單片機快速發(fā)展趨勢

1、單片機快速發(fā)展趨勢 本章重點：本章重點： 什么是單片機什么是單片機 單片機發(fā)展歷程單片機發(fā)展歷程 單片機的特點單片機的特點 單片機的應(yīng)用場合單片機的應(yīng)用場合 單片機的發(fā)展趨勢單片機的發(fā)展趨勢 主流的單片機產(chǎn)品主流的單片機產(chǎn)品 如何學(xué)習(xí)單片機如何學(xué)習(xí)單片機1.1 1.1 什么是單片機什么是單片機 單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 計算機

2、系統(tǒng)基本上分為兩類： 第一類是常見的普通計算機。 第二類是嵌入式計算機，這種計算機往往為控制/監(jiān)控目的而集成到另外的系統(tǒng)中。 通用計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計算；技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。而嵌入式計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。 比較普通計算機和嵌入式計算機的差異，說明這是由于它們應(yīng)用場合和應(yīng)用環(huán)境的不同而造成的，而單片機則屬于低端嵌入式計算機。 嵌入式計算機嵌入式計算機單片機：硬件簡單，字長一般為8位，也有16位的，存儲空間最小。 集成的片內(nèi)外設(shè)比較豐富。由于硬件的局限性

3、，導(dǎo)致軟件上 就不能太大，采集速度低。難以完成復(fù)雜的實時運算。單循 環(huán)式，一般沒有操作系統(tǒng)。ARM系列： 也叫高端單片機，硬件集成度高，集成的片內(nèi)外設(shè)很多，通 常集成串口，USB，CAN等各種控制器，通訊方便。字長一般 32位。性能高，速度快，主頻一般100M左右，ARM9可達(dá)600M 可以同時進行復(fù)雜的實時運算。某些DSP的運算能力超過奔 騰計算機。存儲空間大，可以支持操作系統(tǒng)，帶操作系統(tǒng)， 多任務(wù)并發(fā)處理能力強，實時性高。 1.2 1.2 單片機發(fā)展歷程單片機發(fā)展歷程以8位單片機的推出作為起點，單片機的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個階段： 第一階段第一階段（1976-1978）：單片機的控索階

4、段。以Intel公司的MCS-48為代表。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola 、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機片”一詞即由此而來。 第二階段第二階段（1978-1982）單片機的完善階段。Intel公司在MCS-48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機系列MCS-51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結(jié)構(gòu)。 完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機通信功能的串行通信接口。 CPU外圍功能單元的集中管理模式。 體現(xiàn)工控特性的位地址空

5、間及位操作方式。 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 第三階段第三階段（1982-1990）：8位單片機的鞏固發(fā)展及16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS-96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。隨著MCS-51系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機中，增強了外圍電路路功能，強化了智能控制的特征。 第四階段第四階段（1990現(xiàn)在）：微控制器的全面發(fā)展階段

6、。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。 小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝成各種智能式控制設(shè)備以及各種智能儀表。面向控制，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，從而獲得最佳性價比?？垢蓴_能力強，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣條件下都能可靠地工作，這是其它機型所無法比擬的?？梢院芊奖愕貙崿F(xiàn)多機和分布式控制，使整個系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。1.3 單片機的特點單片機的特點1.4 單片機的應(yīng)用場合單片機的應(yīng)用場合 智能儀器儀表 單片機用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精

7、度，使儀器儀表智能化，同時還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。 單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機方便地實現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動生產(chǎn)線等 。 機電一體化產(chǎn)品是集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機電產(chǎn)品。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如

8、機器人、數(shù)控機床、自動包裝機、點鈔機、醫(yī)療設(shè)備、打印機、 機、復(fù)印機等。智能儀器儀表 實時工業(yè)控制 另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、飛機、航天器等均有單片機的廣泛應(yīng)用。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子還有分布式系統(tǒng)的前端模塊等等 。 家用電器是單片機的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。家用電器 制作工藝 CMOS 化。 更小的光刻工藝提高了集成度，從而使芯片更小、成本更低、工作電壓更低、功耗更低 。 CPU 的改進。采用雙 CPU 結(jié)構(gòu)，增加數(shù)據(jù)總線的寬度，提高數(shù)據(jù)處理的速度和能力；采用流水線結(jié)構(gòu)，提高處理和運算速度，以適應(yīng)實時

9、控制和處理的需要。 增大存儲容量，片內(nèi) EPROM 的 E2PROM 化，程序的保密化。 提高并行口驅(qū)動能力，以減少外圍驅(qū)動芯片，增加外圍 I/O 口的邏輯功能和控制的靈活性。 以串行方式為主的外圍擴展。 外圍電路的內(nèi)裝化。 和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向 可靠性及應(yīng)用水平越來越高 8 位機的主流地位。MCS51MCS51單片機生產(chǎn)工藝有兩種：單片機生產(chǎn)工藝有兩種： 1、HMOS工藝（高密度短溝道MOS工藝）。 2、CHMOS工藝（互補金屬氧化物的HMOS工藝）。CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合，既保持了HMOS高速度和高密度的特點，還具有CMOS的低功耗的特點。在產(chǎn)品型號中凡帶有字母“C

10、”的即為CHMOS芯片，CHMOS芯片的電平既與TTL電平兼容，又與CMOS電平兼容。1.5 1.5 單片機目前狀況及發(fā)展趨勢單片機目前狀況及發(fā)展趨勢 8051單片機最早由Intel公司推出,隨后Intel公司將80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出讓給世界許多著名IC制造廠商，如 Philips 、NEC、Atmel、AMD、Dallas、siemens、Fujutsu、OKI、華邦、LG等。在保特與8051單片機兼容的基礎(chǔ)上，這些公司容入了自身的優(yōu)勢，擴展了針對滿足不同測控對象要求的外圍電路，如滿足模擬量輸入的A/D、滿足伺服驅(qū)動的PWM、滿足高速輸入/輸出控制的HSL/HSO、滿足串行擴展總

11、線I2C、保證程序可靠運行的的WDT、引入使用方便且價廉的Flash ROM等，開發(fā)出上百種功能各異的新品種。這樣8051單片機就變成了眾多芯片制造廠商支持的大家族，統(tǒng)稱為8051系列單片機，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機?？陀^事實表明，8051已成為8位單片機的主流，成了事實上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。由于應(yīng)用中的單片機品種繁多，現(xiàn)選擇幾種主要的單片機介紹進行介紹：1.6 主流的單片機產(chǎn)品主流的單片機產(chǎn)品1.6.1 AT89S1.6.1 AT89S與與AVRAVR單片機單片機 ATMEL公司生產(chǎn)的具有Flash ROM的增強型51系列單片機目前在市場上仍然十分流行，其中AT89S

12、系列十分活躍。AVR單片機是ATMEL在90年代推出的精簡指令集RISC的單片機 ,跟PIC類似。使用哈佛結(jié)構(gòu)。是增強型RISC內(nèi)載Flash的單片機。AVR的單片機廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備,工業(yè)實時控制,儀器儀表,通訊設(shè)備,家用電器,宇航設(shè)備等各個領(lǐng)域。1.6.2 PIC1.6.2 PIC單片機單片機 MicroChip單片機的主要產(chǎn)品是PIC 16C系列和17C系列8位單片機,CPU采用RISC結(jié)構(gòu),分別僅有33,35,58條指令,采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu),運行速度快,低工作電壓,低功耗,較大的輸入輸出直接驅(qū)動能力,價格低,一次性編程,小體積。適用于用量大,檔次低,價格敏感的產(chǎn)品.在辦

13、公自動化設(shè)備,消費電子產(chǎn)品,電訊通信,智能儀器儀表,汽車電子,金融電子,工業(yè)控制不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,PIC系列單片機在世界單片機市場份額排名中逐年提高。1.6.3 STC1.6.3 STC單片機單片機 STC單片機是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的系列單片機，目前國內(nèi)市場占有率50%以上，STC單片機采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)，指令為復(fù)雜指令集。其優(yōu)點是加密性強,很難解密或破解,解密費用很高、國內(nèi)能解密的人少,一般的仿制者望而退步. 超強抗干擾，三大降低單片機時鐘對外部電磁輻射的措施，超低功耗，適用于供電系統(tǒng),如水表、氣表、便攜設(shè)備等.1.6.4 Motorola1.6.4 Motorola單片機單片機

14、Motorola是世界上最大的單片機廠商.從M6800開始,開發(fā)了廣泛的品種,4位,8位,16位32位的單片機都能生產(chǎn),其中典型的代表有:8位機M6805,M68HC05系列,8位增強型M68HC11,M68HC12 ,16位機M68HC16, 32位機M683XX. Motorola單片機的特點之一是在同樣的速度下所用的時鐘頻率較Intel類單片機低得多,因而使得高頻噪聲低,抗干擾能力強,更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境 。1.6.6 1.6.6 臺灣臺灣MDT20XXMDT20XX系列單片機系列單片機 MDT MDT單片機是臺灣單片機是臺灣 MICON MICON 麥肯公司設(shè)計的麥肯公司設(shè)計的

15、 OTP/MASK OTP/MASK掩膜型掩膜型8 8位單位單片機，自片機，自19971997年推向市場以來，深受廣大用戶歡迎，年推向市場以來，深受廣大用戶歡迎，MDTMDT系列單片機與系列單片機與 PIC PIC 相比最大特點是溫度范圍為工業(yè)級，最大工作頻率可達(dá)到相比最大特點是溫度范圍為工業(yè)級，最大工作頻率可達(dá)到 20MHz 20MHz，不分型號和后綴，及售價十分便宜，同時只需將不分型號和后綴，及售價十分便宜，同時只需將PICPIC的的HEXHEX文件作十分簡文件作十分簡單的轉(zhuǎn)換即可，不用作任何修改。工業(yè)級單的轉(zhuǎn)換即可，不用作任何修改。工業(yè)級OTPOTP單片機單片機, ,與與PICPIC單片

16、機管腳單片機管腳完全一致完全一致, ,海爾集團的電冰箱控制器海爾集團的電冰箱控制器,TCL,TCL通信產(chǎn)品通信產(chǎn)品, ,長安奧拓鈴木小轎車長安奧拓鈴木小轎車功率分配器就采用這種單片機。功率分配器就采用這種單片機。1.6.7 EM781.6.7 EM78系列系列OTPOTP型單片機型單片機 臺灣義隆電子股份有限公司生產(chǎn)臺灣義隆電子股份有限公司生產(chǎn), , 直接替換直接替換PIC16CXXPIC16CXX，管腳兼容，管腳兼容, ,功能更強功能更強, ,程序可用專業(yè)轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換。適用范圍：家電產(chǎn)品、程序可用專業(yè)轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換。適用范圍：家電產(chǎn)品、ICIC卡終卡終端產(chǎn)品（水表電表、煤氣表）、保密系統(tǒng)（軟件

17、狗、報警器、監(jiān)控器）、端產(chǎn)品（水表電表、煤氣表）、保密系統(tǒng)（軟件狗、報警器、監(jiān)控器）、遙控器、遙控器、 儀表儀器儀表儀器, ,通信產(chǎn)品（多功能通信產(chǎn)品（多功能 、交換機、密碼鎖）、電子、交換機、密碼鎖）、電子醫(yī)療器械等。醫(yī)療器械等。1.6.5 MSP4301.6.5 MSP430單片機單片機 TI公司生產(chǎn)的MSP430單片機，采用馮-諾依曼架構(gòu)，通過通用存儲器地址總線（MAB）與存儲器數(shù)據(jù)總線（MDB）將 16 位 RISC CPU、多種外設(shè)以及高度靈活的時鐘系統(tǒng)進行完美結(jié)合。MSP430能夠為當(dāng)前與未來的混合信號應(yīng)用提供很好的解決方案。所有 MSP430 外設(shè)都只需最少量的軟件服務(wù)。近幾年使

18、用量很大。主要應(yīng)用范圍：計量設(shè)備、便攜式儀表、智能傳感系統(tǒng)。1.6.8 Scenix1.6.8 Scenix單片機單片機 Scenix Scenix公司推出的公司推出的8 8位位RISCRISC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)SXSX系列單片機，具有虛擬外設(shè)系列單片機，具有虛擬外設(shè)功能功能, ,柔性化柔性化I/OI/O端口端口, ,所有的所有的I/OI/O端口都可單獨編程設(shè)定端口都可單獨編程設(shè)定, ,公司提供公司提供各種各種I/OI/O的庫函數(shù)的庫函數(shù), ,用于實現(xiàn)各種用于實現(xiàn)各種I/OI/O模塊的功能模塊的功能, ,如多路如多路UART,UART,多路多路A/D,PWM,SPI,DTMF,FS,LCDA/D,PWM

19、,SPI,DTMF,FS,LCD驅(qū)動等等驅(qū)動等等. . 采用采用EEPROM/FLASHEEPROM/FLASH程序存儲程序存儲器器, ,可以實現(xiàn)在線系統(tǒng)編程可以實現(xiàn)在線系統(tǒng)編程. .支持在線仿真支持在線仿真1.6.9 LG1.6.9 LG公司公司GMS90GMS90系列單片機系列單片機 與與Intel MCS-51Intel MCS-51系列，系列，Atmel 89C51/52Atmel 89C51/52，89C205189C2051等單片機兼等單片機兼容，容，CMOSCMOS技術(shù)，高達(dá)技術(shù)，高達(dá)40MHZ40MHZ的時鐘頻率，應(yīng)用于的時鐘頻率，應(yīng)用于: : 多功能多功能 , ,智能智能傳感

20、器傳感器, ,電度表電度表, ,工業(yè)控制工業(yè)控制, ,防盜報警裝置防盜報警裝置, ,各種計費器各種計費器, ,各種各種ICIC卡裝卡裝置置,DVD,VCD,CD-ROM,DVD,VCD,CD-ROM。1.6.10 1.6.10 華邦單片機華邦單片機 華邦公司的華邦公司的W77,W78W77,W78系列系列8 8位單片機的腳位和指令集與位單片機的腳位和指令集與80518051兼兼容容, , 但每個指令周期只需要但每個指令周期只需要4 4個時鐘周期個時鐘周期, ,速度提高了三倍速度提高了三倍, ,工作頻工作頻率最高可達(dá)率最高可達(dá) 40MHz. 40MHz.同時增加了同時增加了WatchDog Ti

21、mer,6WatchDog Timer,6組外部中斷源組外部中斷源,2,2組組UART,2UART,2組組Data pointerData pointer及及Wait state control pinWait state control pin。W741W741系列系列的的4 4位單片機帶液晶驅(qū)動位單片機帶液晶驅(qū)動, ,在線燒錄在線燒錄, ,保密性高保密性高, ,低操作電壓。低操作電壓。1.6.11 Zilog1.6.11 Zilog單片機單片機 Z8單片機是Zilog公司的產(chǎn)品,采用多累加器結(jié)構(gòu),有較強的中斷處理能力,開發(fā)工具價廉物美.Z8單片機以低價位面向低端應(yīng)用.我想很多人都知道Z80單板機,直到90年代后期,很多大學(xué)的微機原理還是講述Z80。1.6.12 NS1.6.12 NS單片機單片機 COP8單片機是NS(美國國家半導(dǎo)體公司)的產(chǎn)品,內(nèi)部集成了16位A/D,這是不多見的,在看門狗多路及STOP方式下單片機的喚醒方式上都有獨到之處.此外,COP8的程序加密也做得比較好。1.6.13 AX10011.6.13 AX1001單片機單片機 由珠海建榮科技公司推出 , 它是 100MIPS 高性能 8 位 RISC 微控制器 , 采用了先進的 CMOS O