和最大为1280B的SRAM数据存储器，因此在市场上有着强大的竞争力，也能够支撑更多更广泛的应用。除此之外，STC芯片也较之普通51芯片有许多补充功能模块，例如保证安全的WDT模块、UART串口、PWM产生模块、SPI借口模块、A-D数模转换模块等。此款产品如此多元的设计保证了它强大的适应性，同时，STC芯片还具备低功耗模式，能在低电平的情况下以低功耗方式工作。

此外，为便于系统开发，STC芯片还设有ISP/IAP模块，能让设计者对单片机进行在系统和在应用上的编程，使得系统研发省去仿真器调试等过程，极大地便利了开发者对产品系统进行調试和开发，缩短了新产品的研发周期[3]。

1.4 PIC单片机

PIC单片机是由美国MicroChip公司研发的产品，其CPU采用精简指令集（ Reduced Instruction Set Computing， RISC）技术结构，分别有33、35、38条指令（视单片机的级别而定）的规格，内部采用Haryard双总线结构，且大多数指令为单周期，这种设计简化了运算逻辑提高了程序运行效率。运行速度快、工作电压低、功耗低、输人/输出直接驱动能力较强、价格低、体积小等优点是PIC系列单片机的竞争优势[4]。

2 单片机特点

单片机与微处理器有着不同的侧重点，单片机更注重控制功能的强化，在实际应用中的实用性与可靠性，同时兼顾运算性能与性价比。从市场上主流的几款单片机中我们可以看出：相较于微处理器，单片机的可扩展性更强，并且拥有着更高的实用性和性价比，适合运用于模块化设计的装备。具体来说，单片机的特点包括以下方面。

2.1 品种多样

当前，我国目前最常用的单片机型号有Intel公司的MCS-51系列，MCS-96系列，Philip公司的87/80系列，ATMEL公司的89系列，AVR系列，MicroChip公司的PIC系列等。其型号种类繁多，各自特点不同，正广泛应用在不同的领域之中。

2.2 实用灵活

单片机当前的主流位数为8位和16位，同时不同型号单片机的CPU和通用微处理器功能大致相同，高端型号还具有诸如位处理、乘除法运算、跳转、秒表、终端等高级功能。

2.3 性价比高

目前新型单片机的性能较之前有较大的提升，对安装设备的空间结构要求进一步降低，性价比有所提升[4]。

3 单片机应用领域

3.1 家用电器领域

现在市场上出现的单片机很多系列都适合用于嵌入式控制电器，而且需求量、使用量最大的无疑是家用电器。因此，单片机在家用电器领域的应用十分的广泛，凭借单片机的运算能力，家用电器在提高品质和性能的同时，也逐渐向智能化的方向进行发展。由于家用电器体积小，所以对控制器的体积要求更加苛刻，以便能嵌入其结构之中，为其它的嵌入部件腾出更多的空间，因此单片机成为了许多家用电器的核心控制芯片。

3.2 工业生产领域

单片机在工业生产中也有着大面积的使用，且被广泛应用于工业制造机器人及控制系统中，在工业自动化进程中有着不可替代的作用。如在汽车发动机、驾驶控制系统、自动驾驶技术中，基础通信、无线电的信息传输中，单片机都有举足轻重的作用。目前全球工业正处于向智能化，自动化转型的时期，伴随着Artificial Intelligence的飞速发展，未来工业单片机的需求量会更加巨大，由此观之单片机的前景十分美好[4]-[5]。

4 单片机发展趋势

目前单片机已进入高速发展的时期，功能也变得越来越完善。如新一代的MCS-51系列单片机新增了外部接口功能单元，并且在芯片内集成了ADC，DAC，PWM，PCA以及WDT等端口，使功能更加丰富。另外，有一些公司已研制出了高速单周期单片机，即将入驻市场。

单片机的技术发展需要众多的技术做铺垫，如微处理技术，大规模超大规模集成电路技术等。这些技术的发展对单片机技术的发展起先导作用。而单片机技术的发展表现出的趋势主要有：单片机运算速度越来越快，一些外围电路的内置化，大容量的机身配合高性能的硬件，小容量的机身有着高性价比，低电压与低功耗等[5]。

5 结语

回顾前文，本文主要对单片机的基本组成，单片机的特点，目前主流的几款单片机，单片机的应用这几个方面对单片机进行了简单介绍。单片机有着悠久的历史，在全球工业化及自动化的进程中有着不可替代的作用。在我看来，随着科学技术的发展，我们会越来越依赖单片機，而单片机也会发展的越来越先进，应用也会更加广泛。未来的世界是5G的世界，是万物互联的世界，这场智能的盛宴中单片机将是主角，也将是智能的基础。所以，我们要想将智能产品做的更好，首先要提升单片机这项硬件实力。

参考文献

[1] 李梦佳，王岩岩.单片机的原理概述[J].中国电子商务，2014（10）：57.

[2] 邝小磊.单片机应用技术综述[J].信息化研究，2001，27（3）：12-16.

[3] 赵建周.单片机及其发展综述[J].安阳工学院学报，2011，10（6）：50-54.

[4] 居水荣.单片机及其发展趋势[J].半导体情报，2001，38（2）：15-18.

[5] 王啸东.单片机的发展趋势[J].今日科苑，2010（6）：46.