1、淺談單片機及其開展趨勢 淺談單片機及其開展趨勢 摘要：近年來，隨著科技的飛速開展，單片機的應(yīng)用正在不斷深入，目前單片機已滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，本文探討了單片機的開展趨勢，研究成果對實際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞：單片機 開展趨勢 指導(dǎo)意義 1、引言 單片機是在一塊芯片上集成了中央處理單元(CPU)、存儲器(RAM/ROM)、定時器/計數(shù)器及輸入/輸出(I/O)接口等元器件的微型計算機系統(tǒng)。單片機的出現(xiàn)是計算機制造技術(shù)不斷開展的產(chǎn)物,是計算機開展的一個重要分支。就單片機組成而言,雖然它只是一塊芯片,但它包含了計算機的根本組成單元,仍由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五局部組成,只不

2、過這些都集成在一塊芯片上罷了,所謂“麻雀雖小,五臟俱全,這種結(jié)構(gòu)使得單片機成為具有獨特功能和特色的計算機?！?】 2、單片機的開展歷史 單片機誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。1971年intel公司研制出世界上第一個4位的微處理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。因創(chuàng)造微處理器，霍夫被英國?經(jīng)濟學(xué)家?雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學(xué)家之一。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上開展出

3、了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大開展，單片機技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸

4、機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和 核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 3、單片機的分類 單片機作為計算機開展的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個較科學(xué)的分類方法。根據(jù)目前開展情況，從不同角度單片機大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。 1通用型/專用型 這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機，它不是為某種專用途設(shè)計的；專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。 2總線型/非

5、總線型 這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的。總線型單片機普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省封裝本錢和芯片體積，這類單片機稱為非總線型單片機。 3控制型/家電型 這是按照單片機大致應(yīng)用的領(lǐng)域進行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運算 能力強；用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如，80C51類單片機既是通用型又是總線型，還可以作工控用。 4、單

6、片機的開展趨勢 1微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口,中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上,增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上,這樣單片機包含的單元電路就更多,功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做,制造出具有自己特色的單片機芯片。此外,現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕,這就要求單片機除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式,其中SMD

7、(外表封裝)越來越受歡送,使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向開展。 2降低功耗 基于80C51的飛利浦低功率、低系統(tǒng)本錢微控制器51LPC系列是業(yè)界推動單片機向低功耗方向開展的主導(dǎo)單片機系列之一,用具體數(shù)據(jù)來說明:在3.3V電壓下,當(dāng)工作頻率為4-20MHz時,電流為1.7-10mA;當(dāng)工作頻率為100kHz-4MHz時,電流為0.044-1.7mA;當(dāng)工作頻率為20-100kHz時,電流為0.009-0.044mA?！?】 3強抗干擾能力 用戶最初不肯選擇微控制器的一個原因是電磁噪聲,而ST Microelectronics推出的ST62系列單片機在這方面無疑是佼佼者,其優(yōu)良的抗干擾能力使

8、得許多大公司將其應(yīng)用在系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件上。許多單片機開發(fā)商也正朝這個方向努力。 4大容量、高性能 以往單片機內(nèi)的ROM為1KB4KB，RAM為64128B。但在需要復(fù)雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求，須運用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大容量化。目前，單片機內(nèi)ROM最大可達64KB，RAM最大為2KB。另外單片機進一步改變CPU的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡指令集RISC結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運行速度。現(xiàn)指令速度最高者已達100MIPSMillion InstructionPer Seconds，即兆指令每秒，并加強了位處

9、理、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標(biāo)準(zhǔn)的單片機高出10倍以上。由于這類單片機有極高的指令速度，可以使用軟件模擬其I/O功能，由此引入了虛擬外設(shè)的新概念。【3】 5串行擴展技術(shù) 在很長一段時間里,通用型單片機通過三總線結(jié)構(gòu)擴展外圍器件成為單片機應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價位OTP(One Time Programble)及各種特殊類型片內(nèi)程序存儲器的開展,加之處圍接口不斷進入片內(nèi),推動了單片機“單片應(yīng)用結(jié)構(gòu)的開展。特別是I2C、SPI等串行總線的引入,可以使單片機的引腳設(shè)計得更少,單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及標(biāo)準(zhǔn)化。 5、結(jié)束語 單片機的擴展應(yīng)用已滲透到我們生活的各個領(lǐng)域,對單片機的研究和開發(fā)需要我們不斷地深入交流,追蹤其國內(nèi)外的