单片机也被称为单片微控器,属于一种集成式电路芯片。在单片机中主要包含CPU、只读存储器ROM和随机存储器RAM等,多样化数据采集与控制系统能够让单片机完成各项复杂的运算,无论是对运算符号进行控制,还是对系统下达运算指令都能通过单片机完成。 由此可见,单片机凭借着强大的数据处理技术和计算功能可以在智能电子设备中充分应用。简单地说,单片机就是一块芯片,这块芯片组成了一个系统,通过集成电路技术的应用,将数据运算与处理能力集成到芯片中,实现对数据的高速化处理。
单片机的基本功能:
1、8位数据总线,16位地址总线的CPU;
2、具有布尔处理能力和位处理能力;
3、采用哈佛结构,程序存储器与数据存储器地址空间各自立,便于程序设计;
4、相同地址的64KB程序存储器和64KB数据存储器;
5、0-8KB片内程序存储器(8031无,8051有4KB,8052有8KB,89C55有20KB);
6、128字节片内数据存储器(8051有256字节);
7、32根双向并可以按位寻址的I/O线;
8、两个16位定时/计数器(8052有3个);
9、一个全双工的串行I/O接口;
10、多个中断源的中断结构,具有两个中断级;
11、片内时钟振荡器。
单片机有效应用:
1、使用寿命。寿命主要指以下2方面:单片机开发产品拥有良好的稳定性和较长的使用寿命,可以长时间稳定运行10年或是20多年;与微处理器相比拥有较长的使用寿命。随着半导体技术的不断提高,MPU更新换代速度的不断提升,部分已经成功上市,同时年龄较小的CPU核心同样会随着I/O模块的发展而不断丰富,生存周期较长。随着新型CPU产品的出现,单片机领域也不断扩展,用户选择余地也相继增加。目前单片机的主要发展趋势就是32位、16位和8位单片机的共同进步。初单片机主要是从8位开始的,随着多媒体技术、互联网技术和移动通讯技术的发展,32位单片机逐渐发展起来。比如32位的CPU单片机Mororola68k曾经就实现过八千万枚的销量,而16位单片机的发展从产量和品种两种层面上看也有着的进步,呈现出增长的态势;
2、运行速度。MUP发展中的主要是不断提升速度,主要是以时钟频率为主要标志,时钟频率逐渐增高。但是单片机却和MUP存在一定的差异,为了进一步提升单片机的抗干扰能力,减少噪音影响,单片机在发展过程中逐渐开始从降低时钟频率入手,为此不惜降低运算效率。从单片机内部系统入手,改变内在时序,在不提升时钟频率的基础上,进一步提高了单片机的运算速度;
3、高可靠性和低噪音技术。是EFT技术属于抗干扰技术,主要是振荡电路中的正弦信号被外部的环境所影响时,其所发出的波形就叠加各种毛刺信号,而人们在处理过程中也经常利用施密特电路进行整形,随后电路振荡毛刺就会变成触发信号干扰的时钟,交替利用RC滤波电路和施密特电路能够有效消除毛刺作用,让影响失效,促进系统时钟信号的顺利传输。进一步提升单片机稳定性。其次是驱动技术和低噪音的布线技术,传统单片机通常是将地线和电源设置在电路外壳中的对称引脚位置,大都是在右上左下、左上右下两部分对称位置中,如此让电源噪音顺利穿过整个芯片,干扰单片机内部电路。大部分单片机都将电源引脚与地线设置在两个相邻引脚中,这样能够有效减少穿过整个芯片的电流,同时还能在印刷电路板中设置去耦电容,进一步减少噪声影响;
4、掩膜与OTP。OTP属于一次性输入的单机片,过去将投产掩膜的单片机当作单片机产品成熟的标志,因为掩膜拥有相应的生产周期,同时OTP型号的单片机价格也不断降低,因此通过OTP进行产品制造逐渐成为近几年的发展趋势。与掩膜方式比较起来,拥有风险小、生产周期短等优势。在社会发现新时期,OTP型号的单片机需求量也不断上涨。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、设备的智能化管理及过程控制等领域:
1、智能仪器:单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量;
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(电压表、功率计,示波器,各种分析仪);
2、工业控制:单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点,用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等;
3、家用电器:家用电器广泛采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等;
4、网络和通信:现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了的物质条件,通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等;
5、汽车电子:单片机在汽车电子中的应用非常广泛,例如汽车中的发动机控制器,基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、abs防抱死系统、制动系统、胎压检测等;
此外,单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
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