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  • 起源:
  • 日期: 2016-03-26
单片机简介

单片机是一种集成电路芯片,采用超大规模技巧把具有数据处理能力(如算术运算,逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU),随机存取数据存储器(RAM),只读程序存储器(ROM),输入输出电路(I/O),可能还包含定时计数器,串行通信口(SCI),显示驱动电路(LED驱动电路),脉宽调制电路(PWM),模仿多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上,构成一个最小然而完善的打算机系统。这些电路能在软件的把持下正确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

由此来看,单片机有着微处理器所不具备的功效,它可单独地完成现代工业把持所恳求的智能化把持功效,这是单片机最大的特点。

然而单片机又不同于单板机,芯片在没有开发前,它只是具备功效极强的超大规模集成电路,如果赋予它特定的程序,它便是一个最小的、完整的微型打算机把持系统,它与单板机或个人电脑(PC)有着本质的差别,单片机的利用属于芯片级利用,需要用户懂得单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路利用技巧和系统设计所需要的理论和技巧,用这样特定的芯片设计利用程序,从而使该芯片具备特定的功效。
 
 
    单片机把持系统能够代替以前利用复杂电子线路或数字电路构成的把持系统,可以软件把持来实现,并能够实现智能化,现在单片机把持领域无所不在,例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程把持和专用把持装置等等,单片机的利用领域越来越广泛。
诚然,单片机的利用意义远不限于它的利用领域或由此带来的经济效益,更重要的是它已从根本上转变了传统的把持方法和设计思想。是把持技巧的一次革命,是一座重要的里程碑。
 
 
 
    二、单片机发展概述

1946年第一台电子打算机出身至今,只有50年的时间,依附微电子技巧和半导体技巧的进步,从电子管——晶体管——集成电路——大规模集成电路,现在一块芯片上完整可以集成几百万甚至上千万只晶体管,使得打算机体积更小,功效更强。特别是近20年时间里,打算机技巧获得飞速的发展,打算机在工农业,科研,教导,国防和航空航天领域获得了广泛的利用,打算机技巧已经是一个国家现代科技程度的重要标记。

单片机出身于20世纪70年代,象Fairchid公司研制的F8单片微型打算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技巧把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上,构成一个最小的打算机系统,而现代的单片机则加上了中断单元,定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路,使得单片机的功效越来越壮大,利用更广泛。

20世纪70年代,微电子技巧正处于发展阶段,集成电路属于中规模发展时代,各种新材料新工艺尚未成熟,单片机仍处在初级的发展阶段,元件集成规模还比较小,功效比较简略,一般均把CPURAM有的还包含了一些简略的I/O口集成到芯片上,象Farichild公司就属于这一类型,它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的打算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。
 
 
      1976INTEL公司推出了MCS-48单片机,这个时代的单片机才是真正的8位单片微型打算机,并推向市场。它以体积小,功效全,价格低博得了广泛的利用,为单片机的发展奠定了基础,成为单片机发展史上重要的里程碑。
MCS-48的带领下,其后,各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机,象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初,单片机已发展到了高性能阶段,象INTEL公司的MCS-51系列,Motorola公司的68016802系列,Rokwell公司的65016502系列等等,此外,日本的著名电气公司NECHITACHI都相继开发了具有自己特点的专用单片机。
 
 
 
 
    80年代,世界各大公司均竞相研制出品种多功效强的单片机,约有几十个系列,300多个品种,此时的单片机均属于真正的单片化,大多集成了CPURAMROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统,甚至还有一些带A/D转换器的单片机,功效越来越壮大,RAMROM的容量也越来越大,寻址空间甚至可达64kB,可以说,单片机发展到了一个全新阶段,利用领域更广泛,许多家用电器均走向利用单片机把持的智能化发展道路。
 
 
    1982年以后,16位单片机问世,代表产品是INTEL公司的MCS-96系列,16位单片机比起8位机,数据宽度增长了一倍,实时处理能力更强,主频更高,集成度达到了12万只晶体管,RAM增长到了232字节,ROM则达到了8kB,并且有8个中断源,同时配置了多路的A/D转换通道,高速的I/O处理单元,实用于更复杂的把持系统。

九十年代以后,单片机获得了飞速的发展,世界各大半导体公司相继开发了功效更为壮大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完整不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机,引起了业界的广泛关注,特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户,使人们从INTEL111条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展,在业界中占领一席之地。

随后的事情,熟悉单片机的人士都比较明确了,更多的单片机种簇拥而至,MOTOROLA公司相继发布了MC68HC系列单片机,日本的几个著名公司都研制出了性能更强的产品,但日本的单片机一般均用于专用系统把持,而不象INTEL等公司投放到市场形成通用单片机。例如NEC公司生产的uCOM87系列单片机,其代表作uPC7811是一种性能相当精良的单片机。MOTOROLA公司的MC68HC05系列其高速低价等特点博得了不少用户。
 
 
    Zilog公司的Z8系列产品代表作是Z8671,内含BASIC Debug解释程序,极大处所便用户。而美国国半的COP800系列单片机则采用先进的哈佛结构。ATMEL公司则把单片机技巧与先进的Flash存储技巧完善地联合起来,发布了性能相当精良的AT89系列单片机。包含中国的台湾HOLTEKWINBOND等公司也纷纷参加了单片机发展行列,凭着他们便宜的优势,分享一杯美羹。

1990年美国INTEL公司推出了80960超级32位单片机引起了打算机界的轰动,产品相继投放市场,成为单片机发展史上又一个重要的里程碑。
 
 
 
 
    此期间,单片机园地里,单片机品种异彩纷呈,争奇斗艳。有8位、16位甚至32位机,但8位单片机仍以它的价格低廉、品种齐全、利用软件丰富、支撑环境充分、开发方便等特点而占着主导地位。而INTEL公司凭着他们雄厚的技巧,性能精良的机型和良好的基础,目前仍是单片机的主流产品。只不过是九十年代中期,INTEL公司忙着开发他们个人电脑微处理器,已没有足够的精力持续发展自己创导的单片机技巧,而由PHILIPS等公司持续发展C51系列单片机。
    三、单片机的利用领域

    单片机广泛利用于仪器仪表、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把持等领域,大致可分如下几个领域:

    1.在智能仪器仪表上的利用
    单片机具有体积小、功耗低、把持功效强、扩大机动、微型化和利用方便等优点,广泛利用于仪器仪表中,联合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机把持使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功效比起采用电子或数字电路更加壮大。例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。

    2.在工业把持中的利用
    用单片机可以构成情势多样的把持系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化把持、各种报警系统,与打算机联网构成二级把持系统等。

    3.在家用电器中的利用
    可以这样说,现在的家用电器基础上都采用了单片机把持,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.在打算机网络和通信领域中的利用
    现代的单片机广泛具备通信接口,可以很方便地与打算机进行数据通信,为在打算机网络和通信设备间的利用供给了极好的物质条件,现在的通信设备基础上都实现了单片机灵能把持,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇主动通信呼叫系统、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利用
    单片机在医用设备中的用处亦相当广泛,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。

    此外,单片机在工商,金融,科研、教导,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用处。
 
    四、单片机的发展趋势
现在可以说单片机是百花齐放,百家争鸣的时代,世界上各大芯片制作公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特点,互成互补,为单片机的利用供给广阔的天地。
纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有:

1.低功耗CMOS
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机广泛都在100mW左右,随着对单片机功耗恳求越来越低,现在的各个单片机制作商基础都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)CMOS虽然功耗较低,但由于其物理特点决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特点,更合适于在恳求低功耗象电池供电的利用处合。所以这种工艺将是今后一段时代单片机发展的重要道路。

2.微型单片化
现在惯例的单片机广泛都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,加强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功效就越壮大。甚至单片机厂商还可以根据用户的恳求量身定做,制作出具有自己特点的单片机芯片。
此外,现在的产品广泛恳求体积小、重量轻,这就恳求单片机除了功效强和功耗低外,还恳求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装情势,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

3.主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多,各具特点,但仍以80C51为核心的单片机占主流,兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品,ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机盘踞了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头,中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增,与其低价质优的优势,盘踞必定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品,日本几大公司的专用单片机。在必定的时代内,这种情况将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补,相辅相成、共同发展的道路。
五、单片机在国内的发展
  我国开端利用单片机是在1982 年,1986 年在上海召开了全国首届单片机开发与利用交换会,有的地区还成立了单片微型打算机利用协会,短短五年时间里发展极为迅速。那是全国形成的第一次高潮。截止今日,单片机利用技巧飞速发展,我们上因特网输入一个单片机的搜索,将会看到上万个介绍单片机的网站,这还不包含国外的。与它相应的专业杂志现在也有很多,比如由单片机界的权威何立民主编的《单片机与嵌入式系统利用》杂志现以风靡电子界,在20037月,91student.com91 猎头网)在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中,单片机人才的需求量位居第一。
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