單片機(jī)及其應(yīng)用的文獻(xiàn)綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)單片機(jī)及其應(yīng)用的文獻(xiàn)綜述摘要：單片機(jī)由于其特點(diǎn)和突出的性能被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，各種新型單片機(jī)層出不窮，片內(nèi)集成的功能模塊越來越多，整體性能也越來越強(qiáng)大。本文主要介紹了單片機(jī)的種類、特點(diǎn)、主要的生產(chǎn)廠家和應(yīng)用領(lǐng)域等，概述介紹了單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)展和動向。關(guān)鍵詞:單片機(jī)；分類；應(yīng)用；發(fā)展 引言單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer），又稱微控制器（Micro controller Unit）或嵌入式控制器（Embed

2、ded Controller）。通常是將組成計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上而形成的微型計(jì)算機(jī)，其片內(nèi)常含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界單片機(jī)（嵌入式處理器）的品種總量已經(jīng)超過1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)約30個系列，其中8051 體系仍占有半壁江山。1.分類依據(jù)分類方法的不同，單片機(jī)可以分為不同的類型。根據(jù)數(shù)據(jù)總線的寬度分類，可分為4位、8位、16位、32位機(jī)等，如下表1所示： 表1 根據(jù)位寬分類分類名稱簡介應(yīng)用場所4位單片機(jī)功能單一性能較低。如OKI公司的MSM64164C、MSM64481，NEC

3、 公司的75006X系列，EPSON公司的SMC62系列等。輸入裝置(鼠標(biāo)、游戲桿)、電池充電器、帶液晶顯示的音、視頻產(chǎn)品控制器、家用電器的控制及遙控器、玩具控制、記時器、時鐘、表、計(jì)算器、多功能電話、LCD 游戲機(jī)。8位單片機(jī)功能強(qiáng)大，品種最為豐富、應(yīng)用最為廣泛。MCS-51 系列及其兼容機(jī)型： ATMEL、PHILIPS、WINBOND 是MCS-51 單片機(jī)生產(chǎn)的老牌廠家， ST 新推出的PSD 系列等； MOTOROLA68HC05/08 系列、MICROCHIP 的PIC 單片機(jī)以及ATMEL 的AVR 單片機(jī)。自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家用電器16位單片機(jī)十六位單片

4、機(jī)操作速度及數(shù)據(jù)吞吐能力在性能上比8 位機(jī)有較大提高。主要應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀器儀表、便攜式設(shè)備等場合。32位單片機(jī)高性能和低功耗。以更低的時鐘頻率、非常低的功耗，達(dá)到很強(qiáng)的運(yùn)算處理能力。DVD、VCD、數(shù)碼相機(jī)(DSC)、數(shù)字式電視機(jī)DTV、導(dǎo)航系統(tǒng)、便攜式信息終端、空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、打印機(jī)等根據(jù)程序存儲方式的不同分類，單片機(jī)可分為MASKROM類、EPROM類、OTPROM類（一次可編程）、ROM less類、Flash ROM（MTPROM）類五種，如下表2所示：表2 根據(jù)程序存儲方式分類分類名稱特點(diǎn)MASKROM 類程序在芯片封裝過程中用掩膜工藝制作到ROM區(qū)中，如80C51，

5、適合于大批量生產(chǎn)EPROM 類紫外線可擦寫存儲器類，如87C51（價格較貴）ROMless類無ROM存儲器，如80C31，電路擴(kuò)展復(fù)雜，現(xiàn)在較少用OTPROM類可一次性寫入程序Flash ROM 類可多次編程寫入存儲器，如芯片89C51、89S51 等，其成本低，開發(fā)調(diào)試方便，可重復(fù)燒寫程序根據(jù)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是否分開分類，分為哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)單片機(jī)和普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)單片機(jī)，如下表3所示：表3 根據(jù)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分類分類名稱特點(diǎn)哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一2.技術(shù)特

6、點(diǎn)從單片機(jī)的發(fā)展歷程來看，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器(MPU)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域的迫切需求為動力，展現(xiàn)出以下技術(shù)特點(diǎn)：2.1 超長的使用壽命大家都知道，應(yīng)用單片機(jī)產(chǎn)品一般都可以穩(wěn)定可靠地工作十年、二十年，很少出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，這主要與單片機(jī)的應(yīng)用目的、場合、環(huán)境等有關(guān)。傳統(tǒng)的單片機(jī)如8051、68HC05 等問世已經(jīng)二十多年，產(chǎn)量、市場需求量仍然在不斷上升。相信目前成功面市的相對較晚的新型單片機(jī)， 也會隨著I/O功能模塊的不斷豐富，有著相當(dāng)長的生存周期。2.2 高低雙向發(fā)展雙向發(fā)展也即高低兩個方向同時發(fā)展。這如同計(jì)算機(jī)向微型機(jī)和巨型機(jī)兩個方向同時發(fā)展一樣，

7、單片機(jī)中的8位、32位機(jī)齊頭并進(jìn)，這是當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個趨勢。長期以來，因市場需求的原因單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以8位機(jī)為主的，但隨著移動通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭，32位單片機(jī)應(yīng)用得到了長足、迅猛的發(fā)展。2.3 速度越來越快長期以來，為了提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪聲的影響，不得不降低系統(tǒng)的時鐘頻率。如何降低頻率而又不犧牲運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展必須研究的問題。8051單片機(jī)兼容廠商通過改善單片機(jī)的內(nèi)部時序，在不提高時鐘頻率的前提下，提高了運(yùn)算速度；Motorola單片機(jī)則使用了瑣相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)使內(nèi)部總線速度大大高于時鐘產(chǎn)生器的頻率，68HC08單片機(jī)使用4.9M

8、Hz 外部振蕩器而內(nèi)部時鐘達(dá)32M； 三星電子新近推出了1.2GHz 的ARM處理器內(nèi)核Halla。2.4 低電壓與低功耗一般單片機(jī)都能在3到6V 范圍內(nèi)工作，對電池供電的單片機(jī)不再需要對電源采取穩(wěn)壓措施。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V,0.9V供電的單片機(jī)已經(jīng)問世。幾乎所有的單片機(jī)都提供Wait、Stop 等省電運(yùn)行方式,允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。隨著新型32位單片機(jī)的問世，低電壓、低功耗和高性能三位一體單片機(jī)已經(jīng)從夢想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。如AVR32 CPU 在每個時鐘周期內(nèi)完成的處理量要高出普通產(chǎn)品約三倍， 能夠以更低的時鐘速度、更低的功耗來執(zhí)行現(xiàn)今應(yīng)用所要

9、求的計(jì)算密集的算法。AVR32采用了18 項(xiàng)與優(yōu)化架構(gòu)創(chuàng)新技術(shù)相關(guān)的專利，使AVR32 AP內(nèi)核能夠最大限度地減小載入/存儲和分支跳轉(zhuǎn)操作方面的所花費(fèi)的系統(tǒng)代價，使傳輸途徑的吞吐量最大化，從而能以較同等處理器低得多的時鐘頻率和功耗執(zhí)行復(fù)雜的算法。2.5 低噪聲與高可靠性技術(shù)為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力， 使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境， 滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片機(jī)商家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采取了一些新的技術(shù)措施。如ST公司的PSD系列單片機(jī)片內(nèi)增加了看門狗定時器，NS的COP8單片機(jī)內(nèi)部增加了抗EMI 電路，增強(qiáng)了“看門狗”的性能。ISP及IAP在片編程技術(shù)(In System P

10、rogramming)及在應(yīng)用中編程(In Application Programming)通過單片機(jī)上引出的編程線、串行數(shù)據(jù)、時鐘線等對單片機(jī)編程，編程線與I/O 線共用，不增加單片機(jī)的額外引腳。ISP為開發(fā)調(diào)試提供了方便，并使單片機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)試、升級成為現(xiàn)實(shí)。3.單片機(jī)生產(chǎn)廠家及其產(chǎn)品3.1 ATMEL 公司的單片機(jī)市場上家喻戶曉的AT89C51、AT89C52、AT89C2051、AT89C4051（目前已經(jīng)升級換代為AT89S51、AT89S52的AT89S系列單片機(jī)，可以采用ISP在線編程技術(shù)）；AVR單片機(jī)有3個系列產(chǎn)品：tiny AVR、低功耗AVR 和mega AVR 3個系列

11、，分別對應(yīng)低、中、高3個檔次的數(shù)十種型號產(chǎn)品。其中mega AVR 系列單片機(jī)的性能不僅優(yōu)越，同時也有非常好的性價比。3.2 Motorola 公司的系列單片機(jī)Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商。在8位機(jī)方面有68HC05和升級產(chǎn)品68HC08，68HC05有30多個系列200多個品種，產(chǎn)量超過20億片。8位增強(qiáng)型單片機(jī)68HC11也有30多個品種，年產(chǎn)量1億片以上，升級產(chǎn)品有68HC12。16位單片機(jī)68HC16 也有十多個品種。32位單片機(jī)683XX系列也有幾十個品種。Motorola單片機(jī)的特點(diǎn)之一是在同樣的速度下所用的時鐘頻率較Intel類單片機(jī)低得多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾

12、能力強(qiáng)，更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。3.3 MicroChip 單片機(jī)Microchip單片機(jī)是市場份額增長最快的單片機(jī)。他的主要產(chǎn)品是16C系列8位單片機(jī)，CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，僅33條指令，運(yùn)行速度快，且以低價位著稱，一般單片機(jī)價格都在1美元以下。Microchip 單片機(jī)沒有掩膜產(chǎn)品，全部都是OTP 器件(現(xiàn)已推出LASH 型單片機(jī))。Microchip強(qiáng)調(diào)節(jié)約成本的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，是使用量大，檔次低，價格敏感的產(chǎn)品。3.4 Scenix 公司的Scenix 單片機(jī)Scenix公司推出的8位RISC結(jié)構(gòu)SX系列單片機(jī)在技術(shù)上有其獨(dú)到之處: SX系列雙時鐘設(shè)置，指令運(yùn)行速度可達(dá)50/75/

13、100 MIPS；具有虛擬外設(shè)功能，柔性化I/O端口，所有的I/O端口都可單獨(dú)編程設(shè)定，公司提供各種I/O的庫函數(shù)，用于實(shí)現(xiàn)各種I/O模塊的功能，如多路UART，多路A/D，PWM，SPI，DTMF，F(xiàn)S，LCD 驅(qū)動等等。采用EEPROM/FLASH 程序存儲器，可以實(shí)現(xiàn)在線系統(tǒng)編程。通過計(jì)算機(jī)RS232C接口，采用專用串行電纜即可對目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行在線實(shí)時仿真。3.5 EPSON 公司單片機(jī)Epson公司以擅長制造液晶顯示器著稱，故Epson單片機(jī)主要為該公司生產(chǎn)的LCD 配套。其單片機(jī)的LCD驅(qū)動做的特別好。在低電壓、低功耗方面也很有特色。目前0.9V 供電的單片機(jī)已經(jīng)上市，不久LCD顯示手

14、表將使用0.5V供電。3.6 東芝單片機(jī)東芝單片機(jī)從4位到32位，門類齊全。4位機(jī)在家電領(lǐng)域仍有較大市場。8位機(jī)主要有870系列、90系列等。該類單片機(jī)允許使用慢模式，采用32KHz 時鐘功耗低至10uA 數(shù)量級。CPU內(nèi)部多組寄存器的使用，使得中斷響應(yīng)與處理更加快捷。東芝公司的32位機(jī)采用MIPS3000 ARISC的CPU結(jié)構(gòu)，面向VCD、數(shù)字相機(jī)、圖象處理市場。3.7 Intel 公司8051 單片機(jī)8051 單片機(jī)最早推出， 其后多家公司購買了8051的內(nèi)核，使得以8051為內(nèi)核的MCU系列單片機(jī)在世界上產(chǎn)量最大，應(yīng)用也最廣泛，有人推測8051 可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU 芯片。3

15、.8 LG 公司生產(chǎn)的GMS90 系列單片機(jī)與Intel MCS-51系列，Atmel 89C51/52，89C2051等單片機(jī)兼容，CMOS技術(shù)，高達(dá)40MHZ的時鐘頻率，應(yīng)用于：多功能電話，智能傳感器，電度表，工業(yè)控制，防盜報(bào)警裝置，各種計(jì)費(fèi)器，各種IC卡裝置，DVD, VCD，CD-ROM。3.9 華邦單片機(jī)華幫單片機(jī)屬于8051類單片機(jī)，它們的W78系列與標(biāo)準(zhǔn)的8051 兼容，W77 系列為增強(qiáng)型51，對8051的時序做了改進(jìn)，同樣時鐘下速度快了不少。在4 位機(jī)上華幫有921 系列，帶LCD驅(qū)動的741系列。在32位機(jī)方面， 華幫使用了惠普公司PA-RISC 單片機(jī)技術(shù)，生產(chǎn)低位32位

16、RISC單片機(jī)。3.10 Zilog 單片機(jī)Z8單片機(jī)是該公司的產(chǎn)品，采用多累加器結(jié)構(gòu)，有較強(qiáng)中斷處理能力。產(chǎn)品為OTP 型，Z8單片機(jī)的開發(fā)工具可以說是物美價廉。Z8單片機(jī)以低價位的優(yōu)勢面向低端應(yīng)用，以18引腳封裝位主，ROM 為0.52KB。最近Zilog 公司又推出了Z86系列單片機(jī)，該系列內(nèi)部集成廉價的DSP單元。3.11 NS 單片機(jī)COP8 單片機(jī)是美國國家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，該公司以生產(chǎn)先進(jìn)的模擬電路著稱，能生產(chǎn)高水平的數(shù)字模擬混合電路。COP8單片機(jī)內(nèi)部集成了16位A/D，這在單片機(jī)中是不多見的。COP8單片機(jī)內(nèi)部使用了EMI 電路，在“看門狗”電路以及STOP方式下的喚醒方式都

17、有獨(dú)到之處。此外，,COP8的程序加密也做的非常好。3.12 松翰單片機(jī)松翰科技的多用途MCU（即單片機(jī)）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(jī)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(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)周邊裝置、通信產(chǎn)品、各類型搖控器、數(shù)字相機(jī)周邊、智能型充電器、大小家電、車用警報(bào)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、電子秤、耳溫槍、血壓計(jì)、胎壓計(jì)、各類量測及健康器材等產(chǎn)品。3.13 三星單片機(jī)三星單片機(jī)有KS51和KS57 系列

18、4位單片機(jī)，KS86和KS88 系列8位單片機(jī)，KS17 系列16位單片機(jī)和KS32 系列32 位單片機(jī)，三星還為ARM 公司生產(chǎn)ARM 單片機(jī)， 常見的S344b0 等。三星單片機(jī)為OTP 型ISP 在片編程功能。3.14 凌陽單片機(jī)中國臺灣凌陽科技股份有限公司(Sunplus Technology CO. LTD) 至力于8位和16位機(jī)的開發(fā)。SPMC65系列單片機(jī)是凌陽主推產(chǎn)品，采用8位SPMC65 CPU內(nèi)核，并圍繞這個通用的CPU內(nèi)核，形成了不同的片內(nèi)資源的一系列產(chǎn)品。廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制、儀器儀表、安防報(bào)警、計(jì)算機(jī)外圍等領(lǐng)域。SPMC75 系列單片機(jī)內(nèi)核采用凌陽科技自主知識

19、產(chǎn)權(quán)的MSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微處理器，SPMC75系列單片機(jī)集成了多種功能模塊：多功能I/O口、串行口、ADC、定時計(jì)數(shù)器等常硬件模塊，以及能產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動波形的PWM發(fā)生器、多功能的捕獲比較模塊、BLDC電機(jī)驅(qū)動專用位置偵測接口、兩相增量編碼器接口等特殊硬設(shè)，主要用于變頻馬達(dá)驅(qū)動控制。4. 發(fā)展趨勢從單片機(jī)的應(yīng)用需求和技術(shù)發(fā)展角度來看，大致的發(fā)展方向有以下幾個方面：（1）制作工藝CMOS(即互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)/CHMOS化 (即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)/ CHMOS化(即互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)，其原因是隨著對于低功耗的普遍要求，各大廠商為迎合市場需求不斷推出新型生產(chǎn)化工藝，以適應(yīng)發(fā)展的需要；（2）盡量實(shí)現(xiàn)單片化SOC。將中央處理器(CPU)、隨機(jī)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芯片上是單片機(jī)的一個理想結(jié)構(gòu)狀態(tài)，而現(xiàn)在限于工藝和其它方面的原因，很多功能部件并未集成在單片機(jī)芯片內(nèi)部。因此，隨著單片機(jī)制造工藝的不斷發(fā)展和進(jìn)步，這一結(jié)構(gòu)一定會成為現(xiàn)實(shí)；（3）主流產(chǎn)品與多品種共存：現(xiàn)在市場上單片機(jī)種類雖然繁多，但以80C51為核心的單片機(jī)仍占主流?，F(xiàn)在中國臺灣地區(qū)的Winbond系列單