微控制器科技論文

　　微控制器是經歷長期開發與應用的嵌入式系統電子裝置，與計算機相比，它具有許多顯著的特點。這是小編為大家整理的，僅供參考!

　　篇一

　　微控制器在現代科技中的應用與前景

　　[摘 要]微控制器是經歷長期開發與應用的嵌入式系統電子裝置，與計算機相比，它具有許多顯著的特點。當前，微控制器在現代科技應用的領域越來越廣泛，並在家用電器、工業控制領域、醫療器械、儀器儀表等方面取得了良好的應用效果。在未來，微控制器的更新換代仍然不會停止，它會向更加智慧化，自動化，抗干擾能力強，整合度高，實用性好等方面的發展。

　　[關鍵詞]微控制器;現代科技;應用與前景

　　中圖分類號：TP368.12 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X***2014***20-0054-02

　　隨著現代科技的不斷髮展，嵌入式技術的開發及其應用在現代科技中的應用顯得越來越重要。在嵌入式技術發展的趨勢下，單片微型計算機***簡稱“微控制器”***應運而生，並隨著時代要求的發展不斷地更新換代。到20世紀70年代前半期，微控制器己經發展為嵌入式系統最為突出的典型代表之一，英特爾公司更將其命名為“嵌入式微控制器”。 微控制器的產生極大程度上推動著整個現代科技應用及其功能的發展，並在許多實際應用領域都取得了顯著的成效，受到社會各界的關廣泛關注，其應用技術發展的越來越成熟，具體實踐應用到各個領域，開發技術也越來越智慧化。本文以微控制器的發展及其特點為邏輯起點，對微控制器的應用性及其前景進行說明與分析。

　　一、微控制器的發展及其特點

　　微控制器又稱“單片微型計算機”，是典型的嵌入式微控制器***Microcontroller Unit***，“它並不是落實某一個具體的邏輯功能的晶片，而是把一個計算機系統整合到一個晶片上，其功能類似於一臺最小系統的微型的計算機。具體來說，微控制器由運算器、控制器、儲存器、輸入輸出裝置構成”[1]。

　　微控制器產生於20世紀70年代，經歷了三個發展階段***SCM、MCU、SOC***。初期的SCM微控制器基本上都是4、8位的。其中，INTEL的8051是初期微控制器最具典型意義的。此後在INTEL 8051的基礎上開發並應用了MCS51系列MCU系統。 由於MCS51系列MCU系統的微控制器系統直到現在還在廣泛使用，微控制器伴隨這科學技術的發展逐步開發出16位系統。但由於16位微控制器的價效比不夠理想，因此並未得到很廣泛的應用。90年代後，隨著電子產品市場的進一步繁榮發展，微控制器的開發與應用得到了顯著的提升。特別是INTEL i960系列與ARM系列在社會上的實踐應用，32位微控制器逐步地取代16位微控制器的在嵌入式技術中的領先地位，並且在市場上取得了兩好的效益。

　　與計算機相比，微控制器的特點主要表現在如下幾個方面：首先，微控制器使用簡單便捷，可實現體系佈局的模組化;其次，微控制器耐用時間長，有較高的耐用性;再次，微控制器的處理能力強，執行速度較快;此外，微控制器還具備低電壓、低功耗、控制功能與環境適應能力強的特點;最後，微控制器體系完備，集成了計數器、序列口、並行口、CPU、RAM與ROM等應用元件。

　　二、微控制器在現代科技中的應用

　　微控制器具備許多優良的特點，廣泛的應在諸多領域，例如家用電器、工業控制領域、醫療器械、儀器儀表等方面，當前微控制器己經得到廣泛的使用，併產生了良好的應用效果。具體來說，微控制器在現代科技中的應用主要體現在以下幾個方面：

　　***一***在家用電器領域中的應用?

　　隨著時代的發展，追求更高、更好的生活品質，對家用電器的功能需求也逐年提高，這就迫使家用電器的不斷升級與改造。微控制器可以滿足這種需求，通過安裝微控制器，實現整個家用電器的智慧化控制，識別相關的資訊，選擇合適的使用者滿意資訊，使得家用電器在引入微控制器後很好的提高了效能，更新換代的速度也得到了提升，提高了企業的競爭力，微控制器應用的前景越來越廣泛。例如在電視機上採用微控制器技術可以使得足不出戶的進行大型智慧遊戲的控制，選擇頻道方式更加便捷;微波爐可以實現食物的自動選擇加熱時間以及溫度;洗衣機自動根據衣服材質、贓物程度，自動選擇洗滌劑的用量、強度、時間等。

　　***二***在工業控制領域的應用

　　在工業領域，隨著自動化的發展，尤其是在特殊環境下的，例如核工業、粉塵工業、電力高壓行業等方面，對人的危害性比較大，危險性高的行業，大部分採用的是自動化操作。在此領域，微控制器從此興起，並隨著應用的更加廣泛在工業化控制管理，通過微控制器的資料採集與過程控制手段，實現了工業化有效的智慧控制管理工作，例如報警系統、流水線作業系統、自動噴漆系統等，都得到了很好的應用，隨著時代的發展，其應用領域會更加廣泛。

　　***三***在醫療器械領域的應用

　　現代社會，醫療條件與技術不斷提升，自身的身體健康越來越受到關注然而在現有的條件下，消毒條件、住院條件，檢測手段、醫療手段等都存在著諸多問題，直接影響著看病的好壞，影響著每個人的身體健康。隨之而來的是現在微控制器的應用在醫療器械領域，由於自身的特點與有時，可以進行多種疾病的分析，提高裝置檢測的準確性與可靠性，提高了診斷下藥的準確性，保證了身體健康，醫療裝置結構更加合理化、智慧化、自動化，例如在超聲波檢測、呼吸系統、分析儀器等。

　　***四***在儀器儀表領域的應用

　　現在儀器儀表的生產的好壞，直接代表著一個國家的製造水平。在儀器儀表領域不斷的向著智慧化方向發展，微控制器的作用在此領域尤其體現到其優點，具有重要的意義微控制器整合度高，可靠性高、小巧，應用在儀器儀表上使得整個行業得到了很大的改變，隨著微控制器的整合到儀器儀表中，使得自身的裝置向著數字化，智慧化發展，其各方面包括處理功能測試功能，控制功能等都得到了很大的提升。例如在航空的儀器儀表中採用微控制器技術，保證了儀器的可靠性、準確性，整合性高，事故率降低，提升了航天航空電子系統的智慧化與自動化樹皮，資訊傳遞有效的進行。

　　三、微控制器在現代科技中的發展前景

　　隨著科學技術的日新月異，微控制器推陳出新的速度也愈來愈快。伴隨著新的CPU的加入，多位的微控制器共同開發與發展是整個發展的方向。很長一段時間，單片積體電路技術在8位機發展的主要方向，隨著網路通訊技術的發展，16位機、32位機、64位機成為未來的發展方向。微控制器的執行也會愈來愈快，防磨損能力也隨之提升，具有很好的低噪聲、可靠性高的優點。現在微控制器為了提高抗干擾性採用EFT技術，使得微控制器受外界的干擾性小，系統的時鐘訊號得到了很好的保證，可靠性得到了提高;佈線及其驅動技術應用在微控制器上降低了噪聲，不至於對微控制器內部的電路訊號進行干擾。微控制器還應用OPT技能，較之掩膜技術有著生產週期短，風險小特點，採用裸片技術或者貼面技術，實現了OPT晶片的接觸不良的問題，使得得到了廣泛的應用。

　　隨著電子資訊科技的發展與應用領域的逐步廣泛，微控制器向更加智慧化，自動化，抗干擾能力強，整合度高，實用性好等方面的發展。同時，晶片的設計也愈發複雜，微控制器的功能更加齊全，保有良好的耐用性、可延伸性，微控制器的設計與開發、應用的前景十分廣泛，領域更加寬廣，智慧化程度更高。

　　微控制器在目前的發展形勢下，還表現出以下趨勢：首先，可靠性及應用越來越水平高和網際網路連線已是一種明顯的走向。 其次，所整合的部件越來越多。最後，功耗越來越低和類比電路結合越來越多。

　　結語

　　總之，在第二十一世紀，計算機技術、智慧電子技術的發展，在現代社會中發揮著舉足輕重的作用，嵌入式系統是電子技術的重要組成部分，其中微控制器又是嵌入式系統最具典型的代表，具有強大的發展潛力。微控制器技術提高了控制領域的效率以及可靠性，實現了工業的自動化，智慧化，未來的工業化發展中將隨著科技的不斷進步而發展。

　　[1] 李璞，郭敏. 微控制器的應用與發展[J]. 中國校外教育 2010年S1期

　　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.

　　[3] 胡漢才.微控制器原理及系統設計.北京：清華大學出版社，2002.