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摘要：单片机嵌入式技术是一种非常经典的嵌入式微控制器，它必須满足对象系统的环境要求、满足对象要求的最小软硬件配置、满足对象系统的控制要求等条件，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层四部分构成。单片机嵌入式技术具有非常广阔的应用前景，目前已经运用于工业控制、交通管理、信息家电等多个领域。本文阐述了单片机嵌入式技术的应用与发展，并对其发展前景进行分析。
关键词：单片机 嵌入式技术 工业控制 数字化 智能化
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-186-01
一、引 言
单片机是单片微型计算机的简称，它是一种是非常典型的嵌入式微控制器，所以也叫单片微控制器。结构上，单片机就是把一个计算机系统集成到一个芯片上，而非仅仅能够完成某一个逻辑功能的芯片。与普通的计算机相比而言，单片机具有完整的功能和结构，相当于一个没有I/O设备的微型的计算机。单片机具有体积微小、质量轻、价格便宜等优点，因此其应用和开发具有非常大的发展空间和前景。
我们在日常生活中会接触到大量的单片机相关产品，几乎每件机械电子产品中都会集成有单片机，比如手机、计算器、电子玩具、电视电脑等家用电器设备都配有单片机元件。
近年来，单片机嵌入式技术已经在工业控制领域得到广泛的应用，它通过将大量的外围设备功能与CPU集成在一个小小的芯片中，使计算机得系统变得非常微小，使计算机更加容易被集成进体积小、系统复杂的控制设备中。
单片机嵌入式技术的诞生，标志着计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展的时代，走上了一条独立发展的单芯片化道路，推动计算机领域的高速发展。
二、单片机嵌入式技术概述
嵌入式系统必须满足对象系统的环境要求、满足对象要求的最小软硬件配置、满足对象系统的控制要求等条件，因此对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，它起源于微型机时代，目前已经步入独立发展的单片机时代。在单片机时代，嵌入式技术在传统电子技术领域中得到迅速的运用和推广，它以电子技术工程师为主体，实现传统电子系统的高度集中化和智能化。
伴随着个人计算机时代的到来，促使互联网技术和通信技术的快速发展，也促进了单片机嵌入式系统在软件和硬件技术方面都得到了很大的发展和提升。目前的单片机嵌入式技术已经形成带有明显的计算机工程应用特点的应用模式，这些应用模式都是基于嵌入式系统的软件和硬件平台而进行的，并以互联网技术和通信技术为主体进行非嵌入式应用。单片机嵌入式系统的应用是传统电子技术领域的智能化改造，它是一种以具有专业技术的人才队伍为主体，用最少的嵌入式系统软硬件开销，以8位机为主的电子系统应用模式。
三、单片机嵌入式技术的组成
在一个完整的单片机嵌入式系统装置中，嵌入式计算机系统和执行装置组成的嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心部分，它是由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层四部分构成的。所谓的执行装置，就是被控制的对象，它可以接受嵌入式计算机系统所发出的一切控制命令，并迅速按照所规定的程序来执行操作或任务。下面对单片机嵌入式系统的主要构成进行介绍：
（一）硬件层是单片机的载体。
在单片机硬件层中，主要包含着嵌入式微处理器、SDRAM、ROM、Flash等存储器、通用设备接口和I/O接口等，这些主要硬件构成了一个完整的单片机载体。如果我们在这个载体上，再经过嵌入式处理器添加电源电路、时钟电路和存储器电路，它就成为了一个嵌入式核心控制模块，所有相关的操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。
（二）中间层是联接硬件层和软件层的纽带。
顾名思义，中间层就是硬件层与软件层之间的部分，也可以称之为硬件抽象层或者板级支持包。中间层从系统上层软件与底层硬件分离开来，使单片机嵌入式系统的底层驱动程序与硬件不存在任何关联性，所以上层软件的开发人员就不再需要考虑底层硬件的影响，可以完全根据BSP层提供的接口进行快速便捷的开发。同时，中间层还包含着与之相关的底层硬件的初始化、数据输入、数据输出及硬件设备的配置功能。
（三）系统软件层是单片机嵌入式系统的主体。
系统软件层由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户接口、网络系统及通用组件模块组成。其中，多时任务操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台。嵌入式微处理器的核心是嵌入微处理器，嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。
四、单片机嵌入式技术的应用领域及发展前景
单片机嵌入式技术具有非常广阔的应用前景，目前已经运用于工业控制、交通管理、信息家电等多个领域。在这些应用中，大部分利用单片机嵌入式技术进行自动化控制或智能控制，并且已经部分实现了远程控制。相对对于其他的领域，机械电子产品可以说是单片嵌入式系统应用最典型最广泛的领域之一，而工业设备又是机电产品中最大的一类，因此工业控制设备将成为单片机嵌入式技术优化和升级的一大主体产业。
对于家电行业，也逐步对单片机的嵌入式应用产生了依赖性。其实，我们传统的电视机和电冰箱也内嵌了处理器，只是它们仅仅具备控制功能。现在的新产品，从外观按钮、开关到内在的各种功能，都实现了信息化、数字化以及智能化。
信息时代，或者说数字时代的到来，使得单片机嵌入式技术应用获得了巨大的发展契机，为嵌入式技术带来了没好的市场前景。未来单片机嵌入式技术开发会呈现以下几个发展趋势： 1、单片机嵌入式技术将在工业控制领域得到普及。基于单片机嵌入式技术的工业自动化设备将获得更好的发展，在目前已有的八位、十六位及三十二位嵌入式微控制器产品的基础上，计算机网络技术将促成生产效率和产品质量的提高，比如将单片机嵌入式芯片应用于工业生产过程的控制、数控机床、电力系统、石油化工系统等领域。在传统的工业控制领域，以往一般都采用较为低端的八位单片机芯片，在今后将会以三十二位、六十四位单片机产品作为工业控制设备的核心技术，这也势必促进单片机嵌入式技术的进一步开发与应用。
2、单片机嵌入式技术将在交通管理领域发挥主导作用。目前，国内交通系统已经开始在车辆导航、信息监测与车辆管理等方方面面运用单片机嵌入式技术产品。这些产品主要是将GPS模块嵌入单片机芯片中，利用该模块的移动定位功能，实现对交通系统的精确控制和管理。
3、单片机嵌入式技术将促进电器产品的新革命。在信息时代，家用电器也从以往的机械式结构变得信息化、数字化和智能化，不僅要讲究美观实用，还对各种具体功能进行了进一步的升华。比如冰箱、空调等家用电器的网络化、智能化等功能，水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，这些产品中都成熟运用单片机嵌入式技术，实现了远程控制这一理念。
嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。并且，伴随着网络化、信息化、数字化的发展，以及互联网技术的逐渐成熟，功能单一的设备将不复存在，各种电子产品的结构和功能变得更加复杂。这对单片机芯片的设计提出了更高的要求，它需要设计者在更加微小的芯片上集成更多的功能，这往往要采用32位、64位RISC芯片或DSP信号处理器等功能更强大的嵌入式处理器，同时要增加USB或扩展总线类型等功能接口，加强对多媒体、图形等的处理水平和速度，不断精简单片机嵌入式系统的内核及算法，降低功耗和软硬件成本。
五、总结语
单片机嵌入式技术的应用是人类在电子产业的技术革命，它将推动机械电子产业的进一步优化和进步。在单片机技术的不断开发中，我们的生活也会加速向信息化、数字化和智能化方向的迈进。
参考文献
[1]ARM公司.ARM Architecture Reference Manual[M].ARM公司，2000.
[2]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[3]郑文波.曹金安.嵌入式系统的产业化发展—市场、技术与前景[J].自动化博览.2005.
[4]罗蕾.嵌入式实时操作系统及应用开发[M].北京航空航天出版社.2005.
关键词：单片机 嵌入式技术 工业控制 数字化 智能化
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-186-01
一、引 言
单片机是单片微型计算机的简称，它是一种是非常典型的嵌入式微控制器，所以也叫单片微控制器。结构上，单片机就是把一个计算机系统集成到一个芯片上，而非仅仅能够完成某一个逻辑功能的芯片。与普通的计算机相比而言，单片机具有完整的功能和结构，相当于一个没有I/O设备的微型的计算机。单片机具有体积微小、质量轻、价格便宜等优点，因此其应用和开发具有非常大的发展空间和前景。
我们在日常生活中会接触到大量的单片机相关产品，几乎每件机械电子产品中都会集成有单片机，比如手机、计算器、电子玩具、电视电脑等家用电器设备都配有单片机元件。
近年来，单片机嵌入式技术已经在工业控制领域得到广泛的应用，它通过将大量的外围设备功能与CPU集成在一个小小的芯片中，使计算机得系统变得非常微小，使计算机更加容易被集成进体积小、系统复杂的控制设备中。
单片机嵌入式技术的诞生，标志着计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展的时代，走上了一条独立发展的单芯片化道路，推动计算机领域的高速发展。
二、单片机嵌入式技术概述
嵌入式系统必须满足对象系统的环境要求、满足对象要求的最小软硬件配置、满足对象系统的控制要求等条件，因此对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，它起源于微型机时代，目前已经步入独立发展的单片机时代。在单片机时代，嵌入式技术在传统电子技术领域中得到迅速的运用和推广，它以电子技术工程师为主体，实现传统电子系统的高度集中化和智能化。
伴随着个人计算机时代的到来，促使互联网技术和通信技术的快速发展，也促进了单片机嵌入式系统在软件和硬件技术方面都得到了很大的发展和提升。目前的单片机嵌入式技术已经形成带有明显的计算机工程应用特点的应用模式，这些应用模式都是基于嵌入式系统的软件和硬件平台而进行的，并以互联网技术和通信技术为主体进行非嵌入式应用。单片机嵌入式系统的应用是传统电子技术领域的智能化改造，它是一种以具有专业技术的人才队伍为主体，用最少的嵌入式系统软硬件开销，以8位机为主的电子系统应用模式。
三、单片机嵌入式技术的组成
在一个完整的单片机嵌入式系统装置中，嵌入式计算机系统和执行装置组成的嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心部分，它是由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层四部分构成的。所谓的执行装置，就是被控制的对象，它可以接受嵌入式计算机系统所发出的一切控制命令，并迅速按照所规定的程序来执行操作或任务。下面对单片机嵌入式系统的主要构成进行介绍：
（一）硬件层是单片机的载体。
在单片机硬件层中，主要包含着嵌入式微处理器、SDRAM、ROM、Flash等存储器、通用设备接口和I/O接口等，这些主要硬件构成了一个完整的单片机载体。如果我们在这个载体上，再经过嵌入式处理器添加电源电路、时钟电路和存储器电路，它就成为了一个嵌入式核心控制模块，所有相关的操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。
（二）中间层是联接硬件层和软件层的纽带。
顾名思义，中间层就是硬件层与软件层之间的部分，也可以称之为硬件抽象层或者板级支持包。中间层从系统上层软件与底层硬件分离开来，使单片机嵌入式系统的底层驱动程序与硬件不存在任何关联性，所以上层软件的开发人员就不再需要考虑底层硬件的影响，可以完全根据BSP层提供的接口进行快速便捷的开发。同时，中间层还包含着与之相关的底层硬件的初始化、数据输入、数据输出及硬件设备的配置功能。
（三）系统软件层是单片机嵌入式系统的主体。
系统软件层由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户接口、网络系统及通用组件模块组成。其中，多时任务操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台。嵌入式微处理器的核心是嵌入微处理器，嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。
四、单片机嵌入式技术的应用领域及发展前景
单片机嵌入式技术具有非常广阔的应用前景，目前已经运用于工业控制、交通管理、信息家电等多个领域。在这些应用中，大部分利用单片机嵌入式技术进行自动化控制或智能控制，并且已经部分实现了远程控制。相对对于其他的领域，机械电子产品可以说是单片嵌入式系统应用最典型最广泛的领域之一，而工业设备又是机电产品中最大的一类，因此工业控制设备将成为单片机嵌入式技术优化和升级的一大主体产业。
对于家电行业，也逐步对单片机的嵌入式应用产生了依赖性。其实，我们传统的电视机和电冰箱也内嵌了处理器，只是它们仅仅具备控制功能。现在的新产品，从外观按钮、开关到内在的各种功能，都实现了信息化、数字化以及智能化。
信息时代，或者说数字时代的到来，使得单片机嵌入式技术应用获得了巨大的发展契机，为嵌入式技术带来了没好的市场前景。未来单片机嵌入式技术开发会呈现以下几个发展趋势： 1、单片机嵌入式技术将在工业控制领域得到普及。基于单片机嵌入式技术的工业自动化设备将获得更好的发展，在目前已有的八位、十六位及三十二位嵌入式微控制器产品的基础上，计算机网络技术将促成生产效率和产品质量的提高，比如将单片机嵌入式芯片应用于工业生产过程的控制、数控机床、电力系统、石油化工系统等领域。在传统的工业控制领域，以往一般都采用较为低端的八位单片机芯片，在今后将会以三十二位、六十四位单片机产品作为工业控制设备的核心技术，这也势必促进单片机嵌入式技术的进一步开发与应用。
2、单片机嵌入式技术将在交通管理领域发挥主导作用。目前，国内交通系统已经开始在车辆导航、信息监测与车辆管理等方方面面运用单片机嵌入式技术产品。这些产品主要是将GPS模块嵌入单片机芯片中，利用该模块的移动定位功能，实现对交通系统的精确控制和管理。
3、单片机嵌入式技术将促进电器产品的新革命。在信息时代，家用电器也从以往的机械式结构变得信息化、数字化和智能化，不僅要讲究美观实用，还对各种具体功能进行了进一步的升华。比如冰箱、空调等家用电器的网络化、智能化等功能，水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，这些产品中都成熟运用单片机嵌入式技术，实现了远程控制这一理念。
嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。并且，伴随着网络化、信息化、数字化的发展，以及互联网技术的逐渐成熟，功能单一的设备将不复存在，各种电子产品的结构和功能变得更加复杂。这对单片机芯片的设计提出了更高的要求，它需要设计者在更加微小的芯片上集成更多的功能，这往往要采用32位、64位RISC芯片或DSP信号处理器等功能更强大的嵌入式处理器，同时要增加USB或扩展总线类型等功能接口，加强对多媒体、图形等的处理水平和速度，不断精简单片机嵌入式系统的内核及算法，降低功耗和软硬件成本。
五、总结语
单片机嵌入式技术的应用是人类在电子产业的技术革命，它将推动机械电子产业的进一步优化和进步。在单片机技术的不断开发中，我们的生活也会加速向信息化、数字化和智能化方向的迈进。
参考文献
[1]ARM公司.ARM Architecture Reference Manual[M].ARM公司，2000.
[2]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[3]郑文波.曹金安.嵌入式系统的产业化发展—市场、技术与前景[J].自动化博览.2005.
[4]罗蕾.嵌入式实时操作系统及应用开发[M].北京航空航天出版社.2005.