單片機科技論文
單片機科技論文
單片機是經(jīng)歷長期開發(fā)與應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)電子設(shè)備，與計算機相比，它具有許多顯著的特點。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的單片機科技論文，僅供參考!
單片機科技論文篇一
單片機在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用與前景
[摘 要]單片機是經(jīng)歷長期開發(fā)與應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)電子設(shè)備，與計算機相比，它具有許多顯著的特點。當(dāng)前，單片機在現(xiàn)代科技應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，并在家用電器、工業(yè)控制領(lǐng)域、醫(yī)療器械、儀器儀表等方面取得了良好的應(yīng)用效果。在未來，單片機的更新?lián)Q代仍然不會停止，它會向更加智能化，自動化，抗干擾能力強，集成度高，實用性好等方面的發(fā)展。
[關(guān)鍵詞]單片機;現(xiàn)代科技;應(yīng)用與前景
中圖分類號：TP368.12 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X(2014)20-0054-02
隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，嵌入式技術(shù)的開發(fā)及其應(yīng)用在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用顯得越來越重要。在嵌入式技術(shù)發(fā)展的趨勢下，單片微型計算機(簡稱“單片機”)應(yīng)運而生，并隨著時代要求的發(fā)展不斷地更新?lián)Q代。到20世紀(jì)70年代前半期，單片機己經(jīng)發(fā)展為嵌入式系統(tǒng)最為突出的典型代表之一，英特爾公司更將其命名為“嵌入式微控制器”。 單片機的產(chǎn)生極大程度上推動著整個現(xiàn)代科技應(yīng)用及其功能的發(fā)展，并在許多實際應(yīng)用領(lǐng)域都取得了顯著的成效，受到社會各界的關(guān)廣泛關(guān)注，其應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的越來越成熟，具體實踐應(yīng)用到各個領(lǐng)域，開發(fā)技術(shù)也越來越智能化。本文以單片機的發(fā)展及其特點為邏輯起點，對單片機的應(yīng)用性及其前景進行說明與分析。
一、單片機的發(fā)展及其特點
單片機又稱“單片微型計算機”，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，“它并不是落實某一個具體的邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上，其功能類似于一臺最小系統(tǒng)的微型的計算機。具體來說，單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成”[1]。
單片機產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段(SCM、MCU、SOC)。初期的SCM單片機基本上都是4、8位的。其中，INTEL的8051是初期單片機最具典型意義的。此后在INTEL 8051的基礎(chǔ)上開發(fā)并應(yīng)用了MCS51系列MCU系統(tǒng)。 由于MCS51系列MCU系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用，單片機伴隨這科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐步開發(fā)出16位系統(tǒng)。但由于16位單片機的性價比不夠理想，因此并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后，隨著電子產(chǎn)品市場的進一步繁榮發(fā)展，單片機的開發(fā)與應(yīng)用得到了顯著的提升。特別是INTEL i960系列與ARM系列在社會上的實踐應(yīng)用，32位單片機逐步地取代16位單片機的在嵌入式技術(shù)中的領(lǐng)先地位，并且在市場上取得了兩好的效益。
與計算機相比，單片機的特點主要表現(xiàn)在如下幾個方面：首先，單片機使用簡單便捷，可實現(xiàn)體系布局的模塊化;其次，單片機耐用時間長，有較高的耐用性;再次，單片機的處理能力強，運行速度較快;此外，單片機還具備低電壓、低功耗、控制功能與環(huán)境適應(yīng)能力強的特點;最后，單片機體系完備，集成了計數(shù)器、串行口、并行口、CPU、RAM與ROM等應(yīng)用組件。
二、單片機在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用
單片機具備許多優(yōu)良的特點，廣泛的應(yīng)在諸多領(lǐng)域，例如家用電器、工業(yè)控制領(lǐng)域、醫(yī)療器械、儀器儀表等方面，當(dāng)前單片機己經(jīng)得到廣泛的使用，并產(chǎn)生了良好的應(yīng)用效果。具體來說，單片機在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(一)在家用電器領(lǐng)域中的應(yīng)用?
隨著時代的發(fā)展，追求更高、更好的生活品質(zhì)，對家用電器的功能需求也逐年提高，這就迫使家用電器的不斷升級與改造。單片機可以滿足這種需求，通過安裝單片機，實現(xiàn)整個家用電器的智能化控制，識別相關(guān)的信息，選擇合適的用戶滿意信息，使得家用電器在引入單片機后很好的提高了性能，更新?lián)Q代的速度也得到了提升，提高了企業(yè)的競爭力，單片機應(yīng)用的前景越來越廣泛。例如在電視機上采用單片機技術(shù)可以使得足不出戶的進行大型智能游戲的控制，選擇頻道方式更加便捷;微波爐可以實現(xiàn)食物的自動選擇加熱時間以及溫度;洗衣機自動根據(jù)衣服材質(zhì)、贓物程度，自動選擇洗滌劑的用量、強度、時間等。
(二)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用
在工業(yè)領(lǐng)域，隨著自動化的發(fā)展，尤其是在特殊環(huán)境下的，例如核工業(yè)、粉塵工業(yè)、電力高壓行業(yè)等方面，對人的危害性比較大，危險性高的行業(yè)，大部分采用的是自動化操作。在此領(lǐng)域，單片機從此興起，并隨著應(yīng)用的更加廣泛在工業(yè)化控制管理，通過單片機的數(shù)據(jù)采集與過程控制手段，實現(xiàn)了工業(yè)化有效的智能控制管理工作，例如報警系統(tǒng)、流水線作業(yè)系統(tǒng)、自動噴漆系統(tǒng)等，都得到了很好的應(yīng)用，隨著時代的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域會更加廣泛。
(三)在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用
現(xiàn)代社會，醫(yī)療條件與技術(shù)不斷提升，自身的身體健康越來越受到關(guān)注然而在現(xiàn)有的條件下，消毒條件、住院條件，檢測手段、醫(yī)療手段等都存在著諸多問題，直接影響著看病的好壞，影響著每個人的身體健康。隨之而來的是現(xiàn)在單片機的應(yīng)用在醫(yī)療器械領(lǐng)域，由于自身的特點與有時，可以進行多種疾病的分析，提高設(shè)備檢測的準(zhǔn)確性與可靠性，提高了診斷下藥的準(zhǔn)確性，保證了身體健康，醫(yī)療設(shè)備結(jié)構(gòu)更加合理化、智能化、自動化，例如在超聲波檢測、呼吸系統(tǒng)、分析儀器等。
(四)在儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用
現(xiàn)在儀器儀表的生產(chǎn)的好壞，直接代表著一個國家的制造水平。在儀器儀表領(lǐng)域不斷的向著智能化方向發(fā)展，單片機的作用在此領(lǐng)域尤其體現(xiàn)到其優(yōu)點，具有重要的意義單片機集成度高，可靠性高、小巧，應(yīng)用在儀器儀表上使得整個行業(yè)得到了很大的改變，隨著單片機的集成到儀器儀表中，使得自身的設(shè)備向著數(shù)字化，智能化發(fā)展，其各方面包括處理功能測試功能，控制功能等都得到了很大的提升。例如在航空的儀器儀表中采用單片機技術(shù)，保證了儀器的可靠性、準(zhǔn)確性，集成性高，事故率降低，提升了航天航空電子系統(tǒng)的智能化與自動化樹皮，信息傳遞有效的進行。
三、單片機在現(xiàn)代科技中的發(fā)展前景
隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，單片機推陳出新的速度也愈來愈快。伴隨著新的CPU的加入，多位的單片機共同開發(fā)與發(fā)展是整個發(fā)展的方向。很長一段時間，單片集成電路技術(shù)在8位機發(fā)展的主要方向，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，16位機、32位機、64位機成為未來的發(fā)展方向。單片機的運行也會愈來愈快，防磨損能力也隨之提升，具有很好的低噪聲、可靠性高的優(yōu)點?，F(xiàn)在單片機為了提高抗干擾性采用EFT技術(shù)，使得單片機受外界的干擾性小，系統(tǒng)的時鐘信號得到了很好的保證，可靠性得到了提高;布線及其驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用在單片機上降低了噪聲，不至于對單片機內(nèi)部的電路信號進行干擾。單片機還應(yīng)用OPT技能，較之掩膜技術(shù)有著生產(chǎn)周期短，風(fēng)險小特點，采用裸片技術(shù)或者貼面技術(shù)，實現(xiàn)了OPT芯片的接觸不良的問題，使得得到了廣泛的應(yīng)用。
隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域的逐步廣泛，單片機向更加智能化，自動化，抗干擾能力強，集成度高，實用性好等方面的發(fā)展。同時，芯片的設(shè)計也愈發(fā)復(fù)雜，單片機的功能更加齊全，保有良好的耐用性、可延伸性，單片機的設(shè)計與開發(fā)、應(yīng)用的前景十分廣泛，領(lǐng)域更加寬廣，智能化程度更高。
單片機在目前的發(fā)展形勢下，還表現(xiàn)出以下趨勢：首先，可靠性及應(yīng)用越來越水平高和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向。 其次，所集成的部件越來越多。最后，功耗越來越低和模擬電路結(jié)合越來越多。
結(jié)語
總之，在第二十一世紀(jì)，計算機技術(shù)、智能電子技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著舉足輕重的作用，嵌入式系統(tǒng)是電子技術(shù)的重要組成部分，其中單片機又是嵌入式系統(tǒng)最具典型的代表，具有強大的發(fā)展?jié)摿Α纹瑱C技術(shù)提高了控制領(lǐng)域的效率以及可靠性，實現(xiàn)了工業(yè)的自動化，智能化，未來的工業(yè)化發(fā)展中將隨著科技的不斷進步而發(fā)展。
[1] 李璞，郭敏. 單片機的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 中國校外教育 2010年S1期
單片機科技論文篇二
單片機應(yīng)用技術(shù)探究
摘要：近幾年單片機得到了飛速的發(fā)展，單片機最明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。目前大量的嵌入式系統(tǒng)均采用單片機，本文分析了單片機的形成及發(fā)展過程以及當(dāng)前的技術(shù)進展，同時分析了影響單片機系統(tǒng)可靠性的原因，并論述提高單片機可靠性的措施。
關(guān)鍵詞：單片機;可靠性技術(shù);發(fā)展趨勢
中圖分類號： C35 文獻標(biāo)識碼： A
引言
單片機,亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出端口(I/0)等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放的時期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機,從8位、16位到32位,數(shù)不勝數(shù),應(yīng)有盡有,它們各具特色,互成互補,為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機的發(fā)展過程,可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢 。
一 、單片機的應(yīng)用場合
1.1智能儀器儀表。單片機用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。
1.2機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品是集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機電產(chǎn)品。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機器人、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設(shè)備、打印機、傳真機、復(fù)印機等。
1.3實時工業(yè)控制。單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機方便地實現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等。
1.4家用電器。家用電器是單片機的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應(yīng)用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子還有分布式系統(tǒng)的前端模塊等等。
二、分析單片機可靠性限制原因及應(yīng)對措施
目前，大量的嵌入式系統(tǒng)均采用了單片機，并且這樣的應(yīng)用正在更進一步擴展;但是多年以來人們一直為單片機系統(tǒng)的可靠性問題所困惑。在一些要求高可靠性的控制系統(tǒng)中，這往往成為限制其應(yīng)用的主要原因。
1.單片機系統(tǒng)的失效分析
一個單片機系統(tǒng)的可靠性是其自身軟硬件與其所處工作環(huán)境綜合作用的結(jié)果，因此系統(tǒng)的可靠性也應(yīng)從這兩個方面去分析與設(shè)計。對于系統(tǒng)自身而言，能不能在保證系統(tǒng)各項功能實現(xiàn)的同時，對系統(tǒng)自身運行過程中出現(xiàn)的各種干擾信號及直接來自于系統(tǒng)外部的干擾信號進行有效的抑制，是決定系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。有缺陷的系統(tǒng)往往只從邏輯上去保證系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，而對于系統(tǒng)運行過程中可能出現(xiàn)的潛在的問題考慮欠缺，采取的措施不足，在干擾信號真正襲來的時候，系統(tǒng)就可能會陷入困境。
2. 提高可靠性的措施
2.1減少引起系統(tǒng)不可靠或影響系統(tǒng)可靠的外界因素：
1) EFT (Electrical Fast Transient)技術(shù)。EFT技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號受到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺信號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時鐘，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時， 就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時鐘信號正常工作。
2) 低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動技術(shù)。在傳統(tǒng)的單片機中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對單片機的內(nèi)部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個芯片的電流，而且在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲?，F(xiàn)在為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要，很多單片機采用"跳變沿軟化技術(shù)"，從而消除大電流瞬變時產(chǎn)生的噪聲。
3) 采用低頻時鐘。高頻外時鐘是噪聲源之一，不僅能對單片機應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，而且還會對外界電路產(chǎn)生干擾，令電磁兼容性不能滿足要求。對于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低頻外時鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲。在一些單片機中采用內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)，則在外部時鐘較低時，也能產(chǎn)生較高的內(nèi)部總線速度，從而保證了速度又降低了噪聲。
三、單片機的發(fā)展趨勢
1單片機技術(shù)的發(fā)展前景及趨勢
由于通用型IC的仿冒現(xiàn)象比較嚴(yán)重，因此定制化IC將是未來單片機發(fā)展的主要方向。此外，盡管16位、32位單片機市場有所增加，但8位在未來三五年內(nèi)仍將占主流，只是成長幅度會趨緩。從應(yīng)用角度講，盛揚看好消費類電子和家電產(chǎn)品，尤其是中小型家電產(chǎn)品，它屬于比較成熟的單片機應(yīng)用領(lǐng)域;其次是高端領(lǐng)域的車用產(chǎn)品。目前，盛揚已針對汽車周邊領(lǐng)域推出系列產(chǎn)品，主要用于汽車防盜、車載電子、信息娛樂、胎壓監(jiān)測、里程表的面板等。
單片機擁有良好的應(yīng)用前景，但廠商之間的競爭愈演愈烈。因此，對本土企業(yè)而言，要想脫穎而出，質(zhì)量一定要好，同時還要注重產(chǎn)品的環(huán)保和可靠性，因為家電和汽車等產(chǎn)品對安全性的要求越來越高;其次，充分發(fā)揮本土廠商在特定應(yīng)用領(lǐng)域的性價比優(yōu)勢。不過，這種性價比必須建立在性能過關(guān)、可靠度過關(guān)的基礎(chǔ)上。
制作工藝CMO化。更小的光刻工藝提高了集成度，從而使芯片更小、成本更低、工作電壓更低、功耗更低。CPU的改進。同時，采用雙CPU結(jié)構(gòu)，增加數(shù)據(jù)總線的寬度，提高數(shù)據(jù)處理的速度和能力;采用流水線結(jié)構(gòu)，提高處理和運算速度，以適應(yīng)實時控制和處理的需要。增大存儲容量，片內(nèi)EPROM的E2PROM化，程序的保密化，提高并行口驅(qū)動能力，以減少外圍驅(qū)動芯片，增加外圍?I/O?口的邏輯功能和控制的靈活性。最后，以串行方式為主的外圍擴展;外圍電路的內(nèi)裝化;和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向，可靠性及應(yīng)用水平越來越高。
2微型單片化
現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口,中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上,增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上,這樣單片機包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做,制造出具有自己特色的單片機芯片。 此外,現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕,這就要求單片機除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式,其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎,使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。
3串行擴展技術(shù)
在很長一段時間里,通用型單片機通過三總線結(jié)構(gòu)擴展外圍器件成為單片機應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價位OTP(One-Time Password)及各種特殊類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展,加之處圍接口不斷進入片內(nèi),推動了單片機“單片”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是I2C、SPI 等串行總線的引入,可以使單片機的引腳設(shè)計得更少,單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。
4、結(jié)語
單片機改變了我們生活,縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域,從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置,到飛機上各種儀表的控制,從計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸,到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理,以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等,這些都離不開單片機, 單片機有著廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻
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