浅析单片机的特点及其应用方向

浅析单片机的特点及其应用方向

张涛

关键词:单片机应用工业控制

为适应嵌入式应用的需求，单片微控制器应运而生，发展极其迅速。从70年代至今，单片机发展成为一个品种齐全，功能丰富的庞大家庭。单片机是微型计算机的一个分支，是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM存储器、I/O接口等而构成的微型计算机。因为它主要应用于工业测控领域，因此单片机在出现时，intel公司就给单片机取名为嵌入式微控制器。

一、单片机的特点

单片机是以工业测控对象、环境、接口特点出发向着增强控制功能，提高工业环境下的可靠性方向发展。主要特点如下：

1.种类多，型号全。很多单片机厂家逐年扩大适应各种需要，有针对性地推出一系列型号产品，使系统开发工程师有很大的选择余地。大部分产品有较好的兼容性，保证了已开发产品能顺利移植，较容易地使产品进行升级换代。

2.提高性能，扩大容量，性能价格比高。集成度已经达到300万个晶体管以上，总线速度达到数十微妙到几百纳秒，指令执行周期已经达到几微妙到数十纳秒，以往片外XRAM现已在物理上存入片内，ROM容量已经扩充达32K，64K，128K以致更大的空间。价格从几百到几元不等。

3.增加控制功能，向真正意义上的“单片”机发展。把原本是外围接口芯片的功能集成到一块芯片内，在一片芯片中构造了一个完整的功能强大的微处理应用系统。

4.低功耗。现在新型单片机的功耗越来越小，供电电压从5V降低到了3.2V，甚至1V，工作电流从mA降到µA级，gz2频率从十几兆可编程到几十千赫兹。特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等。

5.C语言开发环境，友好的人机互交环境。大多数单片机都提供基于C语言开发平台，并提供大量的函数供使用，这使产品的开发周期、代码可读性、可移植性都大为提高。

二、单片机的应用发展方向

1.使用寿命长。这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展，MPU更新换代的速度约来约快。可以预见，一些成功上市的相对年轻的CPU核心，也会随着I/O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。新的CPU类型的加盟，使单片机队伍不断壮大，给用户带来了更多的选择余地。8位、16位、32位单片机共同发展是当前单片机发展的另一个动向之一。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足的发展。以Mororola68K为CPU的32位单片机97年的销售量达到了8千万枚。过去认为由于8位单片机功能越来越强，32位机越来越便宜，使16位机单片机生存空间有限，而16位单片机的发展无论从品种和产量方面，近年来都有较大幅度的增长。

2.速度越来越快。MUP发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪音，降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。改善单片机的内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多。

3.低噪声和高可靠性技术。在单片机应用中，可靠性是首要因素，位了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效的方法。今年来，单片机的生产厂家爱在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，这些新技术表现在如下几点：首先，EFT技术。EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，人使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时，就可以消除这些毛刺另其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。这样，就提高了单片机工作的可靠性。其次，低噪声布线技术及驱动技术。在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上左下的两块对称称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。现在，很多单片机都把地线和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。

4.OTP与掩膜。OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而OTP型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。近年来，OTP型单片机需量大幅度上扬，为适应这种需求许多单片机都采用了在编程技术（InSytemProgramming）。为编程的OTP芯片可以采用裸片Bonding技术或表面贴技术，先焊在印刷版上，然后通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程。解决了批量写OTP芯片时容易出现的芯片写入器接触不好的问题，使得OTP的裸片得以广泛使用，降低了产品的成本。编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。

参考文献：

[1]徐瑞华.单片机原理与接口技术.[M].北京:人民邮电出版社.2008.

[2]李广弟.单片机基础.[M].北京:北京航天航空大学出版社.2007