單片微處理器

計算機術語單片微處理器01簡介發(fā)展歷史應用分類早期階段目錄03020405中期發(fā)展早期發(fā)展當前趨勢目錄0706基本信息單片微處理器又稱單片機，它是將組成微型計算機的各個功能部件，例如中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存貯器RAM、程序存貯器ROM、輸入輸出電路I/O、定時/計數(shù)電路TCC、中斷控制電路INT等電路集成在一塊芯片中，在應用時單塊芯片即可構成一個完整的微型計算機系統(tǒng)的微處理器芯片。大部分單片微處理器只能處理數(shù)字信號，模擬信號需先進行A/D變換將其數(shù)字化后才能進行處理。簡介簡介單片微處理器又稱單片機，它是將組成微型計算機的各個功能部件，例如中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存貯器RAM、程序存貯器ROM、輸入輸出電路I/O、定時/計數(shù)電路TCC、中斷控制電路INT等電路集成在一塊芯片中，在應用時單塊芯片即可構成一個完整的微型計算機系統(tǒng)的微處理器芯片。大部分單片微處理器只能處理數(shù)字信號，模擬信號需先進行A/D變換將其數(shù)字化后才能進行處理。單片微處理器的出現(xiàn)，為工業(yè)自動化控制、智能化儀器儀表等方面開辟了廣闊的道路，而將單片微處理器應用于漏電保護開關是提高漏電保護開關產品質量，降低生產成本，提高產品品位的有效途徑。由于單片機在工業(yè)控制領域的廣泛應用，單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。INTEL的8080是最早按照這種思想設計出的處理器，當時的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)。因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。盡管2000年以后ARM已經發(fā)展出了32位的主頻超過300M的高端單片機，直到基于8031的單片機還在廣泛的使用。在很多方面單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機家族的發(fā)展壯大，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。應用分類通用專用控制型線型應用分類通用專用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計的；專用型單片機是針對一類產品甚至某一個產品設計生產的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。線型這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機普遍設置有并行地址總線、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接口集成一片內，因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機稱為非總線型單片機。控制型這是按照單片機大致應用的領域進行區(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，外圍器件和外設接口集成度高。顯然，上述分類并不是惟一的和嚴格的。例如，80C51類單片機既是通用型又是總線型，還可以作工控用。發(fā)展歷史發(fā)展歷史單片機誕生于1971年，經歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列MCU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用。90年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，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。高端的32位Soc單片機主頻已經超過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。當代單片機系統(tǒng)已經不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機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)。早期階段早期階段SCM即單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。中期發(fā)展中期發(fā)展MCU即微控制器（MicroControllerUnit）階段，主要的技術發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統(tǒng)相關，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。當前趨勢當前趨勢SoC嵌入式系統(tǒng)(SystemonChip）式的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決，因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應用系統(tǒng)設計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)。早期發(fā)展早期發(fā)展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Intel4004，標志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國《經濟學家》雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學家”之一。1971年11月，Intel推出MCS-4微型計算機系統(tǒng)（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器）其中4004包含2300個晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，計算性能遠遠超過當年的ENIAC，最初售價為200美元。1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器Intel8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。1973年intel公司研制出8位的微處理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。主頻2MHz的8080芯