单片机的综述报告

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单片机的综述报告

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机械工程学院

*** 机电132 机械电子工程

2016年3月2日·北京

摘 要

单片机自二十世纪七十年代问世以来，发展的速度越来越快，应用的领域也越来越广泛。当前世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16 位到32位等，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。文章从单片机的历史背景、发展趋势、应用领域和最新产品的角度出发，做综述讨论。

关键词：单片机，发展，应用，最新产品

目 录

第一章 单片机的历史与发展 ....................................... - 1 -

1.1 概述 .................................................... - 1 - 1.2 历史背景 ................................................ - 1 - 1.3 发展趋势 ................................................ - 1 -

1.3.1 低功率、低消耗 ..................................... - 1 - 1.3.2 微型化、单片化 ..................................... - 2 - 1.3.3 大容量、高性能 ..................................... - 2 -

第二章 单片机的应用领域 ......................................... - 3 -

2.1 工业控制的应用 .......................................... - 3 - 2.2 通信技术的应用 .......................................... - 3 - 2.3 仪表仪器的应用 .......................................... - 3 - 2.4 医疗卫生的应用 .......................................... - 3 - 2.5 家用电器的应用 .......................................... - 4 - 第三章 结论与展望 ............................................... - 5 - 参 考 文 献 ..................................................... - 6 -

第一章 单片机的历史与发展

1.1 概述

单片机（Microcontrollers）又被称为单片微控制器，即一种电路的集成芯片，是利用电路集成技术将含有处理数据功能的只读存储器ROM、随机存储器RAM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能、中央处理器CPU集成到一块小小的硅片上构成一个小而完善的微型计算机系统。单片机并不单只是实现具体某一项功能的数据芯片，而是把一个完整的大型的计算机系统完全集成到一个芯片上，简单来说，类似于一个微型的计算机，只是单片机和计算机相比缺少了I/O设备。单片机具有小体积、轻质量和低价格的优点，在工业控制和各个领域得到广泛应用。

1.2 历史背景

在20世纪70年代，单片机处于初期发展阶段，由于科学技术的有限，使其发展十分缓慢，单片机元件的集成规模还很小，只具备一些简单的功能，所以开发人员只是把CPU、RAM和一些较为简单的I/O口整合到芯片上，使其必须配上另外的处理电路才能形成完整的计算系统。1976年8位单片微型计算 机问世，并逐步被推向市场，这成为了单片机发展 历史上的一个重要里程碑。80年代以后，16位单片机开始进入市场，尤以INTEL公司的MCS-96系列产品最具有代表性。90代之后，单片机研发技术和产业发展速度飞快，世界各大单片机研发公司研制出的的单片机其功能不断增多，朝着技术先进化，功能多样化不断发展。1990年，在美国32位单片机问世走进人们的视线，并开始走向市场，这引起了单片机界巨大的轰动效应，掀开了单片机发展史上崭新的一页。

1.3 发展趋势

目前，随着我国经济的迅速发展，人们开始追求更高生活质量，提出更高要求。所以，单片机技术将更加广泛地运用于人们的生活中。 1.3.1 低功率、低消耗

出于对低功耗的普遍要求，目前各大厂商推出的各类单片机产品都采用了 CMOS 工艺（互补金属氧化物半导体工艺）。例如80C51系列单片机采用两种半导体工艺相结合生产。一种是HMOS 工艺，即高密度短沟道 MOS 工艺。另

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外一种是 CHMOS 工艺，即互补金属氧化物的HMOS 工艺。CHMOS 是CMOS 和HMOS 的结合，除保持了HMOS 的高速度和高密度的特点之外，还具有CMOS 低功耗的特点。我们可以清楚地从以下数据看出：8051 的功耗为630mw，而80C51 的功耗只有120mw。这一点在便携式、手提式或野外作业仪器设备上低功耗是非常有意义的。因此，在这些产品中必须使用CHMOS 的单片机芯片。 1.3.2 微型化、单片化

微型化是单片机未来发展的主要趋势，因为其一般多应用在系统的各个独立模块中，若体积过大，则不但会增大设备功耗，还可能会影响其运行质量。因此必须要尽可能的缩小芯片的体积，并对其功能模块进行扩展，在缩小单片机体积的同时最大限度的保障单片机应用功能的综合性及低功耗优势得到有效实现。 1.3.3 大容量、高性能

以往单片机内的ROM为1KB～4KB，RAM为 64～128B。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内 ROM最大可达64KB，RAM最大为2KB。另外单片机进一步改变CPU 的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10 倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度，可以使用软件模拟其 I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。

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第二章 单片机的应用领域

2.1 工业控制的应用

单片机具有可以构成种类繁多的控制系统和数据采集系统的功能。例如电梯智能化控制、各种报警系统、工厂流水线的智能化管理，以及与计算机联网构成二级控制系统等。利用单片机进行数据处理和控制与过去利用电脑进行人工控制相比，提高了系统的工作效率和产品的质量，使系统保持在最佳的工作状态。

2.2 通信技术的应用

目前为止，世界上绝大多数的通信设备基本上实现了单片机进行控制的智能化，无论是小型的程序控制交换机、楼宇的自动通信呼叫系统、列车的无线通信等大型的通信系统，还是到我们日常生活工作中极为常见的电话机、手机、无线电对讲机等小型通讯设备。此外，现代的单片机上基本都装有通信接口设备，它可以十分的便捷于计算机数据进行连接，使得计算机网络和通信设备之间可以相互实现应用。

2.3 仪表仪器的应用

单片机作为一种新型高端的信息技术设备，具有体积小、高度集成、控制灵活、可操作性强，可靠性高等优势，基于这些 优势又在智能仪器仪表设备中大有作为。它在测量控制方面， 对于传统半自动化的仪器仪表的性能、运行质量测量控制彻 底发生了改观，向着智能化的方向发展，在电路应用方面远远 优于传统仪器仪表，从而实现测量控制一体化，与现代智能仪 器仪表设备的发展保持高度的一致性。

2.4 医疗卫生的应用

单片机的发展同样推动了医疗技术水平的提升，同时医疗器械的功能也在不断完善。在很多医疗卫生器械中，都引入了单片机技术。由于单片机本身体积小，扩展性强，功能多，能够极大的完善医疗器械的功能，使其操作更简单方便，避免医现象，大大促进了医疗仪器设备的自动化发展。例如在消毒杀菌设备中，将单片机引用到其控制系统中，能够实现设备的自动化运行，这将会极大的提高设备的消毒杀菌水平。这一应用对于医疗条件较为简单的小诊所、偏远地区医院来

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讲，有着重要意义。除了在消毒杀菌设备中有很好的应用以外，单片机还可以应用在呼吸机、超声诊断、病床呼叫等多种医疗仪器或设备中。为实现现代化医疗基础设施建设起到很大推动作用。

2.5 家用电器的应用

通过单片机在其中的应用，家用电器生产商能够提高产品质量，提高市场竞争力，为家电企业带来丰厚的利润。如在洗衣机中的应用，能够分出衣服类型，判断出是否真正洁净，然后选择对应的洗涤时间与程序；在电冰箱中 识别事物种类，选取冷藏温度；对于微波炉与烤箱能够对食物 种类进行自动识别；能够以智能化的控制方式对电视游戏机 进行控制。通过单片机在这几种家用电器中的应用可知，单片机提高了家用电器的使用性能，方便了社会大众，促进了家用电器行业向着智能化发展。

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第三章 结论与展望

从上述可以看出，单片机应用的意义绝不限于它的功能，以及所带来的经济效益上。更重要的意义在于，单片机的应用中从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法，从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已经能使用单片机通过软件方法实现了，这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。这标志着，一种全新概念的建立，随着单片机应用技术的推广普及，微控制技术必将不断发展，日益完善，更加充实。

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参 考 文 献

[1] 王永洪. 探讨单片机的应用和发展趋势. 中国新技术新产品，2014 [2] 苏培华. 试析单片机的发展趋势. 中国新技术新产品，2011 [3] 张俊谟. 单片机的发展与应用. 电子制作，2007

[4] 方文鹏. 关于单片机的发展研究. 现代工业经济和信息化，2015 [5] 杨 洋. 数字电子技术与单片机的发展与应用. 信息通信，2015 [6] 刘 辉. 浅论单片机的应用与发展. 中小企业管理与科技，2015

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