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單片機技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用研究

更新時間:2018-07-14      點擊次數(shù):2267

1 單片機的定義
單片機是指采用數(shù)字處理和微電子技術(shù)、集成技術(shù)等相融合的一種控制器,與PLC、ARM、DSP等數(shù)字處理控制器擁有相類似的功能和租用。單片機內(nèi)部集成了微處理器、定時計數(shù)器模塊、數(shù)據(jù)存儲器、通信模塊、輸入輸出接口模塊甚至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊等。根據(jù)單片機種類不同、型號不同,其功能也不盡相同。單片機根據(jù)處理速度不同分為4位、8位、16位、32位和64位等,一般64位及以上的單片機又可以成為ARM。其“位”值越大,說明單片機的處理速度越快。
2 單片機的特點
2.1單片機種類多樣。隨著單片機近些年火速的發(fā)展,單片機的品牌、種類逐漸增多,應(yīng)用也十分廣泛,幾乎囊括了軍事、醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)、玩具、電子系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)、無人機領(lǐng)域等各行各業(yè)。單片機的品牌分類較多,以美國德州儀器公司的單片機為例,其單片機在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣,不同型號的不同單片機可以適應(yīng)不同的生產(chǎn)環(huán)境,達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。
2.2使用壽命長。隨著科技進(jìn)一步的發(fā)展,MPU更新的速度加快,幾乎在半年至一年的時間里就會推出新的產(chǎn)品。而相反,單片機的使用壽命卻是大大延長。例如:傳統(tǒng)的舊款單片機使用已經(jīng)投入使用15年以上,但目前仍處在使用階段。這是因為以CPU為中心的集成芯片在不斷更新,從而能跟上時代的變化,并更好地應(yīng)用于各類領(lǐng)域中。由此可見,單片機使用更加穩(wěn)定,并且使用壽命很長。
2.3運算速度快。在單片機的發(fā)展過程中是為了降低噪音和時鐘頻率而又不妨礙其正常工作。因此,在8051單片機內(nèi)部既保證了時鐘頻率的降低又不妨礙其正常工作,并且使其運算速度大大提高。另外在其他單片機中也同樣使用了先進(jìn)的技術(shù)手段,例如:鎖相環(huán)技術(shù)或是外部振蕩器等方法,從而有效地提高單片機的運算速度,提高性能。
2.4噪音低,整體可靠性強。單片機構(gòu)成的電子系統(tǒng)中,其核心部分的單片機小系統(tǒng)在運行中幾乎以*為特點。隨著科技的進(jìn)步,新的方法也會隨之產(chǎn)生,得到廣泛的應(yīng)用,生產(chǎn)出噪音低、可靠性強的產(chǎn)品,并大大提升電路內(nèi)部的抗干擾能力。
3 單片機技術(shù)的應(yīng)用
3.1應(yīng)用于小型玩具。如今的兒童玩具各式各樣,傳統(tǒng)的玩具已經(jīng)不能夠滿足孩子們的需要,更加智能化的玩具更受孩子們的青睞。隨著單片機技術(shù)的融入,例如小型人形機器人、玩具車、樂高機器人等,其智能性不斷提升,可以實現(xiàn)語音交流、聲光指示和多種游樂模式的選擇。單片機大的優(yōu)勢就是成本低,利用單片機設(shè)計的玩具有利于產(chǎn)品成本的降低,很受研發(fā)廠家的青睞。
3.2應(yīng)用于智能家電。隨著科技的發(fā)展,大部分家電都向智能化發(fā)展,例如智能電視、智能微波爐、智能冰箱、智能熱水器、智能水壺、智能咖啡機、智能洗衣機、智能家庭防盜系統(tǒng)等等。由于單片機可以嵌入固定程序的特點,這些家電可以隨意受人們的控制。
配合無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),人們可以在家庭以外對家庭內(nèi)的智能家電進(jìn)行控制,大大方便了人們的生活。
3.3應(yīng)用于機電一體化設(shè)備。目前,大型的生產(chǎn)線多以可編程邏輯控制器為控制器,其控制成本較高但穩(wěn)定性*。小型的生產(chǎn)線中可以采用單片機代替可編程邏輯控制器,有助于生產(chǎn)線的小型化并降低成產(chǎn)成本。目前,尤其在非標(biāo)機械設(shè)備和非標(biāo)自動化設(shè)備等非標(biāo)設(shè)備領(lǐng)域中,單片機作為為合適的控制器,已經(jīng)廣泛應(yīng)用,并且在抗干擾方面逐漸得到加強,是生產(chǎn)設(shè)備極其穩(wěn)定,生產(chǎn)效率較高。
3.4應(yīng)用于智能儀器儀表。單片機技術(shù)屬于測控技術(shù)與儀器學(xué)科中的一個重要組成部分。尤其在智能儀表例如智能燃?xì)獗怼⒅悄芩?、智能電表和現(xiàn)場控制總線系統(tǒng)的智能儀表中應(yīng)用極其廣泛。智能儀表的特點是小型化和低功耗持久化,單片機的特點均滿足這兩點要求。在智能儀表的研發(fā)中,單片機技術(shù)的應(yīng)用前景也十分廣闊,在提升智能儀表性能、可靠性和儀表精度方面起著至關(guān)重要的作用。
4 單片機技術(shù)存在的問題及改進(jìn)辦法
目前,單片機關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸就是抗干擾能力和電流輸出能力。經(jīng)過有效測試,在復(fù)雜的磁場環(huán)境下,單片機的抗干擾能力較差,必須在單片機外圍電路中設(shè)計有效的抗干擾手段,才能夠保證單片機系統(tǒng)的有效運行。并且,單片機多適用于野外長待機的監(jiān)測系統(tǒng)中,其低功耗技術(shù)的突破也有待提高,降低能耗能夠有效提升系統(tǒng)的續(xù)航時間,減少工作人員的維修和維護(hù)。為了有效克服這些不足,在設(shè)計單片機系統(tǒng)電路時,要選擇可靠的器件進(jìn)行系統(tǒng)的搭建,要提高系統(tǒng)電源的持續(xù)能力,并要提高單片機內(nèi)部的電壓和電流輸出能力。
單片機的應(yīng)用已經(jīng)滲入至各行各業(yè)中,隨著單片機技術(shù)的不斷提升以及穩(wěn)定性和可靠性的不斷升級,未來單片機在智能機器人、智能生產(chǎn)線、智能化控制系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)中將得到廣泛的應(yīng)用,并且可以降低生產(chǎn)成本、提高抗干擾能力,單片機的發(fā)展空間和前景依舊廣闊。

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