单片机在日常生活及工业生产中的应用

单片机在日常生活及工业生产中的应用

单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择.

可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。

一.单片机的历史：

第一代：七十年代后期， 4 位逻辑控制器件发展到 8 位。使用 NMOS 工艺（速度低，功耗大、集成度低）。代表产品： MC6800 、 Intel 8048 。

第二代：八十年代初，采用 CMOS 工艺，并逐渐被高速低功耗的 HMOS 工艺代替。代表产品： MC146805 、 Intel 8051 。

第三代：近十年来， MCU 的发展出现了许多新特点：

（ 1 ）在技术上，由可扩展总线型向纯单片型发展，即只能工作在单片方式。（ 2 ） MCU 的扩展方式从并行总线型发展出各种串行总线。

（ 3 ）将多个 CPU 集成到一个 MCU 中。

（ 4 ）在降低功耗，提高可靠性方面， MCU 工作电压已降至 3.3V 。

第四代： FLASH 的使用使 MCU 技术进入了第四代。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪

迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，

工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华

轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、

电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪

表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智

能化控制的科学家、工程师。

二．单片机的特点

单片机与通用微型计算机相比较，它在硬件结构、指令设置上均有其独到之处，主要特点如下：

（1）单片机中的存储器ROM和RAM是严格分工的。ROM为程序存储器，只存放

程序、常数及数据表格。而RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样

的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试

好的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样，小容量数据

存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。但单片机

上RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache）用。（2）采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU，持别是单片机具有很强的位处理能力。单片机的运行速度也较高。

（3）单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数有限，了解

决实际引脚数和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于

何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。

（4）系列齐全，功能扩展性强。单片机有内部掩膜ROM、内部EPROM和外接ROM

等形式，并可方便地扩展外部的ROM、RAM及I/O接口，与许多通用的微机接口

芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。

（5）单片机的功能是通用的。单片机虽然主要作控制器用，但是功能上还是通

用的，可以象一般微处理器那样广泛应用在各个方面。

三. 单片机的应用

单片机技术使用范围广，在各种仪器仪表生产单位、石油、化工，纺织、机械的加工等各个行业中都有广泛的应用.

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

1.在工业控制中的应用

工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一，在测控系统、过程控制、机电一体化设备中主要利用单片机实现逻辑控制、数据采集、运算处理、数据通信等用途。单独使用单片机可以实现一些小规模的控制功能，作为底层检测、控制单元与上位计算机结合可以组成大规模工业自动化控制系统。特别在机电一体化技术中，单排年级的结构特点使其更容易发挥其集机械、微电子和计算机技术于一体的优势。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。

2.在智能仪器中的应用

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、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（功率计，示波器，各种分

析仪）。

3.在家用电器中的应用

单片机功能完善、体积小、价格廉、易于嵌入，非常适合于对家用电器的控制。嵌入单片机的家用电器实现了智能化，是传统型家用电器的更新换代，现已广泛应用于洗衣机、空调、电视机、视盘机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种试听设备等。

4.在计算机网络和通信领域中的应用

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极好的物质条件，现在的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.在办公自动化设备中的应用

现在办公自动化设备中大多数嵌入了单片机控制核心。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机及电话等。通过单片机控制不但可以完成设备的基本功能，还可以实现与计算机之间的数据通信。

6.在商业营销设备中的应用

在商业营销系统中单片机已广泛应用于电子秤、收款机、条形码阅读器、IC 卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等。

7.在医用设备领域中的应用

单片机在医疗设施及医用设备中的用途亦相当广泛，例如在医用呼吸机、各种分析仪、医疗监护仪、超声诊断设备及病床呼叫系统中都得到了实际应用。

8.在汽车电子产品中的应用

现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器等装置中都离不开单片机。特别是采用现场总线的汽车控制系统中，

以单片机担当核心的节点通过协调、高效的数据传送不仅完成了复杂的控制功能，而且简化了系统结构。

此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

四. 单片机的应用前景

中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。

单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。电子界，在2003年7月，在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中，单片机人才的需求量位居第一。大家都有些奇怪一块小小的片子，为何有这样的魔力？

因为它改变了我们的生活 .它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达3 亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。

学习单片机，推广单片机，做现代生活的领航人，你还在等什么呢?