微控制器技術論文
單片微型計算機簡稱微控制器,它具有結構簡單,重量輕,價格低等優點。小編為大家整理的，希望你們喜歡。
篇一
微控制器的發展趨勢
【摘要】隨著社會的發展，微控制器這個領域上也進入了百花齊放的時期，在世界範圍內的晶片方面的製作公司，它們都開發了屬於自己的微控制器，從8位到16位甚至是到32位，其種類可謂是數不勝數，而其中有對主流的C51系列方面可以相容的，還有與其不相容的，可謂是各有特色同時還相互互補，而這些都為微控制器這個領域的發展提供了更加廣闊的空間。
【關鍵詞】微控制器 發展趨勢 種類
一、微控制器的概述
微控制器就是一種集成於電路上的晶片，在採用了超大型的積體電路上的技術使得那些有資料處理的能力的部分，如中央處理器CPU和隨機儲存器RAM還有隻讀儲存器ROM以及多種I/0口同時還有中斷系統，以及定時器等等，把它們全部整合到一起，使其在一個矽片上就能構造成為一個雖然很小但是功能完善的系統。而這種計算機式的系統也可以分為兩個種類，第一種就是我們平常可以見到的那種普通計算機，而另外一種就是嵌入式的，而這種系統通常被用來控制又或者是監控一些事物而被整合到了另外的一個系統上面。
二、微控制器的發展經歷
首次出現微控制器的時候是在20世紀的70年代末期，而發展到如今，在微控制器這個領域上因為其特徵也可以把它分為以下幾個階段：
第一個階段可謂是初級階段，而這個階段的發展主要在控制上的發展。而這個階段的時間點則是1974年-1976年，在這個階段中主要的目的就是為了尋找一個最好的結構從而讓微控制器能夠嵌入到系統之中，但同時也因為當時其技術上的限制，當時的微控制器是採用的雙片這種形式。
第二個階段則主要是對微控制器的探索，而這個階段的時間點則是1976年到1978年，由於當時微控制器的效能方面還比較低，所以很多公司開始在工控這個領域上進行了探索，並且全部都取得了不錯的效果。而這些公司主要包括Intel公司以及Motorola等，而微控制器這個名次也是在這個階段出現的，而這也是SCM所誕生的時代，雖然此時的微控制器效能上依舊很低而且品種上也很少，在組成上，它是由一個晶片構成的，但是它具有了CPU以及並行口還有定時器和RAM以及ROM，所以說，它也是真正意義上的微控制器。但是不可忽略的是由於其依舊在起步階段，所以在CPU上功能並不是狠強，而IO口這個方面上，種類及其數量也非常少，同時其ROM以及RAM也十分的有限。也因此，當時的微控制器僅僅只能被應用在一些相對來說簡單一點的場合。
第三個階段的主要內容在於微控制器的完善上。這個階段的時間點在於1978年-1982年。在當時的代表公司Intel公司中，推出了一個更加完善的微控制器系列，這種系列被稱為MCS-51，而這種系列不同於之前的MCS-48，其具有了更好的優點。首先的就是它具有完整的外部匯流排。這種系列有著更加完善的結構，它包括著8位資料上的匯流排和16位地址上的匯流排以及控制上的匯流排。其次的就是在CPU中，外圍的功能單元得到了集中的管理。然後還有一點就是指令系統上的增強，整個系統賤賤變得完善同時也更加豐富，與此之外還家了很多控制功能上的指令來使整個系統變得更加方便。
三、微控制器的種類
按照生產的廠家來分類：英特爾公司與摩托羅拉公司以及國家辦導體公司，與此之外還有仙童公司和莫斯特克公司以及羅克威爾公司和微晶片公司等等，而這些主要在美國地方，在日本的還有日本的電氣公司以及富士通公司，同時松下公司以及日立公司和日電公司，與此之外還有東芝公司以及荷蘭的飛利浦和德國的西門子等，這些公司都是微控制器的主要生產公司。
按照微控制器的字長來分類：4位微控制器，4-BIT系列的，這種微控制器的控制上的功能相對較弱，其CPU每次僅僅只能夠處理4位二進位制。也由於其侷限性這種微控制器也經常會被用於計算器及各種智慧的單元上，或者也可以被用作是遙控器。另外一種就是8位微控制器，這種微控制器在控制這方面的功能上則強於4位微控制器，同時這種微控制器的品種也更加齊全，與4位的相比，這種微控制器不僅僅在儲存的容量以及定址的範圍上有了大大的提高。同時在中斷源以及並行I/O介面還有定時器以及計數器的個數上都有了一些提高。與此之外的是在指令系統這個方面，相對於4位微控制器至上，都增加了一些乘除的指令和比較的指令。尤其是那些效能上很高的微控制器，不僅在片內部增加了A/D以及D/A這種轉換器，同時還集成了定時器捕捉以及監視定時器和匯流排控制部件，同時還有晶體震盪電路等等。也正因為這樣，這種微控制器其片內的資源非常的豐富而且在功能上也異常的強大。而這種微控制器也被主要運用於工業上的控制以及只能儀表和家用電器，同時還有辦公用的自動化的系統之中。與此之外還有很多種類的微控制器就一一介紹了。
四、微控制器的發展方向
從微控制器的發展來看，隨著現在這種社會的進步，一種高效能並且在品種上也更加豐富的微控制器也被市場所迎合著，而在這種趨勢下，如何讓微控制器能夠坐到低的功耗同時體積上的減小以及容量上的增加，效能上的加強和價格上的降低等等都成為了現在單片機發展所要注意的主要問題。低功耗：對於微控制器上的功耗，可以知道的是已經達到了m A級，甚至有的已經達到了1uA以下，在使用的電壓於3到6V的時候，能夠很好的適應電池的工作。這種低的功耗不僅僅是能源上的節約，同時還能帶讓產品有著更好的可靠性以及更高的抵抗干擾的能力，同時還能讓產品便於攜帶，並使電壓更低。大容量化：由於傳統的這種微控制器的儲存器其平常的容量通常是1K到8K左右，而在其片內的資料儲存器中，容量則是在256位元組以下。
五、結語
隨著科技的不斷髮展，微控制器也在次潮流下走向了更好的方向，更好的更方便同時也更效率的微控制器也成為了人們所研究的目標，我們應該不斷的學習多方面的知識使微控制器有一個更好的前景從而讓它更好的為人們服務。
參考文獻：
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篇二
微控制器應用技術探究
摘要：近幾年微控制器得到了飛速的發展，微控制器最明顯的優勢就是可以嵌入到各種儀器、裝置中。目前大量的嵌入式系統均採用微控制器，本文分析了微控制器的形成及發展過程以及當前的技術進展，同時分析了影響微控制器系統可靠性的原因，並論述提高微控制器可靠性的措施。
關鍵詞：微控制器;可靠性技術;發展趨勢
中圖分類號： C35 文獻標識碼： A
引言
微控制器,亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器***CPU***、隨機存取儲存器***RAM***、只讀儲存器***ROM***、輸入/輸出埠***I/0***等主要計算機功能部件都整合在一塊積體電路晶片上的微型計算機。現在可以說微控制器是百花齊放的時期,世界上各大晶片製造公司都推出了自己的微控制器,從8位、16位到32位,數不勝數,應有盡有,它們各具特色,互成互補,為微控制器的應用提供廣闊的天地。縱觀微控制器的發展過程,可以預示微控制器的發展趨勢 。
一 、微控制器的應用場合
1.1智慧儀器儀表。微控制器用於各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智慧化，同時還簡化了儀器儀表的硬體結構，從而可以方便地完成儀器儀表產品的升級換代。如各種智慧電氣測量儀表、智慧感測器等。
1.2機電一體化產品。機電一體化產品是集機械技術、微電子技術、自動化技術和計算機技術於一體，具有智慧化特徵的各種機電產品。微控制器在機電一體化產品的開發中可以發揮巨大的作用。典型產品如機器人、數控機床、自動包裝機、點鈔機、醫療裝置、印表機、傳真機、影印機等。
1.3實時工業控制。微控制器還可以用於各種物理量的採集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理引數的採集和控制均可以利用微控制器方便地實現。在這類系統中，利用微控制器作為系統控制器，可以根據被控物件的不同特徵採用不同的智慧演算法，實現期望的控制指標，從而提高生產效率和產品質量。典型應用如電機轉速控制、溫度控制、自動生產線等。
1.4家用電器。家用電器是微控制器的又一重要應用領域，前景十分廣闊。如空調器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴裝置、高檔玩具等。另外，在交通領域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有微控制器的廣泛應用。如汽車自動駕駛系統、航天測控系統、黑匣子還有分散式系統的前端模組等等。
二、分析微控制器可靠性限制原因及應對措施
目前，大量的嵌入式系統均採用了微控制器，並且這樣的應用正在更進一步擴充套件;但是多年以來人們一直為微控制器系統的可靠性問題所困惑。在一些要求高可靠性的控制系統中，這往往成為限制其應用的主要原因。
1.微控制器系統的失效分析
一個微控制器系統的可靠性是其自身軟硬體與其所處工作環境綜合作用的結果，因此係統的可靠性也應從這兩個方面去分析與設計。對於系統自身而言，能不能在保證系統各項功能實現的同時，對系統自身執行過程中出現的各種干擾訊號及直接來自於系統外部的干擾訊號進行有效的抑制，是決定系統可靠性的關鍵。有缺陷的系統往往只從邏輯上去保證系統功能的實現，而對於系統執行過程中可能出現的潛在的問題考慮欠缺，採取的措施不足，在干擾訊號真正襲來的時候，系統就可能會陷入困境。
2. 提高可靠性的措施
2.1減少引起系統不可靠或影響系統可靠的外界因素：
1*** EFT ***Electrical Fast Transient***技術。EFT技術是一種抗干擾技術，它是指在振盪電路的正弦訊號受到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺訊號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發訊號干擾正常的時鐘，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，從而保證系統的時鐘訊號正常工作。
2*** 低噪聲佈線技術及驅動技術。在傳統的微控制器中，電源及地線是在積體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晶片，對微控制器的內部電路造成干擾。現在，很多微控制器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晶片的電流，而且在印製電路板上容易佈置去耦電容，從而降低系統的噪聲。現在為了適應各種應用的需要，很多微控制器採用"跳變沿軟化技術"，從而消除大電流瞬變時產生的噪聲。
3*** 採用低頻時鐘。高頻外時鐘是噪聲源之一，不僅能對微控制器應用系統產生干擾，而且還會對外界電路產生干擾，令電磁相容性不能滿足要求。對於要求可靠性較高的系統，低頻外時鐘有利於降低系統的噪聲。在一些微控制器中採用內部鎖相環技術，則在外部時鐘較低時，也能產生較高的內部匯流排速度，從而保證了速度又降低了噪聲。
三、微控制器的發展趨勢
1微控制器技術的發展前景及趨勢
由於通用型IC的仿冒現象比較嚴重，因此定製化IC將是未來單片機發展的主要方向。此外，儘管16位、32位微控制器市場有所增加，但8位在未來三五年內仍將佔主流，只是成長幅度會趨緩。從應用角度講，盛揚看好消費類電子和家電產品，尤其是中小型家電產品，它屬於比較成熟的微控制器應用領域;其次是高階領域的車用產品。目前，盛揚已針對汽車周邊領域推出系列產品，主要用於汽車防盜、車載電子、資訊娛樂、胎壓監測、里程錶的面板等。
微控制器擁有良好的應用前景，但廠商之間的競爭愈演愈烈。因此，對本土企業而言，要想脫穎而出，質量一定要好，同時還要注重產品的環保和可靠性，因為家電和汽車等產品對安全性的要求越來越高;其次，充分發揮本土廠商在特定應用領域的價效比優勢。不過，這種價效比必須建立在效能過關、可靠度過關的基礎上。
製作工藝CMO化。更小的光刻工藝提高了整合度，從而使晶片更小、成本更低、工作電壓更低、功耗更低。CPU的改進。同時，採用雙CPU結構，增加資料匯流排的寬度，提高資料處理的速度和能力;採用流水線結構，提高處理和運算速度，以適應實時控制和處理的需要。增大儲存容量，片內EPROM的E2PROM化，程式的保密化，提高並行口驅動能力，以減少外圍驅動晶片，增加外圍?I/O?口的邏輯功能和控制的靈活性。最後，以序列方式為主的外圍擴充套件;外圍電路的內裝化;和網際網路連線已是一種明顯的走向，可靠性及應用水平越來越高。
2微型單片化
現在常規的微控制器普遍都是將中央處理器***CPU***、隨機存取資料儲存***RAM***、只讀程式儲存器***ROM***、並行和序列通訊介面,中斷系統、定時電路、時鐘電路整合在一塊單一的晶片上,增強型的微控制器集成了如A/D轉換器、PMW***脈寬調製電路***、WDT***看門狗***、有些微控制器將LCD***液晶***驅動電路都整合在單一的晶片上,這樣微控制器包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至微控制器廠商還可以根據使用者的要求量身定做,製造出具有自己特色的微控制器晶片。 此外,現在的產品普遍要求體積小、重量輕,這就要求微控制器除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小。現在的許多微控制器都具有多種封裝形式,其中SMD***表面封裝***越來越受歡迎,使得由微控制器構成的系統正朝微型化方向發展。
3序列擴充套件技術
在很長一段時間裡,通用型微控制器通過三匯流排結構擴充套件外圍器件成為微控制器應用的主流結構。隨著低價位OTP***One-Time Password***及各種特殊型別片內程式儲存器的發展,加之處圍介面不斷進入片內,推動了微控制器“單片”應用結構的發展。特別是I2C、SPI 等序列匯流排的引入,可以使微控制器的引腳設計得更少,微控制器系統結構更加簡化及規範化。
4、結語
微控制器改變了我們生活,縱觀我們現在生活的各個領域,從導彈的導航裝置,到飛機上各種儀表的控制,從計算機的網路通訊與資料傳輸,到工業自動化過程的實時控制和資料處理,以及我們生活中廣泛使用的各種智慧IC卡、電子寵物等,這些都離不開微控制器, 微控制器有著廣闊的應用前景。
參考文獻
[1] 張志良; 微控制器原理與控制技術; 北京,機械工業出版社,2008
[2] 李廣第，朱月秀，王秀山.微控制器基礎.北京：北京航空航天大學出版社，2002.
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