單片機技術的發展及應用研究

1 單片機的定義
單片機是指采用數字處理和微電子技術、集成技術等相融合的一種控制器，與PLC、ARM、DSP等數字處理控制器擁有相類似的功能和租用。單片機內部集成了微處理器、定時計數器模塊、數據存儲器、通信模塊、輸入輸出接口模塊甚至模數轉換模塊等。根據單片機種類不同、型號不同，其功能也不盡相同。單片機根據處理速度不同分為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展，單片機的品牌、種類逐漸增多，應用也十分廣泛，幾乎囊括了軍事、醫療、工業生產、玩具、電子系統、自動化系統、智能化系統、無人機領域等各行各業。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，其單片機在工業生產中應用較廣，不同型號的不同單片機可以適應不同的生產環境，達到穩定生產的目的。
2.2使用壽命長。隨著科技進一步的發展，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品。而相反，單片機的使用壽命卻是大大延長。例如：傳統的舊款單片機使用已經投入使用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，并更好地應用于各類領域中。由此可見，單片機使用更加穩定，并且使用壽命很長。
2.3運算速度快。在單片機的發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的技術手段，例如：鎖相環技術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。單片機構成的電子系統中，其核心部分的單片機小系統在運行中幾乎以*為特點。隨著科技的進步，新的方法也會隨之產生，得到廣泛的應用，生產出噪音低、可靠性強的產品，并大大提升電路內部的抗干擾能力。
3 單片機技術的應用
3.1應用于小型玩具。如今的兒童玩具各式各樣，傳統的玩具已經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，可以實現語音交流、聲光指示和多種游樂模式的選擇。單片機大的優勢就是成本低，利用單片機設計的玩具有利于產品成本的降低，很受研發廠家的青睞。
3.2應用于智能家電。隨著科技的發展，大部分家電都向智能化發展，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。
配合無線網絡技術，人們可以在家庭以外對家庭內的智能家電進行控制，大大方便了人們的生活。
3.3應用于機電一體化設備。目前，大型的生產線多以可編程邏輯控制器為控制器，其控制成本較高但穩定性*。小型的生產線中可以采用單片機代替可編程邏輯控制器，有助于生產線的小型化并降低成產成本。目前，尤其在非標機械設備和非標自動化設備等非標設備領域中，單片機作為為合適的控制器，已經廣泛應用，并且在抗干擾方面逐漸得到加強，是生產設備極其穩定，生產效率較高。
3.4應用于智能儀器儀表。單片機技術屬于測控技術與儀器學科中的一個重要組成部分。尤其在智能儀表例如智能燃氣表、智能水表、智能電表和現場控制總線系統的智能儀表中應用極其廣泛。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。在智能儀表的研發中，單片機技術的應用前景也十分廣闊，在提升智能儀表性能、可靠性和儀表精度方面起著至關重要的作用。
4 單片機技術存在的問題及改進辦法
目前，單片機關鍵的技術瓶頸就是抗干擾能力和電流輸出能力。經過有效測試，在復雜的磁場環境下，單片機的抗干擾能力較差，必須在單片機外圍電路中設計有效的抗干擾手段，才能夠保證單片機系統的有效運行。并且，單片機多適用于野外長待機的監測系統中，其低功耗技術的突破也有待提高，降低能耗能夠有效提升系統的續航時間，減少工作人員的維修和維護。為了有效克服這些不足，在設計單片機系統電路時，要選擇可靠的器件進行系統的搭建，要提高系統電源的持續能力，并要提高單片機內部的電壓和電流輸出能力。
單片機的應用已經滲入至各行各業中，隨著單片機技術的不斷提升以及穩定性和可靠性的不斷升級，未來單片機在智能機器人、智能生產線、智能化控制系統和自動化控制系統中將得到廣泛的應用，并且可以降低生產成本、提高抗干擾能力，單片機的發展空間和前景依舊廣闊。