浅谈地磅单片机的历史应用及其发展前景
单片机是指一个集成在一个芯片上的完整计算机系统，目前它已渗透到我们生活的各个领域，它从根本上改变了系统的控制系统的设计思想和设计方法，是传统控制技术的一次革命。
单片机是指一个集成在一个芯片上的完整计算机系统， 它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 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。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。
一、单片机概述
单片机是指一个集成在一个芯片上的完整计算机系统。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，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU 的专用处理器发展而来。 最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中， 使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。 其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。 此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。 基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机， INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用，32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1~2 部单片机。 汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作. 单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。
现在，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。
二、单片机的应用领域
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，录像机、摄像机、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。
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.在智能地磅上的应用
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、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）。
2.在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。 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。
3.家用电器中的应用
可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。
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.单片机在医用设备领域中的应用
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
6.在各种大型电器中的模块化应用
某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。 如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于 ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。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。
三、单片机的发展趋势
目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。 下面是单片机的主要发展趋势。
1.CMOS 化
近年，由于 CHMOS 技术的进小，大大地促进了单片机的 CMOS 化。 目前生产的 CHMOS 电路已达到LSTTL 的速度 ，传输延迟时间小于 2ns，它的综合优势已在于 TTL 电路。 因而，在单片机领域 CMOS 正在逐渐取代 TTL 电路。
2.低功耗化
单片机的功耗已从 Ma 级，降至 1uA 以下；使用电压在 3~6V 之间，完全适应电池工作。 低功耗化的效应不仅是功耗低， 而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。
3.低电压化
几乎所有的单片机都有 WAIT、STOP 等省电运行方式。 允许使用的电压范围越来越宽，一般在 3~6V范围内工作。 低电压供电的单片机电源下限已可达1~2V。 目前 0.8V 供电的单片机已经问世。
4.低噪声与高可靠性
为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。
大容量化 以往单片机内的 ROM 为 1KB~4KB，RAM 为 64~128B。 但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。 为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前， 单片机内 ROM 最大可达 64KB，RAM 最大为2KB。
5.高性能化
主要是指进一步改进 CPU 的性能， 加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术 ，可以大幅度提高运行速度 。 现 指 令 速 度 最 高 者 已 达 100MIPS （MillionInstruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。 这类单片机的运算速度比标准的单片机高出 10 倍以上。 由于这类单片机有极高的指令速度， 就可以用软件模拟其 I/O 功能，由此引入了虚拟外设的新概念。
6.小容量、低价格化
与上述相反，以 4 位、8 位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。
7.外围电路内装化
这也是单片机发展的主要方向。随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。 除了一般必须具有的 CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外， 片内集成的部件还有模/数转换器、DMA 控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。
8.串行扩展技术
在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位 OTP（One Time Programble）及各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机“单片”应用结构的发展。 特别是 I C、SPI等串行总线的引入， 可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。
随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将更强。 在单片机家族中，80C51 系列是其中的佼佼者，加之 Intel 公司将其MCS –51 系列中的 80C51 内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名 IC 制造厂商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与 80C51 单片机兼容的基础上改善了 80C51 的许多特性。 这样，80C51 就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族， 现统称为 80C51 系列。
80C51 单片机已成为单片机发展的主流。 专家认为，虽然世界上的 MCU 品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容， 但是客观发展表明，80C51 可能最终形成事实上的标准 MCU 芯片。
