单片机技术的发展及应用研究

1 单片机的定义
单片机是指采用数字处理和微电子技术、集成技术等相融合的一种控制器，与PLC、ARM、DSP等数字处理控制器拥有相类似的功能和租用。单片机内部集成了微处理器、定时计数器模块、数据存储器、通信模块、输入输出接口模块甚至模数转换模块等。根据单片机种类不同、型号不同，其功能也不尽相同。单片机根据处理速度不同分为4位、8位、16位、32位和64位等，一般64位及以上的单片机又可以成为ARM。其“位”值越大，说明单片机的处理速度越快。
2 单片机的特点
2.1单片机种类多样。随着单片机近些年火速的发展，单片机的品牌、种类逐渐增多，应用也十分广泛，几乎囊括了军事、医疗、工业生产、玩具、电子系统、自动化系统、智能化系统、无人机领域等各行各业。单片机的品牌分类较多，以美国德州仪器公司的单片机为例，其单片机在工业生产中应用较广，不同型号的不同单片机可以适应不同的生产环境，达到稳定生产的目的。
2.2使用寿命长。随着科技进一步的发展，MPU更新的速度加快，几乎在半年至一年的时间里就会推出新的产品。而相反，单片机的使用寿命却是大大延长。例如：传统的旧款单片机使用已经投入使用15年以上，但目前仍处在使用阶段。这是因为以CPU为中心的集成芯片在不断更新，从而能跟上时代的变化，并更好地应用于各类领域中。由此可见，单片机使用更加稳定，并且使用寿命很长。
2.3运算速度快。在单片机的发展过程中是为了降低噪音和时钟频率而又不妨碍其正常工作。因此，在8051单片机内部既保证了时钟频率的降低又不妨碍其正常工作，并且使其运算速度大大提高。另外在其他单片机中也同样使用了先进的技术手段，例如：锁相环技术或是外部振荡器等方法，从而有效地提高单片机的运算速度，提高性能。
2.4噪音低，整体可靠性强。单片机构成的电子系统中，其核心部分的单片机小系统在运行中几乎以*为特点。随着科技的进步，新的方法也会随之产生，得到广泛的应用，生产出噪音低、可靠性强的产品，并大大提升电路内部的抗干扰能力。
3 单片机技术的应用
3.1应用于小型玩具。如今的儿童玩具各式各样，传统的玩具已经不能够满足孩子们的需要，更加智能化的玩具更受孩子们的青睐。随着单片机技术的融入，例如小型人形机器人、玩具车、乐高机器人等，其智能性不断提升，可以实现语音交流、声光指示和多种游乐模式的选择。单片机大的优势就是成本低，利用单片机设计的玩具有利于产品成本的降低，很受研发厂家的青睐。
3.2应用于智能家电。随着科技的发展，大部分家电都向智能化发展，例如智能电视、智能微波炉、智能冰箱、智能热水器、智能水壶、智能咖啡机、智能洗衣机、智能家庭防盗系统等等。由于单片机可以嵌入固定程序的特点，这些家电可以随意受人们的控制。
配合无线网络技术，人们可以在家庭以外对家庭内的智能家电进行控制，大大方便了人们的生活。
3.3应用于机电一体化设备。目前，大型的生产线多以可编程逻辑控制器为控制器，其控制成本较高但稳定性*。小型的生产线中可以采用单片机代替可编程逻辑控制器，有助于生产线的小型化并降低成产成本。目前，尤其在非标机械设备和非标自动化设备等非标设备领域中，单片机作为为合适的控制器，已经广泛应用，并且在抗干扰方面逐渐得到加强，是生产设备极其稳定，生产效率较高。
3.4应用于智能仪器仪表。单片机技术属于测控技术与仪器学科中的一个重要组成部分。尤其在智能仪表例如智能燃气表、智能水表、智能电表和现场控制总线系统的智能仪表中应用极其广泛。智能仪表的特点是小型化和低功耗持久化，单片机的特点均满足这两点要求。在智能仪表的研发中，单片机技术的应用前景也十分广阔，在提升智能仪表性能、可靠性和仪表精度方面起着至关重要的作用。
4 单片机技术存在的问题及改进办法
目前，单片机关键的技术瓶颈就是抗干扰能力和电流输出能力。经过有效测试，在复杂的磁场环境下，单片机的抗干扰能力较差，必须在单片机外围电路中设计有效的抗干扰手段，才能够保证单片机系统的有效运行。并且，单片机多适用于野外长待机的监测系统中，其低功耗技术的突破也有待提高，降低能耗能够有效提升系统的续航时间，减少工作人员的维修和维护。为了有效克服这些不足，在设计单片机系统电路时，要选择可靠的器件进行系统的搭建，要提高系统电源的持续能力，并要提高单片机内部的电压和电流输出能力。
单片机的应用已经渗入至各行各业中，随着单片机技术的不断提升以及稳定性和可靠性的不断升级，未来单片机在智能机器人、智能生产线、智能化控制系统和自动化控制系统中将得到广泛的应用，并且可以降低生产成本、提高抗干扰能力，单片机的发展空间和前景依旧广阔。